SmartPlant P&ID系统的应用总结

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SmartPlant P&ID系统的应用总结
1. 智能PID设计系统
1.1 职能PID设计系统的主要特点
SmartPlant P&ID软件（简称SPPID）是一种智能PID设计系统（Intelligent PID），与AutoCAD等非智能PID设计系统相比，智能PID设计系统具有以下特点：
z 便于数据查询——利用数据库技术，可以快速查询满足条件的数据，不用再翻看众多的文档
z 提高了数据的一致性——绘制PID的过程也是向数据库输入数据的过程，绘制结束后可以自动生成相应的报表，确保了图纸与报表之间数据的一致性
z 便于数据复用——通常智能PID与上下游专业的应用软件都存在接口，智能PID的数据能够被其它应用程序复用，避免了数据再次输入而引入的错误


1.2 项目使用职能PID设计系统的主要目标
在项目定义阶段，业主和PMC管理团队决定采用智能PID系统进行Process Engineering Flow Schema（PEFS），也就是PID图的设计，以便实现以下三个目标：
z 用一致的设计平台进行PID图的绘制
南海项目在业主已有的技术标准体系之上建立了项目标准规范，为了确保这些规范在不同的阶段，被项目的承包商很好的执行。在PID图方面，项目要求所有的PID图都要用经过统一定制的智能PID系统进行绘制，如果专利商的PID图不符合项目标准，PMC或相应的承包商应根据项目标准将图纸转画为智能PID格式。
z 在运行、维护阶段提升设计数据资产的价值
南海PMC项目将建立包括业务、工厂自控、工程等模块的数字化工厂，包括智能PID设计系统在内的应用软件系统是其重要的组成部分。
z 实现设计应用软件集成，提高设计质量
在工程设计行业，实现设计系统的集成，让下游应用软件复用上游应用软件的数据可以缩短设计周期、保证数据一致性、提高设计质量，从而增进公司的效益。智能PID系统是整个设计系统中的重要组成部分。


1.3 主要的智能PID系统
目前业界主要有以下几种智能PID产品： 产品名称
AutoPlant PID
PlantSpace PID
VANTAGE Plant Engineering PID
PDS 2D
SPPID
图形信息与工程数据的关系 Bentley－Rebis 分离 Bentley AVEVA Intergraph Intergraph 分离 分离 分离 结合 出品公司 图形平台 AutoCAD MicroStaion AutoCAD MicroStaion AutoCAD MicroStaion 内置
图形信息是指构成PID图的图形元素信息，如直线的起点、终点坐标，线型，图层等。工程数据是指描述工厂逻辑结构的管线、设备和仪表的信息，如管线号、管径、温度和压力等。目前大部分智能PID设计系统将这两类信息分开保存，图形信息直接保存于原CAD文件，而只把工程数据保存在数据库中。
利用成熟的CAD系统作为智能PID系统的图形平台可以简化系统的开发，提高系统的稳定型，但是CAD系统固有的限制也会制约智能PID系统的功能。

2. SPPID的主要特点
SPPID是Intergraph公司于1999年推出的新一代智能PID设计系统，它拥有内置的图形引擎，实现了图形信息与工程数据在数据库中的结合，是一种以数据为中心的系统，代表了业界的发展方向。因此项目选择SPPID系统作为职能PID设计平台，它具有以下优点：
2.1 友好的用户界面
SPPID的界面非常友好，用户很容易掌握；图形符号按目录进行管理，用户只需用鼠标拖拽就可以放置、移动符号；物体属性在属性窗口输入，非常便捷；工程数据编辑器便于快速查询数据、定位物体。
2.2 智能化的设计系统
SPPID可以定义规则，规定物体的行为，例如规定标注和设备部件不能自由放置，对相邻物体的属性进行一致性检查；SPPID可以根据温度、管径和隔热类型等信息从隔热规格表中自动获取管线隔热厚度和隔热材料信息；SPPID可以利用PDS 3D的材料库检查选用的管道材料等级是否满足温度－压力要求，选用的管件是否在等级库中。
2.3 开放的编程接口
SPPID允许用户通过自动化层对数据进行访问和操作。自动化层是一种通用的、简便的程序复用技术，用户可以利用VB、VBA和VC等编程语言进行二次开发，扩展软件的功能。同时用户也可以直接对数据库进行操作。
2.4 异地协同设计
SPPID支持异地协同设计，一个大项目可以被分解为多个子项目分发给位于不同地点的项目组。每个项目组只能修改属于自己的PID图，而中心服务器负责协调，使整个项目保持统一的设置；数据可以在项目组之间进行传递，获得授权的项目组可以得到其它项目组的PID图，进行查看或修改；在项目结束时，所有子项目的PID数据可以无缝地合并到中心服务器，简化了数据的移交过程，并提高了移交数据的质量。
3. 主要成果
3.1 在定义阶段，SPPID是最重要的设计平台
定义阶段，利用SPPID平台完成了1600余张PEFS的设计工作，并输入了工艺数据，形成了完整的工艺数据库。在此基础上，完成了±10%估算，为设计工作、招标工作的顺利开展提供了保障。
3.2 在实施阶段，协同工作模式确保了不同承包商之间PID图的一致性

在实施阶段，我们采用了协同工作模式对定义阶段完成的PID图进行了分发和对实施阶段的PID绘制工作进行管理。我们共创建了19个子工厂，分发给了12个承包商或分包商，PID图总数达到2600张。 承包商/分包商地点 SPPID子工厂

BSF
寰球工程
Alstom公司
上海工程有限公司
京鼎工程公司
天辰化学工程公司
东华工程公司
中鼎公司
TSK
CTM
TR
Aquatech

北京、澳头 北京 武汉 上海 北京天津 合肥 台湾 日本 马来西亚 西班牙 印度 Utility, Material Handling, Tank Farm,SIGF LOP, PP, HDPE, LDPE Steam & Power Water Treatment EO/EG -1 Jetty Solidwaste treatment ECU/LCU –1 ECU/LCU –2 SMPO, MPG EO/EG -2 Leaning Water

3.3 在生产阶段，SPPID系统是业主数字化工厂的重要组成部分
项目竣工后，业主将建立包括业务、工厂自控、工程等模块的数字化工厂，包括SPPID系统在内的应用软件系统是其重要的组成部分。
4. SPPID系统在实施过程中存在的主要问题
智能PID设计系统自90年代初问世已有10多年的历史，但是它在工程设计领域的应用并没有象以PDS 3D和INTools为代表的配管和仪表专业的智能CAD设计系统那么普及，在实施过程中还存在许多问题。
4.1 智能PID系统的功能增加，不同的要求难免发生冲突
在传统设计模式下，工艺专业是PID图的所有者。工艺专业完成PID图设计后，仪表、配管、采购、施工和试车等下游专业以此为依据开展工作，这些专业只需把对工艺流程有影响的修改反馈给工艺专业。但是在数据为中心的设计模式下，我们需要保持尽可能单一的数据源，不仅涉及工艺流程的修改要体现在PID图上，而且其它专业与PID有关的信息都应尽量存储在智能PID系统中。不同专业都要访问修改PID数据时，就会产生冲突，例如施工所需的工作包划分和试车所需的系统划分并非传统PID要体现的内容，工艺专业不希望这些额外的信息干扰整个PID图。
4.2 工艺专业的工作量增加
智能PID设计系统在绘制PID图的同时，可以自动生成管道表和设备表，提高了数据的一致性，但是这也大大增加了工艺专业的工作量。例如管道表通常包括两种类型的信息：连接关系和工程数据。连接关系是由管线的起止信息体现的，为了准确生成起止信息，必须要确保管线有效连接；工程数据是指管径、材料等级、温度压力等，这些信息在不同位置有可能发生变化，因此工艺人员需要逐段输入并检查数据，而且为了确保管线数据的完整性，所需的数据往往比管道表要求的要多。在传统工作模式下，图形绘制和管道表编制是分开的，绘图时没有过多的约束，管道表中的起止信息手工填写，工程数据数量相对较少。因此与非智能PID系统相比，工艺专业使用智能PID系统进行PID设计的工作量要多1－2倍。
4.3 数据传递难以顺畅
当前每个设计专业都有自身的设计系统，例如仪表INTools，但是智能PID系统与这些
下游软件之间数据传递并不顺畅，主要有以下几方面的原因：
z 数据传递过程复杂，效率低
以SPPID与三维设计软件PDS 3D之间的数据传递为例：目前这两种应用软件的数据模型是分离的，考虑到二维模型和三维模型结构上的差异，物体的映射不是一对一的关系，SPPID数据很难根据管线号等信息准确传递到PDS 3D系统中，而只能采取一边建模，一边在PID图中捕捉工程数据的方式，效率没有显著提高。
z 数据部分与图形部分不同步，无法及时向下游专业提供数据
由于智能PID的设计工作量大，为了保证进度，项目组通常采取先出图纸，后输入、检查数据的方式，导致下游专业开始设计时无数据可用。
z 数据正确性差，可利用价值不高
由于对绘制智能PID的质量缺乏有效管理，导致智能PID数据的正确性差，可信度低。即使只有少量的错误，但是查找并改正这些错误也会花费很多时间，结果得不偿失，造成下游专业利用SPPID数据的积极性不高。
4.4 对绘制人员要求高，数据质量不易保证
与非智能PID系统相比，使用智能PID系统需要较多的专业知识。在SPPID系统中，每个图例符号都有特定的类型，在绘制PID时必须选择正确的图例符号，按要求输入数据，否则这些输入信息就不能被正确记录在数据库中；在检查图面的过程中，需要对警告信息做出判断，如温度是否一致、管径是否变化等等。专业知识有助于在SPPID使用人员遇到上述情况时做出正确的选择。但是通常PID的绘制都是由专职绘图员完成的，他们无法充分理解设计人员的意图，影响了PID质量。
4.5 相关工作程序滞后
目前与PID绘制工作有关的作业程序依旧停留在传统模式上，侧重于图面的内容，如标准符号库、字体、线型、线宽、图层等，并没有考虑智能PID图的特殊要求。智能PID有自身特殊的要求，如属性变化的地方要标识、警告信息要检查改正、对应的数据报表要检查等等。缺乏与智能PID应用相适应的作业程序不利于统一智能PID的图面表达和生成正确的数据，没有明确新增工作的承担者和责任人也不利于对智能PID的绘制工作进行管理。
4.6 同步不同应用系统的数据增加了工作量
智能PID系统应是下游应用软件的数据源，这些系统中的相关数据是同步的。但是如果下游应用软件无法从智能PID系统获取数据，而自行输入，就可能导致数据的差异。查找并消除这些差异需要额外的工作，结果使用智能PID系统反而降低了工作效率。如果工艺专业内部同时使用智能PID和独立的报表生成系统也会产生类似的问题。
5. 实施SPPID设计系统的思路
上述问题有的是软件本身造成的，例如一个完全集成的工程设计平台尚不存在，因此我们不得不在相对分离的应用软件上开展设计工作，导致数据传递和同步的问题，但是更主要的原因是传统的工作流程无法适应设计应用集成的要求。因此本文将主要从项目管理的角度探讨如何实施SPPID设计系统。
5.1 项目管理层和业主应对智能PID系统的应用有正确的认识
智能PID的实施工作复杂、涉及的专业多、需要对工作流程进行适当的调整，只有取得项目管理层的理解和支持，才能取得成功。
z 从全局出发看待智能PID系统的实施
与非智能PID设计系统不同，智能PID系统不仅是工艺专业的辅助工具，而且也具体体现了应用集成和资产管理对PID相关数据的要求。为此需要对工作流程进行适当的调整，增加工艺专业的工作内容。项目管理层应对此予以重视，调整预算，给予人员上的支持，并探索新的智能PID实施的组织模式。
z 智能PID系统是整个应用集成的有机组成部分
智能PID的数据必须能被下游专业复用，否则就失去了应用集成的意义。因此智能PID的实施必须考虑到上下游应用软件的要求，以及业主在操作维护阶段的要求。
z 智能PID系统实施成功的关键是数据的正确性和时效性
智能PID系统必须能够及时提供正确的数据，否则就会影响下游专业的工作，从而降低了智能PID系统的价值。因此要对智能PID的实施进行管理，保证数据质量，做到PID图的发布与数据的发布同步。
5.2 制定可行的项目应用集成规划
在项目实施前，应制定整个项目的应用集成规划。它应该包括以下内容：
z 项目应用集成的总体目标
z 各个应用软件的名称、基本功能、使用模式及其产生的数据种类
z 在工厂生命周期中，物体的唯一性标识规则
z 主要物体的分类，以及各类物体的基本数据集合
z 应用软件之间数据的传递
项目的应用集成规划是智能PID系统定制和使用的基础，只有各个应用软件按统一的规则定制和使用，所有的应用软件才可能集成在一起。
应用集成规划应充分考虑工程设计单位计算机应用水平、业主要求、以及工厂设计、采购、施工、运行、维护和管理领域最新的软件产品，同时它应具有一定的前瞻性，为未考虑到的变化和将来的改进留有一定的余地。
5.3 在实施前进行充分的准备
鉴于智能PID系统的复杂性，以及不同人员、不同应用软件对智能PID的要求，在实施智能PID之前，应该予以较长的准备时间。这些准备工作包括：
z 熟悉项目应用集成规划的内容
z 收集公司、项目以及业主针对PID或智能PID的规范，进一步了解有关人员的要求 z 研究智能PID系统与其它应用软件的接口，确定要传递的数据和方式
z 确定智能PID系统的应用方式和组织管理方式
z 编制项目的智能PID实施作业程序
z 进行项目的智能PID定制工作，并对相关人员进行培训
在准备过程中，应与IT、工艺、仪表、配管和项目管理等专业的人员充分交流，了解他们的需求，并取得他们对智能PID实施的理解和支持。
5.4 编制与智能PID应用相适应的作业程序
在准备过程中应编制与智能PID相适应的项目作业程序，确保智能PID的特殊要求在项目实施过程中得到体现，确保图面的一致性和数据的质量。作业程序应包括以下内容：
z 图形绘制的基本方法以及内容深度要求。智能PID图的内容深度不仅要与版次相匹
配，而且应满足数据复用的要求；
z 设备、管线、仪表等物体应填写的数据及单位制。数据是随着设计的深化逐渐获得
的，因此应标明各类数据在何版次填写；
z 属性变化的标识及不一致警告信息的处理。在智能PID中属性变化的标识是必不可
少的。因为智能PID中含有许多温度、压力等未在图面上表达的信息，属性变化标识体现了底层数据的有效范围，便于人们充分了解智能PID信息。不一致警告是智能PID系统反映图面潜在问题的主要手段，必须逐一检查；
z 数据报告的种类、内容和格式。通过PID图不便检查未在图面表达的数据，而报告
是反映系统数据的直观手段，对检查的结果最终要反映到智能PID系统中。应规定要生成和检查的报告种类；报告中的数据与智能PID系统的数据的对应关系；重点考虑管道表和设备表的内容和格式；
z 取样、轴密封等典型工艺的表达方法；设备包的详细程度。由于这些工艺的相似
性，在PID图上常用编号简化，但是为了确保数据完整性，这些工艺应在图面上展开，如图面空间不够，也可以在专用PID图上或图框外展开；设备包的详细程度应视采购和维护的要求而定；
z 其它与IT和项目管理有关的作业程序，包括智能PID系统的建立与维护、应用软
件之间的数据传递、智能PID系统设置的变更控制。
5.5 职能PID系统实施工作的组织
由于智能PID系统比非智能PID系统复杂的多，不经过长期的实践，很难对其有很好的了解和掌握；同时实施过程涉及多个专业，无法由一个专业承担，因此为了确保工作的顺利开展、应用水平的提高、经验的有效积累，最好能由固定的人员承担有关工作，工作内容、分工和职责应通过作业程序予以明确。
z IT支持
IT支持涉及系统建立、系统备份、数据库优化、用户权限设置、软件安装与维护、相关文档的编制等，应由IT部门负责。
z 应用支持
应用支持涉及系统的定制、系统变更管理、使用的管理、培训、有关应用问题的解答、软件的二次开发和相关文档的编制等。这些工作需要较多的专业知识，最好由工艺人员担任。考虑到并非每个应用支持人员都需要对系统由全面的了解，可以设立智能PID专家角色，他应对系统有深入全面的了解，负责对整个公司的项目进行咨询式支持，疑难问题的解答，软件的二次开发和协调智能PID与其它应用软件之间的关系。每个实施智能PID的项目也应指定专门的应用支持人员，该角色可以由工艺人员兼任。他应对项目中有关智能PID的规定有详细的了解，管理智能PID的绘制工作、管理系统变更、控制数据质量、及时发布PID数据、对PID图进行归档。
z 绘制工作
工艺人员具有专业知识，对智能PID的概念比较容易理解，应该是最佳的智能PID的绘制人员。但是智能PID的绘制工作量毕竟很大，绘制工作会牵制工艺人员许多精力，使其无暇考虑其它更基本的问题，因此除绘制工作量确实比较少的项目外，实施智能PID的项目应配备专职绘图员。专职绘图员缺乏专业知识，绘图质量较差，应用支持人员必须对其工作进行管理和检查。
虽然不同专业都有修改智能PID的需求，但是工艺人员应该仍是PID图的所有者。其它专业要修改的内容，都应汇总到工艺专业，通过工艺人员协调这些工作并修改PID。
z 应用集成的协调
应用系统集成涉及多个专业，应设置数据资产管理员角色控制不同应用系统数据发布、协调数据的传递和检查不同应用系统之间数据的一致性，并向有关人员反映重大的质量和进度问题。该角色可以由IT人员或项目控制工程师担任。
5.6 绘制工作的外委
如果有大量的PID需要转换为智能PID图，或者项目有初始PID图且现有人力资源无

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