智能工厂设计系统在石化装置中的运用与发展

王钰铭,李晓亮,张慷焕

(中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林省 吉林市　132002)



智能工厂设计系统在石化装置中的运用与发展

王钰铭,李晓亮,张慷焕

(中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林省 吉林市132002)

摘要：介绍了智能工厂设计系统SmartPlant 3D在某石化装置的应用，从项目建立、三维建模、模型校查、成品制作四个方面总结了一些使用经验，并与传统的PDS软件进行了对比，得出了该软件的应用优势。

关键词：石化装置；数据集成；项目建立；三维模型

1前言

随着信息时代的深入发展，3D打印、4G通信等智能技术应用而生，传统三维工厂设计也逐渐开始全周期性的智能演化，从设计到工程总承包，从PDS软件到SP3D软件(Smart Plant 3D简称)的转变，为1D数据库管理、2D系统设计、3D布置设计、4D过程管理、5D工程一体化创造了无限的可能性，我院成熟应用PDS软件后，引进了鹰图公司的SP3D智能工厂设计软件，开始了数字化工厂设计的新纪元。

2SP3D软件介绍

SP3D软件为全新的智能工厂设计系统，采用Oracle数据库技术为核心支撑，面向规则驱动，微软新一代操作系统WIN7类似的操作环境，入手容易，操作简单，并能够满足各个层次的数据集成解决方案，通过SmartPlant Foundation数据管理平台与SmartPlant Materials材料管理软件，SmartPlant PID、SmartPlant Instrumentation、SmartPlant Electrical等二维系统设计软件进行数据传输、二三维校验及数字化移交，具有非常开放的接口，PKPM结构分析软件、天正建筑软件模型进行导入，支持各类二次开发的插件实现SP3D软件操作便捷化，管道轴测图可以附带生成PCF文件导入到CAESARII管道应力分析软件中进行计算等功能，是当今最先进的智能化工厂设计软件之一[1]。

3在某石化装置中的应用

某石化装置是我院承揽的某公司千万炼油百万吨乙烯下游配套装置，共有工艺设备137台，管道987根，电仪槽板7 800 m，为我院的第一个利用SP3D软件设计的项目，同时与以往PDS软件设计的该装置进行了对比。

图1　某装置SP3D模型图

3.1　项目建立

3.1.1材料数据库建立

本装置通过SmartPlant Reference Data平台(简称SPRD)建立了管道的数据库，并首次建立企业级的材料编码体系，安装了15个等级，生成CC码110个，材料编码统一管理、维护与发布，提高了数据的准确性[2]，由于应用经验不够丰富，建构筑物、电气、仪表采用了鹰图公司自带的数据库，主要以占位为主。

3.1.2工作空间树状结构建立

三维设计的主项专业需提前规划整个三维模型的结构，石化装置一般为工厂-装置-单元-专业系统四级结构，小型项目可以采用工厂-单元-专业系统三级结构，规划完毕后提交给管理员进行树状结构建立和权限赋予，该石化装置属于小型项目，采用了三级树状结构。

3.2　三维模型布置

SP3D软件拥有轴网(Grids)、Structure(建筑结构)、Piping(管道)、Equipment and Furnishings(设备)、Electrical(电仪)、HVAC(暖通)等模型布置模块，并在Tasks工具栏中自由切换，改变了PDS软件初始界面登陆各模型布置模块的复杂操作，数据库中包含各专业常见的原件模板类型，并支持二次开发原件模板，可以通过建模与导入两种方式布置设备模型，建筑结构、管道、电仪等专业均可以根据项目实际需求建立项目级材料数据库，并抽取材料功能。

3.2.1管道模型

管道模块拥有pipe line-piping run-piping part-piping feature等更符合逻辑的属性结构，具有智能关联功能，管道与管口、支架、开孔都有这属性的关联，从设备管口绘制法兰连接的管线，不需要先将法兰，只需要直接操作管段绘制，即可将法兰直接关联出来，能够绘制夹套、衬里等特殊管道，支持T、Y型过滤器做成标准件，导淋、放净管道做成组合件后只需要3部完成，较PDS软件效率明显的提高。

图2　导淋、放净绘制过程

3.2.2支吊架绘制

为了更具功能性，SP3D支吊架设置了独立的模块，支持管道、电仪、暖通等所有需要支吊架的专业，SP3D物理支架视觉直观、放置方便点，能够根据规则实现支架的推荐与选取，支架会随支撑点和管道发生变化而自动调整；可以参与到碰撞检查过程中，减少逻辑支架存在的碰撞问题，SP3D物理支架还可以实现支架材料及时精确地统计，我院根据该项目的具体实施委托开发了134个物理支吊架，并应用于该项目中，实现了支吊架可视化与报表自动生成。

3.3　模型校查

3.3.1模型碰撞检查

SP3D建模可进行实时碰撞检查，服务器后台进行追踪，客户端不用执行具体的操作，加载模型后，只要有物理的接触，就有碰撞标识显示，类似Word的拼写检查，做到碰撞问题及早发现，及早修改，从而优化布置设计，有效提高设计质量。

3.3.2模型审查与校审

SP3D配套了2010版Review软件对模型进行浏览就、校审、审查，增强了Review的清晰度，简化了切换视角、局部放大、飞行模拟器等众多操

作命令，但是鹰图公司为了版权只支持网络版本，SP3D软件主工作空间也镶嵌了Review软件中的方向、飞行模拟器、最大化等基本功能，无需生成Review模型，即可随时进行模型的校审工作，较PDS软件更加简单快捷。

3.4　成品制作

SP3D的出图不同于二维设计方式的手工绘制，也不同于传统三维设计时的半自动的出图手段，它着重体现全自动生成图纸与报告。目前为止SP3D管道模块可以自动生成管道轴侧图、管口方位图、管道布置图，自动抽取管道综合材料表、支架材料表、保温隔热一览表等，材料表都是基于Office格式，修改和定制非常便捷，该项目完成了1 193张管道轴测图，8张管道布置图，抽取了综合材料表、支架材料表，完成了既定目标，与此同时，SP3D成品的模板定制是十分复杂，直到项目完成还有一些模板还没有完善，超过了预期。

3.5　效果对比

本项目与PDS软件进行了对比，将两个软件模型效果和工作效率进行了对比，两软件工作效率主要对设备建模时间、管道建模时间、成品定制时间和成品时间进行了比较，详见表1；

表1　两软件工作效率对比

由此可以得知，SP3D软件的工作效率较PDS软件大大提高，但是SP3D软件的成品模板定制时间需要大量时间，有一定难度。

通过设备模型效果、管道模型效果、支吊架效果的描述对比，如表2所示：

表2　两软件模型品质对比

可以得知，SP3D软件的模型较PDS软件相比具有更高的视觉效果和丰富的内容。

4结语

运用新一代智能工厂设计软件，不仅可以提高设计效率，提升设计质量，还可以满足数字化传输要求，为业主建立数字化工厂提供可能，从信息化方面有效提高设计单位的核心竞争力。

Application and development of intelligent plant design system in petrochemical plant

WangYu-ming,LiXiao-Liang,ZhangKang-huan

(CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.Ltd Jilin Design Institute Jilin 132002,China)

Abstract：This article introduces the application of the intelligent plant design system-Smart Plant 3D in a petrochemical plant, summarizes some experiences from the establishment of the project, the 3D modeling, the model checking and the production of the products. And the Smart Plant 3D is contrasted with the traditional PDS in the paper. So that we know the application advantage of the Smart Plant 3D.

Key words：petrochemical plant; data integration; Project establishment; 3D modeling

中图分类号：TP31

文献标志码：A

文章编号：1003-6490(2015)06-0017-02

作者简介：王钰铭(1984-)，男，吉林扶余人，工程师，毕业于长春工业大学高分子化学与物理专业，理学硕士，现从事石油化工管道设计与三维设计开发与研究工作。

收稿日期：2015-11-02