COMOS和PDMS在钾盐加工装置建设过程中的应用

侯元昇，王 韧，魏 晨

(青海盐湖工业股份有限公司， 青海 格尔木 816000)

1 前言

钾盐生产装置的建设是一个非常复杂的过程，包括项目策划、工程设计和工程施工、生产运营等阶段[1]。在实际的建设项目中，首先设计单位需要进行多专业设计，对于多个设计单位参与的项目还要进行不同设计单位间异地协同设计，同时在设计或施工过程中，业主单位可能多次提出新的需求和变更要求进行修改，甚至在施工现场，业主可能还会直接向施工单位提出修改要求,这些过程导致修改次数多、涉及专业多以及人为原因导致施工人员不清楚图纸的最新版本, 专业之间的衔接不对应、设备的属性数据不一致等现象，给施工带来比较大的困难和风险。基于此，需使各专业或单位间实现工程数据实时共享，协同工作。文章针对钾盐生产装置建设中出现的工程数据信息孤岛问题，提出基于COMOS和PDMS软件定制数字化设计平台，介绍数字化设计平台应用及效果，为钾盐生产装置的建设提供参考。

2 数字化设计平台软件介绍

方案所使用的软件是COMOS与PDMS，两款软件的介绍如下：

COMOS是二维协同设计平台，包含FEED模块用于智能工艺流程(PFD，下同)设计、P&ID模块用于智能管道仪表设计，E&IC模块用于电气仪表设计，COMOS利用先进的面向对象的技术，所有的设计模块都基于同一个平台(Platform)，从而所有的专业都在同一个平台设计上工作，各专业所有的工程数据都在同一个数据库中，利用COMOS能够生成工艺专业所需的PFD图纸、物料平衡表、设备数据表、PID图纸、管道一览表、设备及管件一览表等成果文件，仪表专业所需的仪表索引表、规格书、安装图、接线图、端子图和IO清单等成果文件，电气专业所需的符合一览表、一次单线图和二次原理图等成果文件，设备专业所需的机械数据表和工程图等成果文件。COMOS协同设计原理见图1。

图1 COMOS 基于同一数据库的协同设计

PDMS是三维协同设计平台，是以配管为主体专业的多专业协同工厂设计系统，在设计过程中配管、给排水、设备、结构、土建、暖通、电气、仪表等均在PDMS设计环境中建立三维外形实体模型参与三维设计，从而实现管道与管道之间、管道与钢结构之间、楼板开孔与设备之间、给排水管道与基础之间、仪表桥架与管道之间等的协同设计，解决了如管道系统之间、各专业之间、土建基础条件的校验、分区管道的链接等设计问题[2]，极大提高设计质量，生成管道平面布局图、管道轴测图、管口方位图、管道材料表、管道支吊架一览表等成果文件。PDMS三维协同设计平台原理见图2。

图2 PDMS 三维协同设计平台原理图

3 数字化协同设计平台技术及应用

3.1 二维协同设计

钾盐生产装置的二维设计是以工艺为龙头，工艺过程包括筛分破碎、结晶、浮选、干燥等过程，围绕着钾盐生产工艺要求下游专业如仪表、电气、设备管道等专业针对本专业对象进行详细的设计，提交本专业的设计成果文件，为钾盐生产装置建设过程中的采购和施工提供依据。 在传统的钾盐生产装置设计过程中，各专业都有自己的设计工具，录入上游专业的数据，进行本专业的设计工作，数据的重复录入存在着大量校验工作，使设计人员无法专注于设计的创新上[3],上游专业数据变化时，由于专业间信息孤岛，下游专业可能没有及时更新，导致下游专业基于错误的数据进行设计，为后面的采购和施工工作带来了极大的困难和隐患。为解决上述问题，文章选用COMOS软件并基于此平台进行二次开发实现钾盐生产装置的二维协同设计。

首先，工艺专业在COMOS二维设计平台中绘制智能P&ID图纸，COMOS P&ID绘制简单逻辑清晰，图例智能切换且能批量修改[4-7],是一款优秀的工程绘图软件。P&ID是钾盐生产装置工程设计的核心，是工程设计最重要的一环，在实际的经验中，图面看上去不错的图纸，其管道分段逻辑、对象链接逻辑都可能存在问题，这样导致无法生成正确的管线一览表，在下游专业的数据传递中也会发生错误。为了实现PI&D图形和逻辑的统一，文章基于COMOS进行二次开发，把钾盐生产工艺PI&D设计的知识集成到系统中，形成知识库，及时提醒在PI&D设计过程中出现的逻辑问题，形成智能PI&D协助设计功能，相关的功能介绍如下：

(1)实时在线帮助功能。实时在线帮助功能是指在钾盐生产装置工程设计过程中，当设计人员不知道怎么做或想知道常规的经验是怎么做时，选中某变量或对象，按F1键会弹出关于目前设计相关的实时在线帮助文档，工程师可以从中获取相关的设计规定、规范、建议等信息，协助完成工程设计。

(2)动态校验功能。动态校验功能是在工程师在设计的过程中出现严重错误时，动态弹出提示信息，提醒工程师修改错误，以避免工艺设计中出现更大的偏差。例如管壳式换热器的总体长度一般要大于2.5 m，当前用户填写的值小于2.5 m时，会弹出提示框。

(3)图纸可视化警示功能。图纸可视化警示功能展现包含两部分内容，其一是图纸文本可视化警示功能，指的是在绘制PI&D图纸时，当某根管线或某台设备的设计与知识库约束相违背时，会在图纸上以文字的方式进行提示，只有在工程师修改正确后，文字才自动消失；其二是图纸绘图元素的可视化警示功能，指在绘制PID图纸时，当某根管线或某台设备发生与知识库条件中的约束相违背，或到达边界条件时，可以通过对管线或设备的设置不同的颜色，来显示错误的类型，或处理的程度。

(4)全局逻辑分析功能。全局逻辑分析功能指的是在完成 PI&D 设计后，对钾盐生产整个装置或单元的管线或者设备进行统一检查，查看是否存在错误，或者是否存在超过约束条件的警告，管线或设备的状态校验通过事先规定好各种状态的颜色来显示。全局逻辑分析系统能够帮助用户批量查错，提高校验效率，能够确保工程设计中整个装置或单元对象全部符合设计知识库要求，为工程设计质量提供有力的保障。

然后在工艺专业完成P&ID设计后，把相关的工艺条件提交给钾盐生产装置工程设计相关的下游专 业，COMOS平台的一大优势是在同一个平台中包含工艺、仪表、电气和设备等专业的设计模块，各模块可以相互独立工作，互不干扰[8-10]。文章基于COMOS平台进行二次开发，使钾盐生产装置工程设计相关的各个专业之间数据根据设计顺序进行映射，实现上下游专业的数据最佳链接，相关的定制工作如下：

①定制各专业工作界面。在钾盐生产装置中同一个工程对象，根据各参与专业的工作习惯定制本专业的可视化工作界面，各专业都在自己熟悉的界面上进行数据的录入和设计工作，提高工作效率，例如在结晶设备下工艺专业和设备专业根据自己的习惯定制本专业的设计操作界面，各专业都在本专业的界面上工作。

②数据权限控制。为了防止各专业在协同设计工作的过程中，可能会修改其他专业的数据，对每个数据进行工作域控 制，每个专业只对自己专业的数据编辑权限，对别的专业的数据只有可读权限，例如结晶设备的上的工艺数据只有工艺专业有编辑权限，其他专业只有只读权限，反之亦然。

③数据自动链接和传递。数据自动链接和传递包含工程对象和专业间的数据链接和传递，保证同一个数据只录入一次，就能在与之相关的工程对象和专业间流转，使同一个数据只有一个数据源。对象间的数据链接和传递指管道与阀门或者仪表等工程对象之间的数据的链接和传递，只要填写管道数据，根据PI&D的链接逻辑，与管道相连的阀门、管件或者仪表就能自动获取管道的相关的数据；专业间的数据链接和传递指的是根据相关专业参与设计的顺序，下游专业链接上游专业的数据，使上游专业的数据自动传递到下游专业，同时定制提醒功能，当上游专业的相关数据发现变化时，会以高亮的方式提醒下游专业，保证专业间的数据一致。

根据上述专业间协同设计功能，打破了COMOS平台各设计模块之间的数据壁垒，使钾盐生产装置工程设计中各专业在同一平台完成自己专业的工作，无需上游专业条件的提交和下游专业数据的反复录入，极大提高了设计的效率和质量。

3.2 三维设计及二、三维协同设计

钾盐生产装置工程设计过程中 PDMS 三维模型设计根据工艺 P&ID 的逻辑进行，通过三维设计平台准确而又及时地接受和反馈各参与专业条件，使得专业间设计的不合理或者碰撞及早发现，及时更正，通过三维模型的设计可以直观定位各类仪表的安装位置、检修空间是否合理等。PDMS 三维工厂设计是基于数据库的智能设计系统，一旦在系统完成三维设计，就可以自动抽取管道平面布局图、管道轴测图、管口方位图、管道材料表、管道支吊架一览表等成果文件，支持钾盐生产装置建设的采购和现场施工，现场施工发现的问题，也可以在三维模型中进行模拟和修正，重新导出成果文件指导施工，减少现场施工出现的错误或者材料浪费等问题。

COMOS与PDMS已经有数据转递接口，支持二、三维设计之间数据的传递，为了实现在钾盐生产装置工程设计的二、三维协同设计，基于此接口做二次开发，完善此二、三维设计接口的功能，实现如下功能：(1)实现设计对象位号校验及匹配；(2)对象的属性校验；(3)管线From/To 校验；(4)管线管段和管件数量的校验；(5)管线链接拓扑管线的校验。

使COMOS内创建的任何工程设计数据都可以在最优状态下与PDMS 3D模型实现同步，让参与设计的相关专业可以轻松检查到任何不一致数据，这样就避免了耗时长久的核查工作并降低了出错可能性。 COMOS和PDMS二、三维协同设计方案见图3。

图3 COMOS与PDMS二三维协同设计方案

3.3 数字化设计平台的应用

在某钾盐生产装置建设项目中，应用上述数字化设计平台进行二、三维协同设计，在此建设项目中参与设计的主工艺和电气仪表设计由两家设计单位承担，需要进行专业间异地协同设计，项目工程数据中心服务器部署在主工艺设计单位，采用 VPN 专线的方式，能让电气仪表设计单位访问同一个数据库进行设计，同时VPN专线也向业主和施工单位开放，按照权限设计，让各方查看自己相关的工程数据，让各方基于同一个工程数据中心进行协同工作，完成设计、采购和施工等工作，异地协同方案见图4。

图4 基于一体化工程数据中心的异地协同

经过定制化的集成数字化设计平台，工艺专业能够快速正确地完成智能 PI&D 设计，并且相关的工艺条件提交给下游专业，下游专业包含配管专业在自动接受上游专业的工艺条件后，进行本专业的设计，生成相关的成果文件。业主和施工方可以随时访问工程数据中心，进行模型的审查，发现问题及时进行反馈，保证各方都是基于同样版本的数据进行工作。设计也可以按单元进行，完成一个单元的工作，就可以进行本单元的采购和施工工作，支持边设计边采购，边设计边施工的工作模式，缩短工厂施工周期，降低工厂建设成本，让工厂尽快上线生产。

4 总结

COMOS与PDMS是先进的面向对象的二维和三维设计平台，在项目中使用两个平台的优势，经过二次开发，实现二、三维设计平台数据共享，实现二、三维协同设计工作，提高设计效率和质量。同时通过先进的数据库和远程技术，使设计方、业主和施工方访问同样的数据，基于同样的数据进行异地协同工作，提高协同工作效率和质量，实现边设计边采购，边设计边施工，缩短工厂周期，降低建设成本。