潘光國，王明國，梁彩云，任文文，劉 言

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

近年來，各大工程公司加快了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐，重點(diǎn)目標(biāo)是建立數(shù)字化集成平臺，加強(qiáng)各專業(yè)間的設(shè)計(jì)協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在集成平臺上傳遞、共享和管理，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和唯一性，實(shí)現(xiàn)提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的[1]。

由于設(shè)備專業(yè)的設(shè)計(jì)過程相對獨(dú)立，主流的集成化設(shè)計(jì)平臺(AVEVA和鷹圖)中并沒有設(shè)備專業(yè)的相關(guān)軟件，需要通過二次開發(fā)的方式與集成平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。因此，目前設(shè)備專業(yè)在集成化設(shè)計(jì)中的參與度不高。同時(shí)，設(shè)備專業(yè)的計(jì)算軟件和出圖軟件之間也存在數(shù)據(jù)不互通、數(shù)據(jù)信息重復(fù)輸入、效率低、準(zhǔn)確性不高等問題。為了實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)平臺與設(shè)備專業(yè)計(jì)算出圖軟件之間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，以此提高設(shè)備專業(yè)的工作效率、確保設(shè)計(jì)文件的規(guī)范化和準(zhǔn)確性，行業(yè)內(nèi)的部分工程公司開始積極探索開發(fā)智能化和集成化的設(shè)備設(shè)計(jì)系統(tǒng)。由于目前整個(gè)行業(yè)三維設(shè)計(jì)發(fā)展還不成熟，二維CAD輔助設(shè)計(jì)依然是市場的主流。本文調(diào)研分析了行業(yè)內(nèi)相關(guān)的帶有一定集成化的化工設(shè)備設(shè)計(jì)出圖軟件，并對設(shè)備專業(yè)集成化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。

1 設(shè)備設(shè)計(jì)出圖軟件調(diào)研

目前，市場上主流的二維繪圖軟件為AutoCAD，基于AutoCAD開發(fā)的、具有一定自動(dòng)化出圖功能的化工設(shè)備設(shè)計(jì)軟件有《化工容器制圖軟件VCAD》(簡稱VCAD)和《壓力容器參數(shù)化繪圖軟件》(簡稱PVPD)。除了傳統(tǒng)的二維繪圖軟件外，近幾年，基于三維建模的化工設(shè)備自動(dòng)出圖軟件也逐漸發(fā)展了起來，目前應(yīng)用較為成熟的有《AutoPIPE Vessel》(簡稱APV)和《石油化工靜設(shè)備三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)》(簡稱Xvessel)。

1.1 APV

APV軟件是Bentley開發(fā)的一款集設(shè)計(jì)計(jì)算、三維建模、自動(dòng)二維出圖三項(xiàng)功能于一體的軟件，APV 擁有設(shè)計(jì)壓力容器所需全球范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[2]，可以創(chuàng)建設(shè)備模型并對荷載加以分析，自動(dòng)生成設(shè)備計(jì)算書、出裝配圖、出主視圖，APV自動(dòng)出圖主視圖效果見圖1。

圖1 APV自動(dòng)出圖主視圖

APV主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：①計(jì)算出圖一體化，減少了不同軟件之間的轉(zhuǎn)換和重復(fù)輸入，使得設(shè)計(jì)質(zhì)量顯著提升；②國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全面，涵蓋ASME Ⅷ-1/2、PD5500、EN13445、AD Merkblatter、GOST R 52857等規(guī)范；③數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化的XML文件形式存儲，數(shù)據(jù)開放程度高。

APV主要不足之處有以下幾點(diǎn)：①與主流集成化設(shè)計(jì)平臺無對接功能；②國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)僅有GB 150和GB/T 151，目前無法在國內(nèi)項(xiàng)目推廣應(yīng)用。

1.2 Xvessel

Xvessel是華天軟件與中石化洛陽院共同開發(fā)的石化靜設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Xvessel三維建模采用向?qū)侥K化設(shè)計(jì)，可以由PVD(PV Desktop，國標(biāo)強(qiáng)度計(jì)算軟件)導(dǎo)入建模，也可以在軟件中獨(dú)立建模。軟件具有一鍵出圖功能。自動(dòng)出圖后，人工干預(yù)很少。自動(dòng)出圖主視圖效果見圖2。

圖2 Xvessel自動(dòng)出圖主視圖

Xvessel的主要優(yōu)點(diǎn)如下：與PV DeskTop計(jì)算軟件之間數(shù)據(jù)可完整和有效傳遞，基本可視為計(jì)算出圖一體化，設(shè)備在PVD中計(jì)算完成后可以直接導(dǎo)入到Xvessel中自動(dòng)建模，設(shè)計(jì)者只需要再補(bǔ)充少量的數(shù)據(jù)，就可以一鍵出圖。自動(dòng)出圖后，人工干預(yù)較少，設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率顯著提升。同時(shí)，Xvessel數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化的XML文件形式存儲，數(shù)據(jù)開放程度高。

Xvessel的主要問題在于該軟件當(dāng)前版本是中石化洛陽院獨(dú)家定制的版本，圖面格式和內(nèi)容不能滿足其他工程公司的需求，同時(shí)，軟件開放性較低，節(jié)點(diǎn)圖庫、技術(shù)要求庫等都不開放，不能實(shí)現(xiàn)用戶自定制。

Xvessel軟件在未來如果能夠?qū)崿F(xiàn)圖框、節(jié)點(diǎn)圖庫及技術(shù)要求庫的自定義，同時(shí)可以通過配置文件的方式滿足用戶個(gè)性化需求的話，該軟件的市場應(yīng)用前景還是比較廣闊。

1.3 VCAD

VCAD是一款二維CAD輔助繪圖軟件，已非常成熟，也獲得了廣大用戶的認(rèn)可，是市場上應(yīng)用最廣泛的一款繪圖類軟件。VCAD主要功能有繪圖模塊、明細(xì)表模塊、圖庫、常用工具，其中繪圖模塊及明細(xì)表模塊為該軟件的核心功能。

VCAD主要用于調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)零部件和常用非標(biāo)件，繪制設(shè)備外形圖，并自動(dòng)生成明細(xì)表。它能夠極大地提高設(shè)備外形圖的繪圖效率和明細(xì)表的生成效率。VCAD具有設(shè)備整體外形的出圖功能，主視圖效果見圖3。

圖3 VCAD整體出圖主視圖

VCAD的主要問題是沒有數(shù)據(jù)接口，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，圖形數(shù)據(jù)可利用性較低。因此，VCAD如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)接口的功能，將圖面中的表格數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)都能利用起來，實(shí)現(xiàn)專業(yè)軟件之間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，該軟件在未來才會有更大的應(yīng)用前景。

1.4 PVPD

PVPD是揚(yáng)州華航工程軟件有限公司開發(fā)的一套適用于壓力容器行業(yè)的國產(chǎn)繪圖軟件。該軟件是以二維圖形的參數(shù)化生成為基礎(chǔ)繪制臥式容器、立式容器、塔器、固定管板換熱器、U 形管板換熱器和浮頭式換熱器[3]。軟件具有一定的自動(dòng)化繪圖功能，能夠讀取計(jì)算軟件數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成設(shè)備外形圖的繪制、標(biāo)注裝配圖尺寸、標(biāo)注件號、修改尺寸等。自動(dòng)出圖主視圖效果見圖4。

圖4 PVPD自動(dòng)出圖主視圖

VCAD與PVPD兩款軟件在功能上來講都屬于CAD繪圖插件類軟件，VCAD(2021版本)與PVPD(8.2版本)功能對比見表1。由對比表可以看出VCAD與PVPD的主要差異有兩點(diǎn)。

表1 VCAD與PVPD功能對比

(1)數(shù)據(jù)接口方面。VCAD沒有數(shù)據(jù)接口，不能與外部計(jì)算軟件的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，因此，它無法實(shí)現(xiàn)計(jì)算出圖一體化的功能。PVPD具有數(shù)據(jù)接口，可以讀取PVD的xml文件，自動(dòng)生成設(shè)備的外形圖，在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算出圖一體化。

(2)自動(dòng)出圖方面。PVPD的功能比VCAD更加強(qiáng)大，自動(dòng)化程度更高，PVPD具有自動(dòng)標(biāo)注及自動(dòng)標(biāo)件號的功能，同時(shí)用PVPD繪制的圖形，各零部件之間是關(guān)聯(lián)的，對整個(gè)圖形的某一共同參數(shù)進(jìn)行修改，圖形中具有該共同參數(shù)的所有零部件都會同時(shí)修改。

雖然PVPD功能比較先進(jìn)，但其標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件的數(shù)量與VCAD相比還有一定的差距。同時(shí)，VCAD結(jié)合了工程公司和制造廠的豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在軟件應(yīng)用上更加貼近設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣。

2 設(shè)備設(shè)計(jì)出圖軟件及集成化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢

2.1 設(shè)計(jì)出圖軟件的發(fā)展方向

由以上的設(shè)計(jì)出圖軟件可以看出，設(shè)備專業(yè)的自動(dòng)化出圖還處于探索階段，在集成化設(shè)計(jì)的要求下，設(shè)備專業(yè)的設(shè)計(jì)出圖不僅要滿足本專業(yè)內(nèi)部的集成化需求，即計(jì)算出圖一體化，同時(shí)還要能夠滿足與公司各專業(yè)之間的集成化需求，即上下游專業(yè)間的數(shù)據(jù)互通。在行業(yè)信息化發(fā)展的大背景下，利用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)和二維自動(dòng)/輔助繪圖一定是行業(yè)未來的發(fā)展方向。因此，要滿足設(shè)備專業(yè)集成化設(shè)計(jì)需求的軟件應(yīng)該要包含如下幾個(gè)功能：①可接收上游專業(yè)條件數(shù)據(jù)的接口；②可滿足設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算及自動(dòng)出圖的需求；③數(shù)據(jù)可傳遞至主流集成化設(shè)計(jì)平臺(如AVEVA的Engineering和鷹圖的SPF)；④便于利用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式(如XML數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。

就目前設(shè)備設(shè)計(jì)出圖軟件的發(fā)展現(xiàn)狀來看，行業(yè)內(nèi)也沒有一款各方面完全滿足設(shè)備專業(yè)的集成化設(shè)計(jì)需求的軟件。當(dāng)前，設(shè)計(jì)出圖軟件都聚焦于提高設(shè)備專業(yè)的出圖效率，而未重視與集成化設(shè)計(jì)平臺之間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。在集成化設(shè)計(jì)已是各工程公司主流發(fā)展方向的階段，要從本質(zhì)上提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，就一定是要滿足專業(yè)間的協(xié)同需求，讓項(xiàng)目數(shù)據(jù)集中管理，使數(shù)據(jù)源唯一，減少或取代專業(yè)人員多次手動(dòng)輸入和核對工作。因此，設(shè)備專業(yè)的設(shè)計(jì)出圖軟件必然要滿足集成化設(shè)計(jì)的理念。

2.2 設(shè)備專業(yè)集成化設(shè)計(jì)的探討

目前，主流的集成化設(shè)計(jì)平臺(AVEVA和鷹圖)均無設(shè)備專業(yè)的專用軟件，無法直接實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)。對于設(shè)備專業(yè)而言，當(dāng)前面臨的問題主要是專業(yè)軟件無法滿足集成設(shè)計(jì)的需要、沒有數(shù)據(jù)集成管理和流通平臺。因此，設(shè)備專業(yè)最需要解決的問題就是要開發(fā)集成化設(shè)計(jì)平臺與專業(yè)軟件之間的數(shù)據(jù)接口，讓數(shù)據(jù)在各專業(yè)間以及專業(yè)內(nèi)部流轉(zhuǎn)，這樣才能實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的理念。

基于以上理念，中國五環(huán)工程公司集成化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)接口方向做了積極探索，與專業(yè)軟件公司南京旭宸皓峰信息科技有限公司合作，聯(lián)合開發(fā)了 “數(shù)據(jù)管理平臺”軟件，其主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同專業(yè)軟件間流轉(zhuǎn)，使集成化設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)與設(shè)備各專業(yè)軟件的數(shù)據(jù)互通、設(shè)備內(nèi)部專業(yè)軟件之間互通，使設(shè)備專業(yè)軟件能夠滿足集成化的要求。當(dāng)前，“平臺”已經(jīng)打通了Engnieering與PVD軟件及APV軟件之間的數(shù)據(jù)接口。

3 結(jié)語

目前，相較于石化行業(yè)內(nèi)集成化設(shè)計(jì)參與度高的其他專業(yè)，設(shè)備專業(yè)參與集成化設(shè)計(jì)的程度和深度仍然不高。整個(gè)行業(yè)化工設(shè)備的設(shè)計(jì)出圖仍然以二維CAD設(shè)計(jì)為主，利用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和自動(dòng)出圖的技術(shù)依然面臨比較困難的局面。但行業(yè)內(nèi)智能化、數(shù)字化的發(fā)展方向已是大勢所趨，各工程公司也都明確提出了集成化設(shè)計(jì)、數(shù)字化交付及智能工廠建設(shè)等重點(diǎn)信息化工作任務(wù)，設(shè)備專業(yè)現(xiàn)有的工作模式已無法滿足行業(yè)信息化的發(fā)展需求。

隨著整個(gè)化工行業(yè)在集成化設(shè)計(jì)方面的持續(xù)推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)三維建模、二維出圖，同時(shí)滿足集成化設(shè)計(jì)及數(shù)字化交付的出圖軟件是未來設(shè)備專業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。當(dāng)前，應(yīng)著力打通設(shè)備專業(yè)軟件與集成化設(shè)計(jì)平臺之間的接口，為深度參與集成化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。