基于SmartPlant 3D軟件的電氣建模方法

張　卓，張明明

(中海油石化工程有限公司 電氣室，山東 濟南　250101)

1　引言

伴隨“中國制造2025”戰(zhàn)略的推進，"智慧工廠"概念慢慢成為工業(yè)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c。智慧工廠是工業(yè)信息化發(fā)展的新階段，是在工業(yè)自動化基礎(chǔ)上，深入應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)的產(chǎn)物。作為智能工廠的有機組成部分，三維模型越來越受到工程領(lǐng)域的重視。

SmartPlant 3D是一款在石化領(lǐng)域應(yīng)用較多的三維設(shè)計軟件，是基于數(shù)據(jù)、規(guī)則驅(qū)動的多專業(yè)一體化設(shè)計平臺。本文第2部分首先介紹SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫的構(gòu)成及其配置和過濾器的概念，然后第3部分從工程應(yīng)用角度對電氣專業(yè)的建模方法進行闡述，第4部分介紹了從模型中抽取圖、表等成品文件的方法，最后對整個建模過程進行總結(jié)。

2　數(shù)據(jù)庫與過濾器

2.1　數(shù)據(jù)庫構(gòu)成及配置

SP 3D是以數(shù)據(jù)為中心的建模軟件，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺為MS SQL或Oracle[1]。全部的模型都以數(shù)據(jù)形式存放在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，不僅充分利用了商業(yè)數(shù)據(jù)庫的強大平臺支撐，也保持了數(shù)據(jù)的通用性[2]。SP 3D的數(shù)據(jù)庫構(gòu)成如圖1所示。

圖1　SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

建立新的site時，管理員須在Database Wizard中創(chuàng)建Site Database和Catalog Database及其Schema。在建立新的Plant時，須在Project Management中新建Plant Model Database和Report Database，對應(yīng)的Schema會自動生成。在設(shè)計人員使用SP 3D建模前，須在Modify Site Database Location中配置數(shù)據(jù)庫，以連接到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。

2.2　過濾器

由于全部模型是以數(shù)據(jù)形式存儲在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，故當(dāng)客戶端在需要某部分特定模型時須從服務(wù)器下載數(shù)據(jù)，從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)的過程須借助過濾器來完成。過濾器是一組查詢規(guī)則，應(yīng)用過濾器便是查詢合規(guī)數(shù)據(jù)的過程。

在SP3D中存在各類過濾器，例如在打開模型時便須在Define Workspace中設(shè)置過濾器，選擇需要呈現(xiàn)的模型內(nèi)容。

3　電氣建模

電氣專業(yè)設(shè)計人員在使用SP 3D進行建模工作時，首先需要將項目中可能用到的開關(guān)柜、配電箱、操作柱、橋架和電纜等設(shè)備材料添加入?yún)⒖紨?shù)據(jù)庫中，然后進行設(shè)備、橋架的空間布置及碰撞檢查，最后敷設(shè)電纜，電氣建模流程如圖2所示。

圖2電氣建模流程圖

3.1　補充參考數(shù)據(jù)庫

由于SP 3D自帶的參考數(shù)據(jù)庫規(guī)模有限，在正式建模前須將項目中可能用到的設(shè)備和材料添加入?yún)⒖紨?shù)據(jù)庫中，這一方面有助于準確的進行碰撞檢查，也為設(shè)備材料統(tǒng)計和采辦做好了準備。

向參考數(shù)據(jù)庫中添加新設(shè)備材料，首先須要填寫CableTray、Cabling、Conduit等Excel表，由于橋架、電纜和穿線管等參考數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)不同，Excel表的內(nèi)容及導(dǎo)入方式稍有差別。

3.1.1添加橋架

添加橋架，首先需要建立一個新的橋架系列。打開CableTray.xls中的表CableTraySpec，新增一個Spec。Spec由Manufacturer、Material、TrayType、RungSpacing、LoadSpanClassificition等屬性定義，在SP 3D中依靠這些屬性過濾出同系列的部件，屬性的代碼含義在表AllCodeLists中定義，如果沒有須在其中添加。

填寫好的表格須通過Bulkload Reference Data導(dǎo)入，一般采用AMD方式，即添加、修改和刪除已有數(shù)據(jù)庫中的記錄。采用AMD方式須在記錄條目的Head字段使用字母"A"、"M"和"D"進行標(biāo)識，分別代表將對已有數(shù)據(jù)庫進行添加、修改和刪除操作。

創(chuàng)建Spec完成后，便可向其添加新部件。首先參照已有部件表格式新建一張表，然后填寫需添加部件的各項屬性，可添加的部件及其屬性在手冊Electrical 3D Symbols Reference中查詢。新建的部件表須加入到目錄結(jié)構(gòu)中在SP 3D內(nèi)才可見，在表ClassNodeType中新建目錄，在表R-Hierarachy中定義目錄的層級結(jié)構(gòu)，在表R-ClassNodeDescribes中關(guān)聯(lián)目錄與部件表。然后將部件的dll文件加入Custom Symbols文件夾中，在Project Manager內(nèi)選擇Tools->Update Custom Symbol Configuration更新符號。更新完成后在Bulkload Reference Data中使用AMD方式導(dǎo)入表AllCodeLists和表CableTray。

新的Spec在使用前須進行許可，SP 3D的Systems and Specifications模塊中的Define Allowed Specifications功能定義了當(dāng)前項目可用的Spec，在允許列表中添加新的Spec即可。綜上所述，添加橋架的步驟如圖3所示。

圖3　添加橋架流程圖

以上步驟為創(chuàng)建新橋架系列新部件的過程，若僅新增已有橋架系列的部件規(guī)格，只需在已有部件表中增加記錄即可。

3.1.2添加穿線管

與添加橋架類似，首先打開Conduit.xls中的表ConduitSpec，新增一個Spec，填寫Material與Service屬性信息。與橋架系列不同，穿線管系列并不依賴這兩個屬性過濾部件，而是由表ConduitFilter直接定義。在表ConduitFilter中，定義了穿線管系列所含的部件類型、尺寸范圍和制造信息。其中，尺寸范圍內(nèi)的規(guī)格具體在表ConduitNominalDiameters中定義。在表ConduitFilter中增加新系列所含部件的部件類型和尺寸范圍，制造信息后續(xù)補充，在表ConduitNominalDiameters中增加穿線管系列所需管徑。

參照已有穿線管部件表格式新建一張表，填寫需添加部件的各項屬性。在表ConduitCommodityMatlControlData中加入新部件的制造信息，并將其補充入表ConduitFilter中。在表ClassNodeType、表R-Hierarchy、表R-ClassNodeDescribes中為新的部件表創(chuàng)建目錄。然后將部件的dll文件加入Custom Symbols文件夾中，在Project Manager內(nèi)更新符號。更新完成后導(dǎo)入表AllCodeLists和表Conduit，在SP 3D的Systems and Specifications模塊中許可后即可使用。綜上所述，添加穿線管的步驟如圖4所示。

圖4　添加穿線管流程圖

3.1.3添加電氣設(shè)備

添加電氣設(shè)備須先將其對應(yīng)的設(shè)備表模版復(fù)制到本地設(shè)備表中，填寫需添加電氣設(shè)備的各項屬性。然后為其創(chuàng)建目錄，與電纜橋架和穿線管的目錄結(jié)構(gòu)不同，在表ClassNodeType中新建目錄，在表R-Hierarachy中定義目錄的層級結(jié)構(gòu)，并直接關(guān)聯(lián)到設(shè)備表。若所添加的電氣設(shè)備含有特殊代碼，須將設(shè)備對應(yīng)的Select List表復(fù)制到表AllCodeLists中。

然后將電氣設(shè)備的dll文件加入Custom Symbols文件夾中，在Project Manager內(nèi)更新符號，完成后導(dǎo)入電氣設(shè)備表和表AllCodeLists即可。綜上所述，添加電氣設(shè)備的步驟如圖5所示。

圖5添加電氣設(shè)備流程圖

3.1.4添加電纜

添加電纜可直接參照已有電纜表格式新建一張表，填寫需添加電纜的規(guī)格、型號等各項屬性，在表R-ClassNodeDescribes中關(guān)聯(lián)目錄與電纜表，最后將表Cabling與AllCodeLists導(dǎo)入即可。

在上述添加設(shè)備材料的過程中，若出現(xiàn)新的屬性，須在表CustomInterfaces中新建屬性。

3.2　布置電氣設(shè)備

所布置的電氣設(shè)備主要指用電設(shè)備、操作柱、動力箱、開關(guān)柜和電纜通道等。

3.2.1布置設(shè)備

布置用電設(shè)備、操作柱、動力箱和開關(guān)柜等電氣設(shè)備有兩種方式，布置參數(shù)化或非參數(shù)化設(shè)備模型，以及通過導(dǎo)入外部文件插入設(shè)備模型。

在Electrical模塊或Equipment and Furnishings模塊中選擇布置參數(shù)化設(shè)備，即可在參考數(shù)據(jù)庫中選擇預(yù)先創(chuàng)建的參數(shù)化模型。若要創(chuàng)建非參數(shù)化模型，首先在Equipment and Furnishings模塊中選擇布置非參數(shù)化設(shè)備，然后在其中添加形狀和設(shè)備部件。搭建完成的非參數(shù)化設(shè)備可以通過Edit菜單中的Copy to Catalog命令添加入Catalog中，使用時再通過Paste from Catalog調(diào)用。

SP3D支持SAT、DGN、DWG等文件直接導(dǎo)入，對于一些形狀復(fù)雜的設(shè)備，通過外部導(dǎo)入模型可以提高建模精度和效率。

3.2.2布置電纜通道

電纜通道包括橋架和穿線管，在Electrical模塊中，選擇橋架或穿線管功能即可實現(xiàn)布置參考數(shù)據(jù)庫中已創(chuàng)建的橋架或穿線管。

3.3　檢查碰撞

SP 3D支持對模型進行碰撞檢查，不僅可以檢查模型之間的直接碰撞，也可以檢查預(yù)留空間與模型之間的軟碰撞。碰撞檢查分為服務(wù)器級和客戶端級，在服務(wù)器中設(shè)置碰撞檢查后，客戶端始終顯示檢查結(jié)果，若只在客戶端設(shè)置碰撞檢查，則僅在本地顯示檢查結(jié)果。

3.4　敷設(shè)電纜

敷設(shè)電纜分為插入電纜和敷設(shè)電纜兩步。首先在Electrical模塊中選擇插入電纜，設(shè)置電纜的起點、終點、電壓等級、規(guī)格等信息。插入的電纜顯示為一條直線段，如果線段的起點、終點不在預(yù)想的位置，則需要手動調(diào)整。然后選中待敷設(shè)的電纜，依次選擇電纜通道的入口、路徑和出口即可完成敷設(shè)。

4　生成成品文件

電氣專業(yè)成品文件主要包括平面圖與設(shè)備材料表。SP 3D出圖有兩種方式：Volume Drawing與Composed Drawing，電氣專業(yè)主要使用Composed Drawing方式。

4.1　生成平面圖

首先在Space Management模塊中，布置Composed Volume設(shè)置出圖空間。然后打開Drawing Console，創(chuàng)建Composed Drawing，在Composed Drawing里新建一幅Drawing，并指定要選用的模版。在Drawing中創(chuàng)建View并與模型中的Composed Volume進行關(guān)聯(lián)，通過過濾器的設(shè)置選擇顯示內(nèi)容，通過視角方向的設(shè)置選擇視圖類型。最后對View進行更新，即完成了出圖工作，生成平面圖的步驟如下圖所示。

圖6　平面圖生成步驟

4.2　生成設(shè)備材料表

首先在Composed Drawing中創(chuàng)建Spreadsheet Reports，然后新建一個報告，設(shè)置模版和統(tǒng)計范圍，最后更新報告即可。

5　結(jié)束語

本文從SP 3D的數(shù)據(jù)庫組成開始，逐步介紹了電氣專業(yè)補充參考數(shù)據(jù)庫、布置電氣設(shè)備、碰撞檢查、電纜敷設(shè)和生成成品文件的方法。三維建模的應(yīng)用不僅提升了設(shè)計效率與質(zhì)量，還有力的控制了成本，是提升競爭力的重要途徑，也為建設(shè)智慧工廠奠定了基礎(chǔ)。