SmartPlant Enterprise仪表设计管理探讨

樊军锋

(中国天辰工程有限公司，天津 300400)

SmartPlant Enterprise仪表设计管理探讨

樊军锋

(中国天辰工程有限公司，天津 300400)

仪表专业管理的数据关联范围广，数据要求更为准确和精细，对安全生产、节能降耗、提高控制水平、控制产品质量起到关键作用。介绍了智能工厂全生命周期企业级解决方案SmartPlant Enterprise，该方案改进了仪表专业设计管理，使以往通过编制管理规定和经验管理方式，改变为流程化、可视化、标准化的工作流作业程序；提升了整体的设计效率、质量和项目管理水平，节省了人力资源消耗，实现了可持续发展。

智能工厂 仪表设计 项目管理 标准化 工作流 数据流

在化工厂建设过程中，仪表专业项目管理与现代项目管理体系一样，也是由项目策划管理、进度管理、质量管理、采购管理、成本管理、人力资源管理等多个方面构成；也要经历立项、设计、采购、施工、调试运行等多个阶段。笔者就以上几个工程建设实施阶段，结合鹰图智能工厂全生命周期企业级解决方案SPE(SmartPlant Enterprise)在工程设计阶段的使用，对仪表专业的项目管理工作进行初步探讨。

1 SPE简介

SPE整体解决方案是鹰图公司专门为工程公司(EPC)、工厂业主/运营商设计的系统。它结合当今信息化技术(IT)发展的最新成果，建立一个共同的信息交流与合作平台，通过网络做到信息数据的交换与共享，是一个强大的工程设计和管理整体解决方案；它使得化工、电力、海事行业的相关工程公司在一个平台即可掌握综合工程信息。

在SPE中，和仪表设计相关的软件包括： SPF(SmartPlant Foundation)，SPPID(SmartPlant PID)，SP3D(SmartPlant 3D)，SPEL(SmartPlant Electrical)，SPI(SmartPlant Instrumentation)。各软件之间的数据流传递关系，如图1所示。

1) 从图1中可以看出， SPF是SPE解决方案的核心，各软件之间的数据流交换，均需通过SPF映射来完成。SPF同时也是SPE的信息管理系统，结合设计过程中对于工作流的定制，不能通过数据流传递的图纸、文档等信息，可以在SPF中通过工作流进行各专业、部门之间传递。因此，SPF能够为工厂建立一个全面的电子化数据仓库，包括所有结构、属性部件、设备和文件。它涵盖了工厂设计、采购、施工、运行、维护、退役

和拆毁等各个阶段，能够在整个从工程设计开始到工厂拆毁之间的全生命周期中，有效地管理工厂。

图1 各软件之间的数据流传递示意

2) SPPID是SPE的流程图绘制和管理软件，使用该软件绘制的每一根管线，都带有管线号、温度、压力、密度、流量等属性，连接在管线上的仪表，能自动获取该管线的这些属性。

3) SP3D是SPE的三维设计、空间管理和图纸管理软件，是一个多专业的工作平台，包含设备、管道、柱网和结构、暖通、电气等三维布置设计，并能按照定义好的出图格式，将三维模型转换为图纸输出。仪表专业使用SP3D三维设计软件中的电气模块，设计仪表电缆桥架、仪表电缆敷设、接线箱布置、气源分配器布置的空间位置等。

4) SPEL是SPE的电气专业设计和管理软件，由于SPEL推出时间较晚，目前功能还不是很完善，只能做一些电气专业基础的设计工作。

5) SPI是SPE的仪表专业设计和管理软件，基本涵盖了仪表专业在设计阶段所需要的仪表索引、数据表、计算书、安装图、接线、I/O分配、回路图、材料统计等功能，并能快速生成图纸和报告，能够有效提高工程设计的质量和效率。

另外，为了在集成设计平台对材料进行统一管理，鹰图公司推出了SPRD(SmartPlant Reference Data)，通过给每种规格的材料编制唯一识别码的方式，贯穿设计、采购、材料控制、施工的材料全生命周期；在SPRD中建立的材料规格和编码，被其他设计软件参考和引用，提高了各个环节的设计一致性；使用材料识别码，便于专业人员的设计与非专业人员的采购、材料控制、施工之间的对接。

2 SPE实施

2.1 项目策划管理

1) 在项目策划阶段，SPF工程师(或者IT工程师)根据项目实施计划，首先在SPF中建立项目(Plant)—装置(Area)—单元(Unit)的项目结构(PAU)，并发布。在SPI中接收后，整个项目结构就在SPI建立完成，并且项目、装置、单元的名称和编号与SPF完全一致。这样，仪表专业在SPI中，对于工作分解的目标也就与项目要求一致了。

2) SPF工程师根据项目实施计划，进行专业划分和人员配备，每个专业配置专业负责人、设计人、校对人和审核人，并根据专业中的不同角色，赋予每个人不同的操作和访问权限。

3) SPF工程师根据不同专业或者角色的作业流程，定制项目的工作流。

工作流管理联盟WfMC(workflow management coalition)对工作流的定义： 工作流是指整个或局部商务过程的自动执行过程。在该过程中，各种文本、信息和任务都根据设定的过程规则从一个人(地方) 传送到另一个人(地方)[1]。工作流程示意如图2所示。

图2中，以专业间发布和接收条件的工作流为例，提出条件专业的设计人完成设计条件后，在SPF中启动发布和接收条件工作流，SPF自动将条件传递给校对人；校对人如有校对意见，在SPF中通过MARKUP工具在线提出校对意见，返回给设计人；设计人在线查看校对人提出的校对意见，并根据校对意见修改设计条件，再次发送给校对人；没有其他校对意见，批准后，条件自动传递给审核人；审核人和校对人的工作程序一样，如果有意见，就通过MARKUP工具在线提出审核意见，返回给设计人；如果没有审核意见，批准后，条件自动传递给发出条件专业负责人；发出条件专业负责人发布该条件后，自动传递给接收条件专业负责人；接收条件专业负责人对收到的条件进行评审，如果觉得所提条件满足后续设计需要，则把收到的条件分发给相关设计人；如果觉得接收的条件不满足后续设计需要，也可将条件退回提出条件设计人，并通过MARKUP工具在线提出退回意见；提出条件设计人根据接收专业提出的修改意见进行修改后，重新发出提条件工作流。

图2 发布和接收条件工作流程示意

整个工作流的执行过程中，提出条件在SPF中按照预先定制的规则自动传递，不会由于个人经验等原因，出现漏发专业或者漏接条件的情况。并且，从发起到接收的每个步骤，SPF中都会有明确的时间记录，可以方便项目设计经理等管理层了解项目执行的进度。

4) SPF工程师根据各设计专业产生和传递给下游专业的数据，在SPF中做好不同设计软件之间的数据属性映射，为各设计软件之间的数据流传递打通通道。

在鹰图的SPE集成环境部署完成时，各设计软件之间绝大部分数据流都已经默认打通，例如SPPID中管线的编号、温度、压力、流量等属性，已经默认和SPI中对应的属性做好映射，在SPPID中的属性填入数据并发布，SPI接收后就能自动存储在对应的属性中。工程公司根据自身的设计需要，在产生数据和接收数据的设计软件中，只需要分别对应增加少量的属性，并在SPF中做好映射，数据即可在不同软件之间进行流通。

2.2 进度管理

在工程设计阶段，一些关键的条件提出或者设计文件发布，往往是进度管理的控制点。对于仪表专业来讲，接收到工艺专业的PID条件，表示仪表专业设计工作的开始；仪表数据表和请购单等请购文件的发布，表示仪表专业的工作有了阶段性的成果。因此，工艺专业使用SPPID完成PID绘制，发布PID时，加载SPF中预先定制的PID条件发布工作流，在SPF中就会记录PID的发布时间；仪表专业在SPI中接收PID，即可开始工作。仪表专业接收工艺PID和工艺参数、进行相关计算、完成编制仪表数据表和请购单时，将仪表数据表和请购单打包，加载进SPF，启动仪表请购文件发布工作流，在SPF中就会记录仪表请购文件的发布时间。在此过程中，项目设计经理等管理人员，可以随时在SPF中查看每个专业的条件或者设计文件发布情况，以掌握整个项目的实际进度。

对于仪表专业内部进度管理而言，由于仪表专业负责人和各设计人共同工作于SPI中，专业负责人可以实时查看每位设计人当前完成的工作进度。例如，在接收到工艺专业发布的PID后，仪表设计人首先做的工作是仪表索引，在仪表索引中，仪表位号、用途、管线号/设备位号等基本信息已经默认从SPPID传递过来，仪表设计人不需要再次重复录入，节省了大量的人工时。在仪表索引中，仪表设计人主要根据工艺参数进行仪表选型，仪表专业负责人可以通过工艺专业发布PID的总数，仪表设计人导入完成的PID数量，得到大概的设计进度，也可以根据所有PID总包含的仪表回路总数和仪表设计人完成的回路数量，得出相对精细的设计进度，甚至可以通过所有PID中包含的仪表总数和仪表设计人完成的仪表数量，得到更为精细的设计进度。

同理，在设计仪表数据表时，仪表的温度、压力、流量等工艺参数已经默认从SPPID中传递过来，仪表设计人不需要重复录入。而且，在一个项目中，可以将仪表数据表中一些相对固定的仪表参数，例如法兰标准、毛细管材质等，预先定制好仪表数据表模板，仪表设计人在设计仪表数据表时，只需根据所选的仪表类型，复制相应的仪表数据表模板，这些参数就不用逐项录入了，节省了大量的工作量。仪表专业负责人可以在SPI中，实时查看仪表设计人完成的仪表数据表数量，精确把握仪表专业的设计进度。

2.3 质量管理

如前所述，在整个SPE平台，一直遵循着“数据谁产生，则由谁录入”的原则，并且录入的数据，根据数据流的传递，实现了“一次录入，多次复用”。即上游专业产生的数据，由上游专业负责录入并发布，下游专业只接收和使用即可，不用重复录入，避免了数据重复录入时产生的人为错误，保证了同一个数据在各个设计软件中的一致性。并且，如果对于同一个数据，上游专业如果做了修改，再次发布时，系统会记录修改的时间和内容，以及由谁做了修改，便于以后追溯该数据的历史修改记录。

如果是通过SPF的工作流发布的图形等条件，无论是发布专业的校对、审核意见，还是接收专业的评审意见，都会详细记录在SPF中。发布条件的设计人，可以在MARKUP一个界面，清楚看到由不同人员提出的意见，设计人按照这些意见，逐条修改即可，不会遗漏修改意见。并且，每个人在MARKUP中提的意见，都有自己的用户名和时间，可追溯性也很强。

在SPE平台，各个设计软件中的规则和模板定制好之后，每位设计人只根据实际需要选用即可，避免了由于设计人的经验、习惯不同，对于同一问题的表示方法不一致。以电缆穿线管材料为例，仪表专业通常在图纸中表述为“镀锌水煤气管”，实际上，这只是对于GB/T 3091—2008《低压流体输送用焊接钢管》的俗称[2]，而“低压流体输送用焊接钢管”一般管道专业也有大量应用。因此，在SPE平台中，管道专业可以在材料管理软件SPRD中根据文献[2]的要求，建立“低压流体输送用焊接钢管”的材料规格描述和编码规则，并分别参考SP3D三维设计软件的管道材料库和电气材料库，管道专业在SP3D的管道材料库中选用此材料来设计管道，仪表专业在SP3D的电气材料库中选用此材料来设计电缆穿线管，这就保证了同一种规格的材料，应用场合不同，其名称、规格描述和编码都是一致的。

仪表专业同电气、管道、结构、暖通等专业共同工作在三维设计软件SP3D中，在设计仪表电缆桥架、仪表及接线箱等布置时，实时参考其他专业建立在SP3D中的所有模型，本着整齐、美观、不影响交通，方便操作和维护，避开机械损伤的原则，直观地设计出最合理的布置位置。如果仪表专业与其他专业的设计内容有空间碰撞，可以利用SP3D的碰撞检查工具，方便快捷地找到碰撞点并进行修改，有效避免了现场施工时才发现碰撞再修改图纸的问题。

在SPE平台中，每个设计软件的出图模板预先定制好之后，不同设计人出图时，只需选用相应的出图模板即可，保证了不同设计人出图的深度、风格一致性，从整体上提升了设计质量。

2.4 采购管理

材料管理软件SPRD另一个很强大的功能，就是制作采购包，进行项目的采购管理。

仪表专业使用SPI设计完成的仪表数据表、仪表安装图材料表等请购文件，通过SPF工作流传递给采购专业，对于仪表数据表，采购专业可以根据仪表类型，加上仪表请购单、商务合同要求等制作成相应的采购包；对于材料，采购专业可以根据在SPRD中预先定义的材料分类，加上材料请购单、商务合同要求制作采购包。而且，由于在SPRD中遵循同一种材料只有一个编码的原则，采购专业还可以将不同专业使用的同一种材料汇总之后，制作成一个采购包进行批量采购，避免了同一种材料从不同供货商处采购，降低了采购成本，保证了质量。

2.5 成本管理

在传统设计模式中，设计人员只对技术负责，很少关心成本。当前，工程公司大都采用总承包模式承接工程，设计人员如果在设计过程中，结合成本给出最佳的设计方案，不仅有利于节省社会资源，而且为业主节省投资，更可以为工程公司争取最大利润。

在SPE平台，采购专业完成采购订单后，将仪表或者安装材料的供货商、型号、价格等录入仪表设计软件SPI以及材料管理软件SPRD中，仪表设计人员可以清楚得知设计方案的最终成本，以此为基础，在以后的设计工作中才能不断优化设计方案，尽力降低成本。而且，对于不同设计人，在以后类似项目如果使用到同规格的仪表或者材料，可通过SPI和SPRD查询到价格，为当前项目提供最有利的参考。

2.6 人力资源管理

在SPE平台中，各个设计软件可以按照项目结构(PAU)，根据参与人员在项目中的角色设置访问和操作权限，职责明确。例如，对于仪表专业，新工作的员工由于经验尚浅，一般先做仪表索引、仪表接线等基础性工作，给他在SPI中分配的权限： 对某一个装置或者单元的仪表索引和接线模块拥有“增加/修改/删除”，对仪表数据表等其他模块只设置“查看”；而对于工作多年、经验丰富的设计人，可以做仪表选型、仪表数据表等工作，给他在SPI中分配的权限： 对某一个装置或者单元的仪表索引、接线模块和仪表数据表等全部模块拥有“增加/修改/删除”权限。这样，不同岗位人员根据其职责可对其工作权限精确划分。

而且，在项目进行的不同阶段，人力的需求也不尽相同(一般都是项目前期人力需求少，后期人力需求多)。项目经理等管理人员可以很方便得到不同阶段参与该项目的人员和实耗人工时，为项目决策提供最详尽的数据[3]。

一般来讲，从项目前期就参与的设计人员，对于整个项目的设计规定贯彻比较彻底，但是项目后期参与进来的设计人员，往往由于时间紧张，很难在短时间内全面领会该项目的设计规定，设计的图纸会与项目设计规定不一致，只能在项目负责人发现后再修改，很大程度上浪费了人力。但在SPE平台，由于各设计软件中预先定义了符合该项目要求的规则和模板，所以无论什么时候参与进来的设计人员，只需选用该项目的规则和模板。而且，由于各设计软件的出图风格也是统一定制，根据个人经验和习惯等发挥的空间相对较少，使具有不同资历和经验的设计人只要在软件平台中，按照既定的操作规程进行操作，可得到相同的设计成品。因此，SPE设计平台有利于规范人员的岗位职责和操作规程。

3 总 结

当前，部分欧美业主已经开始建设“数字化工厂”，首先要求工程公司在项目设计阶段进行“数字化设计”，最终进行项目整体“数字化移交”[4]。即整个项目使用集成化设计软件进行设计，所有数据流、文档、工作流进行电子化存档。业主可以基于“数字化设计”对运营的工厂进行 “数字化管理”，可以在三维模型视图中得到工厂内的所有设备、材料的设计数据、供货资料等，使设备和材料在生命周期内得到最优的配置和管理，大幅降低了工厂运营和维护的成本。

基于最新IT技术的SPE，迎合了该需求，不但在技术上为工程设计提供了便捷的工具，也为项目管理提供了高效的平台，有利于工程公司和业主实时把握项目进度、掌控设计质量、严控项目成本和人力成本。

但是，由于SPE是国外软件公司开发的产品，虽然工作流程和内置的表单、报告等模板，均是符合IEC和ISA相关标准和规范，但与国内工程公司和业主的习惯仍有差别。因此， SPE仍需要进行大量的“本土化”改造，其中包括： SPRD中非管道专业材料编码规则制订和材料录入；在SPF中对于符合本公司工作流程的工作流定制；各设计软件之间数据流梳理；各设计软件出图模板定制；各设计软件尚缺功能的二次开发。

由此可见，除了最后一项工作需要鹰图公司根据客户需求，不断完善软件功能外，其他工作对于工程公司均为“一次性”的基础工作，即只要花费一次的时间和人力完成后，几乎不会再大量修改。因此，对于工程公司而言，尽早把这些工作做完善和成熟就掌握了主动权，提高了市场竞争力。而且，使用SPE使所有工作都实现了规范化和流程化，做完的项目都存储在公司数据库中，很大程度上解决了以往由于人员流动、退休等原因造成工程公司设计经验丢失的问题，有利于公司的可持续发展。

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Discussion of Instrumentation Design Management in SmartPlant Enterprise

Fan Junfeng

(China Tianchen Engineering Corporation， Tianjin， 300400， China)

ion： The range of data association of instrumentation professional management is wide. Data requirement is much more accurate and precise. It plays a key role in safe production， energy saving and cost reducing， control improving and product quality controlling. The enterprise-level solution of “SmartPlant Enterprise” intelligent whole life cycle is introduced. It improves instrument professional design management， and changes preparation of management documents by specification and experience inheritance to processes， visualization， and standardization workflow operating procedures. The overall company design efficiency， quality and project management are improved. Manpower resource consumption is saved， and sustainable development is achieved.

SmartPlant； instrumentation design； project management； standardization； work flow； data flow

樊军锋(1982—)，男，陕西蒲城人，2004年毕业于北京化工大学测控技术与仪器专业，获学士学位，现就职于中国天辰工程有限公司仪表电气部，从事仪表工程设计工作，任工程师。

TP311.5

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1007-7324(2015)01-0009-05

稿件收到日期： 2014-09-02，修改稿收到日期： 2014-11-04。