SPI DDP集成化設計及應用

楊茹

（中國石化工程建設公司，北京100101）

隨著信息技術的飛速發展，集成化、智能化已成為國際工程企業信息化建設的核心。近年來，石化工程建設行業在引進和開發一批基于國際標準的各類專業設計軟件的同時，著力構建開發工程設計集成化平臺，為實現石化工程項目設計集成化奠定了基礎。隨著工程設計集成系統開發的不斷深入，如何基于工程設計集成平臺，加強各類設計專業軟件間的協同工作，優化工程設計流程，進一步提高設計信息的共享與復用性，已成為工程設計集成系統的重點研究課題。

目前，美國Intergraph公司開發的各類專業設計軟件普遍應用于石油化工生產裝置的工程設計。SP P＆ID（Smart Plant P＆ID）軟件完成工藝流程設計及數據管理，SPI（Smart Plant Instrumentation）軟件用于儀表工程設計及數據管理，SP 3D（SmartPlant 3D）軟件以及PDS（Plant Design System）軟件完成工廠三維模型的建立及數據管理。同時，Intergraph公司為其開發的各類專業軟件推出了工程集成設計平臺SPF（SmartPlant Foundation），用于實現各專業軟件間的數據傳遞及信息交互，為專業間開展協同設計工作、提高工程設計質量創造了條件。筆者結合對SPI軟件DDP（Dimensional Data for Piping）模塊功能的二次開發，重點介紹了SPI與SP 3D及PDS軟件間的集成設計方法，并依據工程設計實踐經驗，對采用SPI軟件DDP模塊進行儀表工程集成化設計的應用策略及應用方法加以總結。

1 DDP模塊

SPI軟件與SP 3D以及PDS軟件之間的信息集成，即為SPI軟件DDP模塊與SP 3D以及PDS軟件儀表三維模型間的數據集成。SPI軟件的DDP模塊用于建立、存儲及管理各類儀表的過程連接形式、外形尺寸等幾何數據。DDP模塊對儀表尺寸數據的保存和管理分為三層：

a）默認數據集（Default Data）。用于保存制造商常規型號儀表的外形尺寸參數，在基礎設計階段可以作為儀表初步尺寸數據條件提供給管道設計者參考。

b）制造商數據集（Vendor Data）。用于存放儀表訂貨后來自制造商的儀表尺寸數據；采用SPI提供的導入工具（Import Utility）可以將儀表廠商提供的外形尺寸數據導入到該數據集。

c）工作組數據集（Working Data）。用于儀表尺寸數據管理的實際操作，對各類儀表過程連接尺寸及外形尺寸幾何數據的修改、編輯和保存均通過該操作界面完成，并且在工作組數據集里生成儀表尺寸數據表（Dimensional Data Sheets），用以向SP 3D及PDS軟件傳遞數據。

此外，DDP模塊分別定義了DDP圖形庫、儀表過程連接形式庫以及過程連接壓力等級庫。DDP圖形庫中包含了Intergraph公司開發的流量儀表、調節閥、開關閥、電動閥、滑閥等在線一次儀表的外形尺寸圖。它與SP 3D及PDS軟件中定義的儀表三維模型相對應，與三維模型定義的儀表尺寸表達方式相一致。儀表過程連接形式庫以及過程連接壓力等級庫分別用于定義各類儀表過程連接終端形式及過程連接壓力等級。

綜上所述，SPI軟件DDP模塊的主要功能是生成儀表尺寸數據表。但是，要想使生成的儀表尺寸數據表能夠與SP 3D及PDS軟件進行數據交互，并符合工程項目要求，則需要對DDP模塊進行二次開發和定義：

a）應用管理員（Administrator）模塊，以項目管理員權限將DDP程序數據集（DDP Library Data）導入DDP圖形庫。

b）應用索引（Index）模塊，將儀表類型與DDP圖形庫進行關聯，為不同類型的儀表進行DDP圖形庫中儀表外形尺寸圖的預分配。

c）依據項目采用的管道設計標準，應用DDP模塊定義儀表過程連接終端形式及過程連接壓力等級。

d）定義儀表尺寸數據表成品文件格式，為打印尺寸數據表定制PSR報表文件；給DDP圖形庫分配儀表尺寸數據表，即依據DDP圖形庫中的各類儀表外形尺寸圖，定義儀表尺寸數據表中所要包含的儀表數據項。

完成儀表尺寸數據表的構建后，通過SPI提供的導入工具將各儀表位號對應的具體尺寸參數值批量導入DDP，就可以在DDP中生成并打印各儀表位號對應的儀表尺寸數據表。通過SPI與SP 3D及PDS之間的數據集成，將DDP生成的儀表尺寸數據表的數據傳遞到工廠三維模型數據庫，支持儀表三維模型的建立。

2 SPI數據集成方式

2.1 SPI與SP 3D的集成

SPI軟件與SP 3D軟件的集成是通過工程集成設計平臺SPF實現的。SPI將DDP模塊生成的儀表尺寸數據表發布到SPF，SP 3D再從SPF中接收儀表尺寸數據表所包含的信息，實現數據共享及復用。發布和接收過程是通過SPI軟件及SP 3D軟件集成適配器完成的，具體數據傳遞方式如圖1所示。

圖1 SPI與SP 3D集成方式

圖1中SPI軟件數據映射表（Tool Map Schema）用于定義SPI數據庫數據結構與SPF數據結構各類數據對象屬性參數間的映射關系。SP 3D軟件數據映射表用于定義SP 3D數據庫數據結構與SPF數據結構各類數據對象屬性參數間的映射關系。SPF集成數據結構定義在SPF項目集成數據映射表中。當SPI向SPF發布儀表尺寸數據表時，SPI軟件的集成適配器就會從SPI數據庫提取相應數據，通過SPI的數據映射表將數據信息轉換成與SPF項目集成數據映射表兼容的數據格式，并以.xml文件形式發布到SPF。當SP 3D從SPF接收儀表尺寸數據表的信息時，SP 3D軟件的集成適配器以.xml文件格式接收，并通過SP 3D軟件的數據映射表將接收的信息轉換成SP 3D軟件數據庫支持的數據格式，用以建立儀表三維模型。因此，在SPI數據庫中找出DDP模塊生成的儀表尺寸數據表相關的數據信息，分別在SPI及SP 3D的數據映射表里建立待發布和接收數據與SPF項目集成數據映射表內數據間的映射關系，是SPI與SP 3D集成設計的核心。由于每臺儀表位號對應一張儀表尺寸數據表，對于大型石化工程項目而言，要發布到SPF的數據量很大，可以應用索引模塊向SPF批量發布儀表尺寸數據表。

2.2 SPI與PDS的集成

運用SPI軟件提供的導入工具及導出工具可以方便地實現SPI軟件與PDS軟件之間的數據交換。SPI與PDS之間的集成設計方式如圖2所示。

圖2 SPI與PDS集成工作流

其中Excel格式儀表尺寸數據表中的信息來自儀表廠商提供的儀表實際外形尺寸數據，為滿足SPI軟件的導入要求，Excel格式儀表尺寸數據表中必須包含SPI軟件DDP圖形庫中的數據信息，同時在應用SPI導入工具導入之前要確保表中數據格式與SPI軟件數據庫中定義的數據格式相一致。在使用SPI導入工具導入過程中，需要建立來自Excel格式儀表尺寸數據表的.dbf文件數據與DDP圖形庫數據屬性參數間的映射關系才能將數據成功導入SPI軟件數據庫。在數據導出過程中，必須在DDP模塊中將每臺儀表的“可疑數據（Suspected Data）”標志量定義為“NO”，同時要對儀表廠商（Manufacturer）及型號（Model）參數賦值，才能將DDP數據運用SPI導出工具導出并生成PDS軟件可接受的.dat數據文件。

3 SPI DDP集成設計應用

3.1 改進專業間設計條件傳遞模式

在石化裝置工程設計中，儀表專業采用SPI DDP集成化設計方式給配管專業提出儀表安裝條件，由數據文件替代傳統的紙質設計條件傳遞模式，不僅提高了設計工作的效率，也提高了儀表三維模型的準確度，有效避免了儀表安裝過程中出現一些諸如工藝管道與儀表間的“碰撞”問題，為現場施工帶來了更大的便利。

圖3所示為結合工程實踐經驗總結的采用SPI DDP集成設計方法提出儀表安裝條件的工作流程。在此之前，儀表專業人員直接將儀表廠商提供的外形尺寸圖作為儀表安裝條件的一部分，提交給配管專業人員。配管專業人員接到條件后，需要對儀表外形圖進行“消化”，在對儀表的結構形式、安裝要求歸納整理后，將相關數據輸入到SP 3D軟件或PDS軟件中為每臺儀表建立模型。這樣手動輸入不僅工作量大，費時費力，而且出錯率較高。應用SPI DDP集成設計方法提出儀表安裝條件，將儀表尺寸數據信息通過軟件集成方式自動導入到配管專業的建模軟件中，這樣大大節省了人力，減輕了工作負擔。SPI軟件與SP 3D軟件、PDS軟件數據的共享和復用，有效避免了配管專業人員在建模時由于對儀表廠商提供的外形尺寸圖表達方式理解上的偏差造成儀表三維模型與實際外形尺寸上的偏差，從而使儀表三維模型更為貼近實際產品，提高了模型的準確性，進一步提升了設計質量。

3.2 應用注意事項

需要指出的是，儀表工程設計軟件與管道工程設計軟件間的集成化不表示它們之間數據傳遞的完全自動化，其中還需要“人”的干預才能保證集成化的結果能更好地促進專業間的協同設計工作。在將SPI軟件與SP 3D軟件、PDS軟件集成應用于儀表專業工程設計中時還應把握好以下內容：

a）版本控制。SPI和SPF之間的通信對SPI的軟件版本有要求，對基于SPF平臺進行的SPI與SP 3D的軟件集成，要求客戶端應安裝v2008以上版本的SPI軟件，數據庫要求為Oracle 9.2.0／10g或SQL Server 2000／2005；對發布文檔的版次進行控制。從SPI發布至SPF的儀表尺寸數據表，在發布前要先設置發布文檔的版本號（Revision），否則數據將無法發送至SPF；當儀表尺寸數據表更新后需要向SPF再一次發布時，則待發布文檔的版本號亦要更新。

圖3 應用SPI DDP集成設計提出儀表安裝條件工作流程

b）儀表產品尺寸數據資料的控制。圖4以普通Globe調節閥為例，分別給出了來自DDP圖形庫的儀表外形尺寸圖，以及與之相對應的PDS軟件生成的儀表三維模型。從圖4可以看出，儀表的三維模型與儀表產品的實際外形還是有較大差異的。PDS軟件采用投影圖方式所表示的三維模型并不直觀，閥門上定位器、手輪等附件并不能在三維模型中準確體現。同時，來自DDP圖形庫的儀表外形尺寸圖中的尺寸標注亦未能涵蓋閥門附件的尺寸。此外，儀表產品尺寸數據資料上對儀表外形尺寸的標注方式與DDP圖形庫中儀表外形尺寸圖上的尺寸標注方式并不完全一致。例如，來自儀表產品尺寸數據資料的Excel格式儀表尺寸數據表，標注的是儀表產品的實際外形尺寸，但有些PDS建模要求必須標注的尺寸數據，在Excel格式儀表尺寸數據表中并未給出。在應用SP 3D軟件建立儀表三維模型的過程中也遇到了同樣的問題。因此，需要儀表設計人員對儀表產品尺寸數據資料進行控制，不能將Excel格式儀表尺寸數據表直接導入SPI軟件的DDP模塊中，而是要將實際的儀表產品擬和到儀表三維模型，對Excel格式儀表尺寸數據表中沒有標注，但儀表三維模型構建所必需的尺寸數據給出估計值。同時盡量簡化模型，依據經驗對定位器、手輪等儀表附件給出外形結構的估計值，滿足現場安裝、操作、維護空間要求即可。

圖4 DDP圖形庫儀表外形尺寸圖與儀表三維模型對比（Globe閥）

c）DDP安裝條件輸出控制。應用SPI DDP集成設計方法提出儀表安裝條件，主要包含儀表外形尺寸、儀表過程連接尺寸、規格等數據信息，但這并不是儀表專業提給配管專業的安裝設計條件的全部內容。比如，對于流量測量元件（孔板、文丘里等）儀表的安裝條件，除外形尺寸、過程連接形式外，還要向配管專業說明其前后直管段長度、取壓方位等安裝要求；對于閥門的安裝條件還要向配管專業說明閥門的安裝方位、可拆卸凈空要求等。因此，在采用SPI DDP集成設計方法提出儀表安裝條件的同時，還需向配管專業提出包含專業分工界面、儀表安裝位置要求、儀表可拆卸空間要求等信息的說明性文件，以保證專業間設計條件傳遞內容的完整性。

4 結束語

SPI DDP集成設計實現了SPI軟件與SP 3D及PDS軟件之間的數據集成及信息交互，有效地提高了數據的一致性和可靠性，減少了數據冗余，優化了儀表設計工作流程。應用SPI DDP集成設計方法提出儀表安裝設計條件，改革了傳統的設計工作模式，實現了儀表專業與配管專業之間的協同工作，減輕了配管專業建立儀表模型的工作負荷，提高了設計效率、設計水平和設計質量。但在實際應用中也發現，SPI DDP集成設計的應用還具有一定的局限性，例如已有的DDP圖形庫與產品的實際外形尺寸有差異，不能完全涵蓋各類儀表的外形結構，需要修改和補充。因此，對SPI DDP集成設計開發還需不斷深入探索，結合工程項目實踐進一步完善和提高，使其應用范圍更加廣泛，為儀表工程設計帶來更大的收益。

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