靳 嘉，劉 璇

（中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司工程設(shè)計(jì)院，北京 100028）

基于PDMS的配管自動(dòng)化設(shè)想與研究

靳 嘉，劉 璇

（中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司工程設(shè)計(jì)院，北京 100028）

配管設(shè)計(jì)具有面寬、量大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員工作強(qiáng)度較大，目前所使用的PDMS軟件雖然能有效提高設(shè)計(jì)效率，但也有一定的局限性，文章討論了在PDMS平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)以實(shí)現(xiàn)部分功能自動(dòng)化的必要性和可行性，并討論了在管路布置和料單抽取方面進(jìn)行功能擴(kuò)充的基本思路。研究實(shí)踐表明，對(duì)PDMS進(jìn)行二次開發(fā)能有效提高配管自動(dòng)化程度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

配管設(shè)計(jì)；自動(dòng)化；PDMS軟件；二次開發(fā)

配管專業(yè)作為海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)的后期專業(yè)具有工作量大和設(shè)計(jì)內(nèi)容繁瑣等特點(diǎn)。中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司工程設(shè)計(jì)院 （以下簡(jiǎn)稱工程設(shè)計(jì)院）2008年引入PDMS軟件，配管設(shè)計(jì)進(jìn)入三維仿真階段，對(duì)提高配管設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率起到了良好的促進(jìn)作用。但是，由于軟件開發(fā)商考慮到產(chǎn)品的通用性，在專業(yè)化程度上還有許多有待深入之處。不過，作為彌補(bǔ)，PDMS捆綁了用于功能擴(kuò)展和二次開發(fā)的PML語言，這為提高計(jì)算機(jī)輔助配管設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度提供了基本條件。

1 配管自動(dòng)化的必要性與可行性

以冀東NP1-29項(xiàng)目為例，配管專業(yè)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段完成管道三維圖1 100多張，其中涉及到各種配管材料302種，共計(jì)11 633項(xiàng)，此外，配管設(shè)計(jì)還涉及到材料選擇、管壁計(jì)算、應(yīng)力分析和加工設(shè)計(jì)等內(nèi)容，設(shè)計(jì)工作量非常大。同時(shí)，大量的工程實(shí)踐表明，配管設(shè)計(jì)具有很多內(nèi)在規(guī)律性，在進(jìn)行料單統(tǒng)計(jì)和管理方面具有非常清晰的數(shù)據(jù)來源和統(tǒng)計(jì)方法，而且在管道設(shè)計(jì)的過程中有很多固定組合和重復(fù)操作，都可以通過計(jì)算機(jī)輔助完成，以降低設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。

同時(shí)，工程設(shè)計(jì)院目前所使用的PDMS軟件內(nèi)嵌有用于二次開發(fā)的PML語言，該語言與PDMS無縫結(jié)合，既可以調(diào)用操作PDMS模型中的所有對(duì)象，也可以直接引用PDMS中的已有的功能模塊，還可以調(diào)用執(zhí)行其他語言編寫的可執(zhí)行程序。因此，使用PML語言和其他計(jì)算機(jī)語言編寫程序并在PDMS中調(diào)用執(zhí)行，將一些繁瑣的操作程序化從理論上講是完全可行的。

2 基本分析與構(gòu)想

配管設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容是根據(jù)工藝P&ID對(duì)管道進(jìn)行合理連接、布置，并最終以管道三維圖和配管料單的形式體現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。因此，本文主要從管路布置和料單生成兩個(gè)方面對(duì)配管自動(dòng)化進(jìn)行研究。

2.1 管道布置計(jì)算機(jī)輔助分析

管道走向布置一般應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：符合P&ID工藝流程要求；方便維修、操作；經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；兼顧美觀。因此，要實(shí)現(xiàn)配管自動(dòng)化就要相應(yīng)地從以下幾個(gè)方面著手：P&ID圖紙的讀取與識(shí)別；配管規(guī)定，經(jīng)驗(yàn)做法和標(biāo)準(zhǔn)圖的邏輯化、程序化；最優(yōu)路徑的選擇。至于管路的美觀，則需通過后期調(diào)整優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際上，要實(shí)現(xiàn)管道完全自動(dòng)布置是一件非常困難的事。絕大多數(shù)情況下，都需要經(jīng)驗(yàn)豐富的配管工程師進(jìn)行仔細(xì)地設(shè)計(jì)，反復(fù)調(diào)整優(yōu)化，才能達(dá)到較為合理的設(shè)計(jì)結(jié)果。目前，國際上三維設(shè)計(jì)軟件提供商所能做到的是根據(jù)P&ID圖紙對(duì)管道的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行檢查，查找是否有漏項(xiàng)、錯(cuò)項(xiàng)。因此，本文僅將研究范圍限于局部功能自動(dòng)化和輔助設(shè)計(jì)上。

一般來說，PDMS二次開發(fā)可以通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)，一是通過使用PML語言編寫宏程序來調(diào)用PDMS內(nèi)部功能模塊，從而將繁瑣的操作過程自動(dòng)化，提高工作效率，實(shí)現(xiàn) “模擬操作”，如坡管自動(dòng)連接；二是將具有清晰邏輯過程的操作程序化，即編寫程序拓展PDMS功能，如高低點(diǎn)查找、管道重心計(jì)算、配管經(jīng)濟(jì)預(yù)算等。

2.2 配管料單自動(dòng)生成分析

料單文件是配管設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)成果，主要用于配管材料的購買和施工申領(lǐng)。一般來說，配管料單中的每一條記錄描述都應(yīng)指向一種獨(dú)一無二的配管材料。因此料單記錄中應(yīng)包含有材料名稱、尺寸、磅級(jí)、端面形式、結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)描述、引用標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)量等基本信息。其中，材料名稱、尺寸、磅級(jí)、數(shù)量都是PDMS模型中的基本信息，可以直接從模型中讀取。而端面形式、結(jié)構(gòu)形式、材料描述以及引用標(biāo)準(zhǔn)等信息一般可從閥門數(shù)據(jù)表或配管材料規(guī)格書中讀取。實(shí)際上，在創(chuàng)建PDMS元件庫時(shí)，即可為元件指定材料描述和詳細(xì)描述，詳細(xì)描述中可包含參考標(biāo)準(zhǔn)、端面形式、結(jié)構(gòu)形式等信息，因此，如果元件庫創(chuàng)建較為完善，配管料單所需所有信息都可以從PDMS中讀取到。

獲取到以上數(shù)據(jù)后，根據(jù)專業(yè)規(guī)范及質(zhì)量體系規(guī)定進(jìn)行分類并有序?qū)懭胛募屑纯桑糠植牧峡梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及習(xí)慣做法在統(tǒng)計(jì)數(shù)量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)打取余量。

3 實(shí)踐研究

基于以上分析，工程設(shè)計(jì)院PDMS工作站從管道設(shè)計(jì)輔助工具和配管料單自動(dòng)生成工具兩個(gè)方面進(jìn)行了深入研究和具體實(shí)踐，先后開發(fā)了高低點(diǎn)自動(dòng)查找、坡管自動(dòng)連接、管道系統(tǒng)重心計(jì)算、配管經(jīng)濟(jì)概算、配管料單自動(dòng)生成等輔助工具。本節(jié)將選其中幾個(gè)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3.1 管道設(shè)計(jì)輔助工具

3.1.1 高低點(diǎn)自動(dòng)查找工具

如果管道中出現(xiàn)高點(diǎn)或者低點(diǎn)，在試壓和生產(chǎn)過程中會(huì)造成積水或者氣塞，對(duì)調(diào)試、生產(chǎn)造成影響，因此，常常需要在高低點(diǎn)分別安裝高點(diǎn)放空和低點(diǎn)排放。由于海洋平臺(tái)上空間限制較大，管道繞彎的情況也較多，因此，常常需要逐根管道查找是否有高低點(diǎn)存在。實(shí)際上，利用PML語言可以方便地讀取到管道上每個(gè)管件的坐標(biāo)值，因此完全可以通過程序判斷是否有高低點(diǎn)存在。而且，高點(diǎn)放空和低點(diǎn)排放都有制作標(biāo)準(zhǔn)圖，可以將其程序化，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連接。圖1為所編寫高低點(diǎn)自動(dòng)處理程序的執(zhí)行情況。

3.1.2 坡管自動(dòng)連接工具

在海洋平臺(tái)上，如開排系統(tǒng)等重力管道在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)，都要求設(shè)置有一定的坡度。而在PDMS中坡管連接是比較困難的，需要比較繁瑣的操作過程。但是，坡管連接的操作流程非常固定，因此，可以使用PML語言逐步調(diào)用PDMS功能模塊來實(shí)現(xiàn)坡管連接，從而減少設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。程序執(zhí)行界面如圖2所示。

此外，工程設(shè)計(jì)院PDMS工作站還開發(fā)了管道重心計(jì)算程序性、配管經(jīng)濟(jì)概算程序，目前正處于調(diào)試修改階段，不再一一介紹。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)料單自動(dòng)生成

根據(jù)前面的分析，配管料單的生成過程主要是一個(gè)統(tǒng)料、分類匯總和文件寫入的過程。實(shí)際上，考慮到非專業(yè)人員閱讀料單的方便，還需要將從PDMS模型或數(shù)據(jù)表中讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、完善，以通俗易懂的形式寫入料單。

由于閥門料單中所包含信息較多，PDMS模型和數(shù)據(jù)庫中信息不完善，部分信息需要從閥門數(shù)據(jù)表中讀取。在PDMS數(shù)據(jù)庫中，每一類閥門都具有獨(dú)一無二的閥門代號(hào)，根據(jù)這一代號(hào)可以在閥門數(shù)據(jù)表中檢索到該類閥門的全部信息，再加上從PDMS模型中統(tǒng)計(jì)出來的閥門數(shù)量，即可組成一套完整的閥門料單記錄。執(zhí)行框圖如圖3所示。

圖3 閥門料單信息提取框圖

對(duì)于一般的管件，由于所需的信息量相對(duì)較少，端面形式、結(jié)構(gòu)形式、材料描述以及引用標(biāo)準(zhǔn)等信息也都可以寫入元件庫的Detail Text和Material Text兩個(gè)屬性中，抽取料單時(shí)，直接從中讀取即可。

由于元件的Detail Text屬性中包含有多項(xiàng)信息，因此，抽取關(guān)鍵料單時(shí)的一項(xiàng)重要工作就是信息的分離和提取。需要注意的是，同一信息對(duì)于不同管件的具體表現(xiàn)形式可能不同，但卻屬于幾種固定的形式。因此，可以考慮使用正則表達(dá)式進(jìn)行模糊識(shí)別。以壁厚為例，管道或管件的壁厚描述可能會(huì)以現(xiàn)厚度值或壁厚等級(jí)的形式出現(xiàn)，如4.5 mm、STD、SCH40、 XS、THK=5 mm等。使用如下正則表達(dá)式即可從Detail Text屬性中提取到不同形式的壁厚信息：

（SCH.?s?d{2,}w?）|（STD）|（XS）|（XXS）|（d{1,}.?d?mm）|（THK=d{1,}.?d?（mm）?）

如要提取閥門或者管道的參考標(biāo)準(zhǔn)信息，則可使用以下表達(dá)式：

（SCH.?s?d{2,}w?）|（STD）|（XS）|（XXS）|（d{1,}.?d?mm）|（THK=d{1,}.?d?（mm）?）

通過以上討論可知，各種閥門管件既具有一些基本的共同特征，也具有不同于其他管件獨(dú)特之處。為了便于處理，可采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷脒M(jìn)行處理。首先，將各種閥門、管件的共同特征概括抽象為一個(gè)母類，然后創(chuàng)建子類，分級(jí)繼承，逐級(jí)添加個(gè)體特性。

實(shí)際上，PML本身的數(shù)據(jù)處理能力有限，通常需要借助外部程序的協(xié)助才能完成整個(gè)抽料、統(tǒng)料、分類寫入料單以及打印存盤等整個(gè)工序。這里僅使用PML進(jìn)行抽料操作并直接存盤，然后再編寫程序，讀取存盤數(shù)據(jù)，分類統(tǒng)計(jì)，寫入文件。程序執(zhí)行界面如圖4所示。

該料單自動(dòng)生成程序是在PDMS 11.6 SP4、PML2和Visual Studio.Net 2008環(huán)境下編譯調(diào)試的。實(shí)際測(cè)試表明，該程序能明顯提高統(tǒng)料速度和精度。以NP1-29項(xiàng)目為例，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段使用PDMS自帶統(tǒng)料程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后人工整理、分類，填寫料單文件，其中共有兩名成熟的配管設(shè)計(jì)人員參加，用時(shí)近4天。使用所編寫程序自動(dòng)出料時(shí)，僅需要1名設(shè)計(jì)人員，大約10 min即可完成，同時(shí)避免了統(tǒng)料過程中低級(jí)錯(cuò)誤的發(fā)生，提高了統(tǒng)料的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論及展望

PDMS作為優(yōu)秀的三維工程設(shè)計(jì)軟件，在海洋工程行業(yè)應(yīng)用廣泛，而且具有良好的可拓展性和二次開發(fā)性能。目前，工程設(shè)計(jì)院PDMS工作站先后開發(fā)了高低點(diǎn)處理、坡管自動(dòng)連接、管道系統(tǒng)重心計(jì)算、配管經(jīng)濟(jì)概算、配管料單自動(dòng)生成等程序。實(shí)際測(cè)試表明，這些應(yīng)用程序能有效提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，具有良好的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)也應(yīng)看到，作為良好的信息化平臺(tái)，工程設(shè)計(jì)院對(duì)PDMS軟件的開發(fā)使用深度還不足，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)軟件的二次開發(fā)，充分發(fā)揮軟件優(yōu)勢(shì)，為設(shè)計(jì)院業(yè)務(wù)發(fā)展作出更多更大貢獻(xiàn)。

[1]張琳.VANTAGE PDMS 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（21）：13-14.

[2]朱春田.石油化工多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)模式變革[J].石油化工設(shè)計(jì)，2006，（23）：3-6.

Study on Automatic Piping Design Based on PDMS Softrare

JIN Jia（Engineering Design Institute of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100028， China）,LIU Xuan,HAN Yan-feng

Piping design is an onerous work in the detailed engineering of offshore platform.The introduction of 3D modeling software PDMS brings much convenience for the design work,but the generality consideration to the software makes it necessary to carry out customization and redevelopment on the software.This paper discusses the necessity and feasibility of secondary development based on software PDMS to realize partial function automatization and the basic thoughts about function expansion in piping layout and material list choosing.The study shows that the secondary development of PDMS can raise the automatic piping level,design quality and efficiency.

piping design;automatization;software PDMS;secondary development

TE951

B

1001－2206（2011）增刊－0052－03

靳 嘉 （1981-），男，天津人，工程師，2004年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，現(xiàn)從事石油化工管道設(shè)計(jì)工作。

2011-08-23