摘 要 通過對不同基礎架構的對比研究，確定了滿足總體目標和主要功能需求的二維協(xié)同設計平臺的基礎軟件架構。在此基礎上，設計了適用于多專業(yè)協(xié)同的核心功能架構，最終完成了二維協(xié)同設計平臺架構的總體設計。

關鍵詞 二維協(xié)同設計;軟件架構;設計對象管理

國內外業(yè)主對于數(shù)字化、智能化工廠發(fā)展方向的追求越來越迫切，數(shù)字化交付已被作為一項工程競標的門檻攔在各工程公司面前。數(shù)字化交付是數(shù)字化、智能化工廠的輸入和基礎，而從設計階段就采用數(shù)字化設計平臺是滿足數(shù)字化交付要求的最佳途徑。這一方面促使工程公司在產品的交付上花大力氣去滿足數(shù)字交付的各種要求以免在未來競爭中處于劣勢，另一方面，可以倒逼工程公司去考慮如何提升其工作效率、工作質量，來進一步提升公司的內在競爭力。

而在工程公司內部，傳統(tǒng)的設計流程中各專業(yè)間數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴重，導致專業(yè)間數(shù)據(jù)的不一致;各專業(yè)使用的專業(yè)內設計軟件也越來越多，缺少一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲和管理平臺，因此我們需要一個統(tǒng)一的協(xié)同設計平臺，來對所有的設計對象進行管理，保證專業(yè)間和專業(yè)內不同設計文件間數(shù)據(jù)的一致性。

1功能要求

1.1 總體目標

根據(jù)當前石化工程建設項目的實際需求，可將協(xié)同設計平臺分為二維與三維兩個部分：二維設計平臺以工藝設計為核心，集成工藝、儀表、電氣、動/靜設備、管道材料、其他具有一定工藝性的專業(yè)（暖通、給排水等）的二維邏輯設計，以及采購詢價文件管理與供應商返回數(shù)據(jù)接收等，以建立項目中所有設計對象的二維屬性數(shù)據(jù)集為目標;三維設計平臺以配管三維模型設計為核心，集成結構、建筑、給排水、消防、暖通、儀表、電氣、電信等專業(yè)的三維設計，以建立全廠三維模型為目標。考慮到在實際項目中三維與二維設計基本同步開展，而非在二維數(shù)字化設計文件的基礎上開展三維設計，因此還需要開發(fā)二維與三維數(shù)據(jù)校驗系統(tǒng)與工作程序，確保二三維一致性。

1.2 需要重點解決的問題

以往的平臺型設計軟件未實現(xiàn)真正的協(xié)同設計，除軟件本身功能不足以外，還有以下幾個問題需要解決：

（1）數(shù)據(jù)的批量導入。數(shù)字化協(xié)同設計平臺能夠順利運轉的第一個關鍵步驟就是準確而高效的數(shù)據(jù)輸入。鑒于目前的實際情況，將項目開始階段的設計輸入條件依靠人工輸入，在進度和數(shù)據(jù)準確性上難以接受。

（2）版本與工況管理。石化設計是一個逐漸深化的過程，版次管理必不可少。除了需要支持所有數(shù)據(jù)的版次管理，對于工藝設計，工況的增減與工況參數(shù)的變化必須得到跟蹤、記錄與權限控制。

（3）設校審管理。設計工作至少需要經(jīng)過設校審三個質量控制環(huán)節(jié)。因此，平臺軟件需要實現(xiàn)對這三個環(huán)節(jié)的全面管控。對單個數(shù)據(jù)變更的跟蹤、記錄與權限控制，是實現(xiàn)設校審管理的基礎功能。如果設計軟件沒有對于單個數(shù)據(jù)的變更管理功能，所有輸入的數(shù)據(jù)都默認為正確的，則只能作為數(shù)據(jù)倉庫而無法成為真正的設計平臺。

（4）條件管理。石化設計是多專業(yè)協(xié)同過程，專業(yè)間條件提交，包括簽發(fā)、簽收、時間節(jié)點、條件流向、條件變更、成品會簽等，都需要通過設計平臺進行管理。

（5）用戶界面。各專業(yè)的設計人員已經(jīng)習慣于在各自的工作界面中工作，這直接決定了設計人員的工作效率。因而要求協(xié)同設計平臺的用戶界面具有定制靈活性。

（6）專業(yè)設計軟件的適用性。對于工藝、儀表、電氣等專業(yè)，與其他專業(yè)的數(shù)據(jù)界面較多，二維邏輯設計工作內容占比較大，需要設計平臺提供適用于這些專業(yè)的設計軟件的數(shù)據(jù)接口。

（7）軟件商技術支持。各軟件商國內技術力量的強弱，對客戶技術開發(fā)的支持力度，決定了基于二次開發(fā)的協(xié)同設計平臺的開發(fā)進度與完善程度[1]。

2基礎架構選擇與測試

2.1 基礎架構選擇

在目前的石化工程設計軟件市場中，主要有鷹圖、AVEVA和COMOS三家軟件商提供了較為全面的各專業(yè)設計軟件，這些專業(yè)設計軟件在現(xiàn)有的項目中已有不同程度的應用，同時他們也提供了各自的協(xié)同設計數(shù)據(jù)集成平臺軟件。

根據(jù)協(xié)同設計平臺的總體目標，綜合考慮需要重點解決的問題，我們對可行的二三維協(xié)同設計平臺架構進行了梳理，最終選擇了以COMOS軟件為基礎的架構。

圖1 二三維協(xié)同設計平臺COMOS基礎架構

COMOS架構以西門子公司發(fā)行的COMOS設計軟件作為基礎架構，COMOS Platform擔任整個協(xié)同設計平臺的設計數(shù)據(jù)集成管理角色。其中，工藝專業(yè)可以使用COMOS P&ID模塊進行管道儀表流程圖的設計和設備、管道、儀表工藝數(shù)據(jù)的管理，并出版相關的數(shù)據(jù)表和一覽表等設計文件。儀表專業(yè)可以使用COMOS I&C軟件進行儀表規(guī)格數(shù)據(jù)的管理和規(guī)格書的輸出，并進行相關的控制邏輯圖的設計。電氣專業(yè)可以使用COMOS Electrical模塊進行電氣負荷計算和接線圖的設計。其他專業(yè)可以在COMOS中定制工作界面進行本專業(yè)二維設計數(shù)據(jù)的管理。在三維設計領域，由于西門子在石油化工設計方面沒有通用的三維設計軟件，但提供了西門子開發(fā)的COMOS/PDMS接口插件用于數(shù)據(jù)的匹配和傳遞，因此選擇了AVEVA PDMS/E3D軟件作為多專業(yè)三維布置設計軟件。

與其他架構不同，在COMOS架構中，各專業(yè)使用的是COMOS軟件的不同內部模塊，這些模塊相當于面向不同專業(yè)的前端界面，其后臺均使用COMOS Platform作為同一個后臺數(shù)據(jù)庫。因此在架構圖中可以看到，除三維設計軟件外，二維協(xié)同設計平臺各專業(yè)的應用模塊與協(xié)同設計數(shù)據(jù)集成管理模塊之間是軟件內部的數(shù)據(jù)傳遞，不需要進行跨軟件的數(shù)據(jù)匹配和額外的定期傳輸過程，可以實現(xiàn)實時的設計數(shù)據(jù)交流，減少了在導入導出過程中發(fā)生錯誤的可能性。

另外，在COMOS架構中，西門子還提供了COMOS與Bentley三維設計軟件的接口插件，擴大了該架構的適用性。

2.2 基礎架構測試

我們從協(xié)同設計平臺的目標和各專業(yè)的需求出發(fā)，在專業(yè)軟件的適用性和平臺功能的支持性上，對COMOS架構進行了測試和評價。

在設校審管理、條件管理等協(xié)同設計平臺核心質量管理流程的支持程度上，COMOS架構可以支持文件、數(shù)據(jù)及單個數(shù)據(jù)的形式，相較于其他架構更為全面。在用戶界面的開發(fā)定制上也較為方便。

3當前架構的設計要點

3.1 設計對象的分類和復用

石油化工二維協(xié)同設計平臺的核心是圍繞工廠各設計對象的數(shù)據(jù)和文件管理，因此首先需要設計一套各設計對象的分類系統(tǒng)。在綜合考慮了Q/SH 0102-2014《中石化物料分類與代碼》中對石油化工設備和材料的分類體系及GB/T 51296-2018《石油化工工程數(shù)字化交付標準》中對數(shù)字化交付的工廠對象分類要求后，我們設計和整理了一套石油化工設計對象分類系統(tǒng)。

在該系統(tǒng)中，設計對象分為四個級別，上一級設計對象是其所涵蓋的下一級子對象的共有屬性的集合，下一級對象在繼承其上一級對象的屬性基礎上，還含有額外的其自身特有的屬性。所有這些屬性按照專業(yè)分工歸屬于不同的設計專業(yè)進行管理。

在這樣的分類系統(tǒng)下，二維協(xié)同設計平臺中的對象可以通過繼承的方式復用上一級對象的屬性，減少了總的屬性數(shù)量，也便于管理同類設計對象的共有屬性。同時，通過COMOS軟件的特有功能，可以實現(xiàn)同一父對象下不同子對象類型之間的快速切換。

在COMOS軟件中，是以項目的形式進行全局的管理。項目可以分為兩大類，一類稱為工程項目，對應的是設計過程中的實際項目;另一類則是基礎對象項目，在這類項目中，我們可以對設計對象進行分類，添加不同的屬性，定制不同的使用界面。每一個工程項目都需要設置對應的基礎對象項目作為參考，在工程項目中創(chuàng)建的設計對象就會以相應的基礎對象項目中的對象模板進行創(chuàng)建。

3.2 工作層模式

COMOS軟件提供了一種工作層的模式，在該模式下，子工作層僅保存相對其父工作層有修改的文件和數(shù)據(jù)，并可以快速查看上下工作層之間的差異之處。

為了充分利用工作層模式的優(yōu)勢，我們在工程項目中設計了以各設計階段劃分工作層的使用模式。通過這種模式，可以保存不同設計階段的最終數(shù)據(jù)和設計文件，同時也避免了在不同設計階段之間大量轉移數(shù)據(jù)的過程。在基礎對象項目中，我們以公司級對象參考層作為頂層的工作層，各工程項目的對象參考層則作為其子工作層進行創(chuàng)建。在這種模式下，已形成標準化的設計基礎對象和文檔模板可以在公司級對象參考層中進行定制和保存，各工程項目的對象參考層則可以在繼承公司級設計基礎對象和文檔模板的基礎上，對本工程項目中的特殊和個性化需求進行定制和修改，而不會影響其他工程項目的使用。

3.3 設計對象不同專業(yè)卡片

在設計對象的分類系統(tǒng)中，設計對象的屬性由不同的專業(yè)進行歸口管理，而不同專業(yè)除了自己管理的屬性外，還需要接收和查看其他專業(yè)管理的屬性。

因此，在協(xié)同設計平臺的架構中，我們?yōu)橥辉O計對象設計了不同專業(yè)的屬性卡片。在各專業(yè)的屬性卡片中，本專業(yè)對于其中的屬性擁有完全的控制權。其中歸屬于本專業(yè)的屬性，由本專業(yè)設計人員直接填寫，需要從其他專業(yè)接收的屬性則通過設置靜態(tài)鏈接從相關專業(yè)獲取。

3.4 設計質量管理流程的集成

在當前的石油化工設計中，采用的是多專業(yè)分工合作的方式，因此涉及不同專業(yè)間的條件提交和會簽流程，這些流程和各專業(yè)內部的校審流程組成了設計質量管理流程的主要部分。二維協(xié)同設計平臺作為多專業(yè)協(xié)同工作的平臺，也需要對這些設計質量管理流程進行實現(xiàn)和集成。

在COMOS基礎架構中，軟件提供了基礎的流程管理功能，可以對設計文件進行流轉和批注。我們參照公司的質量管理體系梳理了各流程的邏輯圖，在COMOS軟件提供的功能基礎上，開發(fā)了相應的質量管理流程，為協(xié)同設計平臺中數(shù)據(jù)和文件的質量管理提供保證。

3.5 二三維間協(xié)同

受制于國內石油化工設計項目的現(xiàn)狀，在設計過程中，二維的邏輯設計與三維的布置設計之間處于深度交叉的狀態(tài)，無法按照二維邏輯設計基本完善后再進行三維布置設計的流程進行。而二維邏輯設計是指導三維布置設計的基礎，需要保證三維與二維之間的一致性。因此，我們設計了二維與三維設計對象之間的數(shù)據(jù)傳遞流程，通過雙方的數(shù)據(jù)傳遞，在60%、90%等設計節(jié)點，進行一致性的校驗，保證二三維設計對象的一致性。

4結束語

通過研究、測試和對比，我們確立了以COMOS架構為基礎的二維協(xié)同設計平臺架構。該架構滿足了數(shù)據(jù)集中管理、專業(yè)間協(xié)同、設計質量管理流程等協(xié)同平臺的功能需求，并為各設計專業(yè)提供了定制化的工作界面。

在此架構的基礎上進行定制開發(fā)和各專業(yè)的深化應用，可以逐步實現(xiàn)協(xié)同設計平臺提高設計效率和設計質量的核心目標。

參考文獻

[1]方世滿.安慶石化虛擬現(xiàn)實仿真模擬培訓系統(tǒng)的初步設計[J].電子技術與軟件工程，2020（6）：56-57.

作者簡介

吳曦（1985-），男，安徽省黃山人;學歷：碩士，職稱：中級工程師，現(xiàn)就職單位：中石化上海工程有限公司，研究方向：化工設計及數(shù)字化設計。