1、数字化协同设计对智能油气田建设的支持宋光红 1陈亮 2成岩 3（1.中国石油工程建设有限公司西南分公司；2.中国石油西南油气田分公司蜀南气矿 ；3. 鹰图中国）摘 要材料编码是工程建设项目开展精细化管理的重要基础工作。本文分析了材料编码工作的意义与编码要素，对国际上常用的编码结构和物资材料管理软件进行了介绍，以及对我公司将集团ERP系统物资分类码应用于企业级材料编码的方案进行的说明，供业内学习和参考。关键词 ERM 材料编码 编码原则 编码结构 材料管理 54970 引言随着石油天然气化工项目信息化建设的不断深入发展，工程设计普遍采用三维设计软件。随着软件技术的进步，以及工程项目信息化管理的需
2、要，以管道安装设计为主要目标的传统三维设计逐步向多专业的三维协同设计方向发展，实现多专业设计成果输出，同时形成了工程项目完整的虚拟资产模型 【1】 。无论是传统的三维设计，还是三维协同设计，均是以材料数据库为基础，驱动三维建模，并为工程建设提供全流程数据支持。采用专业的材料管理软件，对多专业三维材料数据库进行编码，并进行材料管理，能有效提高物资材料的管理质量和效率，并能有效节约项目建设成本 【2】 。1 材料编码及意义材料编码也称物资编码，通过一串简短的数字、字母、符号来代替材料的名称和其他属性。通过对材料进行编码，能确保材料进入材料数据库后具有唯一性 【3】 。以材料编码为基础建立的材料数据
3、库，可以驱动产生带材料编码的工程物资材料清单，以便于在项目建设过程中通过以编码为材料的唯一标识来进行物资材料的计算机管理。通过对工程材料进行统一编码，可以在工程设计阶段加强专业设计与材料控制之间的协调性，更能促进项目全生命周期内设计、采购、施工、成本管理的有效沟通，进而实现规范法、一体化、精细化材料管理的目标 【4】 ；同时，还能够整合、集成公司的知识和经验，形成高水平的公司级信息资源库和知识资产，并形成一个优良的信息资源和知识生长机制与平台，不断提升全公司的工作质量、水平和效率。2 工程材料编码体系的选择 【5】由于工程项目形式的多样性，不同企业、不同项目对工程材料编码的需求重点也有所不同。
4、因此，并不存在一套适用于所有企业和项目的最佳工程材料编码方案，企业或项目在建立工程材料编码时，需要结合自身在项目生命周期中所承担的角色和企业的发展定位选择最适合于自身的材料编码方式。同时，工程材料编码为了满足不同阶段和不同业务单元的需求，需要考虑多种管理要素。由于不同的管理要素对材料提出不同的分类要求，因此，一套完整的工程材料编码体系通常会包括一个材料识别码和多项属性码，分别满足不同的管理区分要求。一般来说，材料编码需要考虑到以下管理要素：1）专业区分即材料所属的设计专业。从设计的角度考虑，对材料按照专业进行区分，有助于分专业开展企业级材料库管理，统计不同专业的材料用量，并追溯材料的设计来源。
5、但是，由于不同设计专业可能应用相同的材料，如果在材料识别码和属性码体现设计专业，有可能会造成一些材料出现一物多码的情况。一种替代的方式是通过材料所属的设计对象（如材料所属的MTO或图纸）来确定材料的专业。这种方式通常需要借助计算机软件进行材料管理，以便快速追踪材料对应的设计对象。2）功能区分即材料的用途，是设计和施工识别材料的最明显方法，例如，法兰、弯头、阀门、泵等，每一项材料都有不同的用途。因此，在材料识别码中体现功能区分有助于快速识别材料类型。但如果材料功能区分划分过细，则同样可能造成一物多码的情况。例如，焊接钢管、镀锌焊接钢管可能包括相同类型的钢管。3）形态区分形态区分是与材料自身相关的
6、属性，用于区分物理、化学、加工、连接等方面的特性。对于形态的区分，在设计阶段可以辅助定位到工程对象所使用的具体材料，也可以在采购和施工阶段辅助区分和识别具体的材料。由于材料的形态区分属性众多，确定工程对象的各个材料形态区分属性的过程也是设计深化的过程。因此材料形态区分属性也需要根据设计所能够达到的深度进行确定。在材料编码体系中需考虑不同项目环境对材料形态属性的深度要求，但在实际工程项目中则根据项目需要确定所需的属性，避免添加过多不必要的属性。4）采购区分用于对材料进行采购分组。从采购的角度需要对材料进行归类，以便把同类材料归并请购后进行询价和采购处理。采购区分通常需要综合考虑材料的功能区分和形
7、态区分特性，同时与项目组或企业的采购职能划分有密切关系。5）项目区分从项目管理的角度，一项基本要求就是考虑如何对材料所属的项目进行识别。对于具备通用性的大宗材料，项目区分一般不必直接体现在材料编码中。而对于不具备通用性的项目专属材料，例如项目专用的大型设备，可以考虑在材料识别码中体现项目信息，这样可以突出材料的项目专属性，便于识别和管理。在材料编码中，通常需要重点考虑的是功能区分、形态区分、采购区分这三方面的管理要素。另外，材料编码体系在融合以上的各种区分原则的同时，需要关注和避免一物多码和多物一码的情况发生。3 常见工程材料编码结构和方式3.1常见工程材料编码项的划分当前，国际上先进的工程公
8、司通常采用材料管理系统（或软件）辅助建立工程材料编码。在这些材料管理系统中，每个材料通常包括一个识别码和多个属性码。材料识别码用于定位到唯一的工程材料，各项属性码中则体现了上述的各项管理要素，用于辅助不同目标的材料分类和统计。以目前工程行业常用的AVEVA公司的ERM（原VPRM）和INTERGRAPH公司的MARIAN（已更新为SPRD和SPM两个软件）材料管理系统为例，其软件系统中为每项材料设置如下主要编码：材料识别码：ERM/VPRM中称为PART NO,MARIAN中称为IDENT。材料的功能区分和形态区分码：在ERM/VPRM系统和MARIAN系统中，这些属性大多集中体现在Commo
9、dity Code中。采购区分码：可以建立单独的采购区分编码（如ERM/VPRM中的MRID），也可以采用材料的属性码中的部分属性码组合达到采购区分的目的。3.2各项常见工程材料编码的形式对于材料编码体系中的各项编码，有以下三种编码方式：有含义编码、流水码、组合码。结合不同编码的用途，每一项编码可以采用不同的编码原则。1)材料识别码对于材料识别码，重在材料的唯一性识别，可采用流水码或组合码的形式。例如：对于材料“4” x Sch40 Pipe Seamless BE CS ASTM A106-B Dim to ASME B36.10”，其编码可以表达为： 有含义编码：P1AAD2BE2DD（每
10、位具备具体含义参见图，最后两位代表尺寸）或，流水码：1000027或，组合码：PP00027（PP代表管子，00027为流水码）2)材料的功能区分和形态区分码对于材料的功能区分和形态区分，重在材料的属性识别，多采用有含义编码的形式。可以从采购角度进行顶层分类，之后再追加各种功能区分和形态区分的属性信息。这种结构的优势是便于元件与采购包的对应。也可以从设计角度按照功能区分（元件类型）进行顶层分类，之后再追加各种形态区分属性信息。这种结构的优势是便于设计人员快速检索具体的元件。如下例：P i p eM a t e r i a l T y p eM a t e r i a l G r a d eD
11、i m e n s i o n a l S t d .E n d C o n n e c t i o nC o m p o n e n t T y p eS t a n d a r d s A u t h o r i t yA t t r i b u t eA t t r i b u t eA t t r i b u t eA t t r i b u t eA t t r i b u t eM a n u f a c t u r e P r o c e s sA t t r i b u t eP i p eU S U SC o m C o d eC S C a r b o n S t e e
12、lA 1 0 6 - B A S T M A 1 0 6 - BB 3 6 . 1 0 A S M E B 3 6 . 1 0B EB e v e l l e d E n dS M L S S e a m l e s sA S T M A 1 0 6 - BC SB ES M L SP i p eL o n gD e s c r i p t i o n sS h o r t P 1 AABE2D2P 1 A A B E 2 D 2P i p e S e a m l e s s B E C S A S T M A 1 0 6 - B D i m t o A S M E B 3 6 . 1 0图1
13、：材料的功能区分和形态区分码举例3)采购区分码采购区分码重在材料的采购相关的属性识别，多采用有含义分级编码的形式。例如：02 石油专用管材0204 套管及接箍、短节020401 套管02040101 无缝套管采购区分码即可以单独体现，也可以与材料的功能区分和形态区分码组合在一起。如图、图3所示。元件结构大类5 2 管道配件1 管道配件元件结构中类5 2 0 1 钢法兰 法兰盖2 钢法兰 法兰盖元件结构小类5 2 0 1 0 1 带颈对焊法兰3 带颈对焊法兰元件品名 5 2 0 1 0 1 1 0 （ 品名 ）4 突面带颈对焊法兰材质分类P5 C S材质牌号 材质分类 “ C S ” 材质牌号6
14、P 12 0 #标准分类A7 P R C材料标准 中国标准 “ P R C ” 材料标准81 BJ B 4 7 2 6尺寸标准9CH G / T 2 0 5 9 5 - 2 0 0 9公称压力1 0F1 . 6 M P a制造工艺1 1D- -特殊要求1 2Z- -5 2 0 1 0 1 1 0 P P 1 A 1 B C F D Z突面带颈对焊法兰 1 . 6 M P a 2 0 # J B 4 7 2 6 H G / T 2 0 5 9 5 - 2 0 0 5采购分类码功能和形态区分属性码图2：材料的功能区分和形态区分码举例24 工程材料管理系统对材料编码管理的支撑工程材料管理系统为材料编
15、码管理提供了强大的工具，借助于工程材料管理系统，不但可以进行材料编码的生成与维护，还可以把材料编码应用于工程设计、采购、施工整个过程，从而实现工程材料在整个项目生命周期内的精细化管理和控制。考虑到企业间、项目间管理目标和重点不同，对材料编码提出的要求也将有所差别。因此，工程材料管理软件系统必须能够根据不同的需求灵活地构建材料编码规则，以便根据需要支持工程设计、采购、施工部分或所有阶段的管理要求。除了灵活性之外，工程材料管理系统在编码管理方面还应该具备以下特点：1) 支持规范的编码规则、支持编码规则配置；2) 支持多角度的材料分类体系；3) 支持各阶段统一的材料命名和描述；4) 支持避免一物多码
16、或多物一码；5) 支持设计系统对编码的复用；6) 能够快速建立编码，渐进式的编码库扩充与完善；7) 易学、易用、易操作；8) 支持对现有编码或材料分类的利用。5 某项目中的工程材料编码应用实践5.1 应用背景项目为加强物资材料的设计、采购、运输、仓储及安装一体化管理，建立工厂资产明细，提出物资材料编码要求。为满足项目要求，同时也为了能够以大型项目带动企业的技术进步，以项目为依托，对项目所用材料进行统一编码，进而形成企业级材料编码库。项目实施过程中借助国际先进的管理软件系统，实现材料管理系统与三维设计系统对接，实现基于三维模型的材料统计，促进设计过程与材料请购、采购过程的顺畅衔接，为最终实现一体
17、化工程材料控制以及工厂的数字化移交奠定基础。5.2 工程材料管理系统选择经综合调研，我方选择了AVEVA公司的企业资产管理系统（Enterprise Resource Management，简称ERM）作为材料管理系统。AVEVA ERM是AVEVA公司在其原有VPRM 【6】 系统基础上推出的新一代工程管理系统，该系统全面支持整个项目执行过程，包括项目规划、材料编码、设计、采购与物流、施工工作包、计划与控制等。AVEVA Catalogue Manager是ERM系统的材料编码模块，可以批量创建、维护材料编码与管道等级，生成规范的材料描述。与三维设计系统集成，把生成的材料编码传递给三维设计系
18、统，并从三维设计系统抽取BOM（材料明细）和MTO（材料统计），进而确保材料信息工程全过程的一致性。除了上述功能之外，灵活性和易用性是AVEVA Catalogue Manager的突出特点。该系统允许工程公司根据自身需求，灵活定制所需要的材料编码结构，同时具备通过模板快速建立等级的能力。5.3 编码要素在构建编码结构时，结合我公司的发展目标和本项目需求，考虑以下要素：1）项目总包方为系统内部单位，要求我方（设计单位）各专业提出的材料清单能够匹配集团ERP系统的材料分类体系，即我方所提出的材料清单需要标明各项材料的分类编码（集团内的8位材料品名编码）。这样可以使设计阶段提出的材料清单很方便地转
19、换成采购阶段所需要的请购单和采购单。2）项目规模大，装置数量和材料数量众多，物资材料编码必须满足复杂的材料采购分包要求。3）由于该系统内的项目较多，必须考虑整个编码结构在其他项目上的通用性和扩展性。5.4 编码方案基于以上编码原则，最终决定综合考虑集团ERP系统的材料分类体系和国际化材料编码规则，形成即符合集团ERP系统管理要求，也满足设计需要的编码结构，确定的编码方案如下：1）采用了组合码形式形成材料的识别码：集团位材料品名码位流水号（简称“8+5”）。表 1 “8+5”材料识别码结构举例材料识别码描述集团位材料品名 位流水号流体用无缝钢管 A53 GR.B ASTM A53 ASME B3
20、6.10M 坡口夹套外管 DN400-Sch 20 03090101 00491通过编码的前位品名码（代表“流体用无缝钢管” ） ，材料控制负责人可以借助系统快速确定材料所属的采购类别，通过筛选功能开展请购、分包、采购等业务。同时，通过ERM 系统生成的材料描述也以位品名码对应的描述开头，帮助业务人员直观了解该材料的分类。2）借助ERM系统内的Commoditiy Code,表达材料的功能区分和形态区分。在ERM系统中，Commoditiy Code具有多重作用，一方面用来表达材料的功能区分和形态区分的各种属性；另一方面Commoditiy Code结合具体的尺寸参数可以定位到一项具体的材料。
21、3）利用ERM系统中的Commoditiy Code中的代码可以部分或全部被用于生成具体的材料识别码的功能，把集团位品名码作为Commoditiy Code的顶层分类，之后按照再追加各种功能区分和形态区分属性信息(如图)。 4）采购分类码：直接采用集团ERP系统中的位材料品名编码。5.5 编码方案评价“8+5”编码结构采用了集团公司ERP系统的物资材料编码8位分类结构，该分类结构及分类代码由石油工业物资分类及代码（SY/T 5497-2000）进行规定，因此8位分类码在集团内也简称为“5497”码。SY/T 5497将石油工业物资划分为60个大类，原则上按原材料、制品、设备、配件进行排序，其分
22、类代码结构可参见图2“采购分类码”部分。直接使用“5497”码减少项目建立物资材料分类过程；同时由于“5497”码已经融合到了材料识别码中，故在ERM中创建材料识别码时，系统将按照规则自动产生该材料对应的采购分类码，减少了从功能区分和形态区分向采购区分转化的过程，解决了工程物资与集团ERP系统对接的问题。但该编码方案推广应用后，材料工程师发现以下问题：1）“5497”码对应的材料品名采用了国家标准、行业标准名称，以及行业俗称，导致其不能与国际上通用材料一一对应。另外过多采用标准中的材料名称进行分类导致的另一个问题是一些特殊的设备、材料无法找到对应的材料品名。2）分类太多，其中大部分非公司业务范
23、围内的材料；分类不符合设计专业划分，导致查找和管理维护不方面，如普通钢材包含了各类型材、板材和钢管（结构用和石油天然气化工用钢管）。3）“5497”码对阀门的分类采用了高压、中压、低压分类，不符合材料管理分类需求；分类虽包含了压力信息，但无法准确定义阀门的压力等级，导致补充属性中需重复定义压力等级，同时材料描述出现冗余（“中压手动球阀 PN25”）。4）分类中无法找到市场上习惯成套供应的物资材料，如“螺栓螺母”等。5）以“5497”码分类建立的材料编码体系，存在一物多码的现象，这种现象更容易发生在不同项目或不同材料工程师之间，以及使用非中国标准制造材料当中。6）受标准主编单位业务的局限性和工程
24、物资种类持续更新的影响，部分物资无法找到对应的分类和品名。但受标准及集团ERP系统限制，材料分类扩展周期长，难度大。“5497”分类标准方法满足了集团ERP系统对企业资产统计和管理需要，同时为物资采购提供分类基础，但其分类方法和分类结构并不能很好满足工程建设设计、采购过程对物资材料编码分类的需要，并未充分考虑工程物资的市场属性、价格属性、应用范围、三维设计辅助、企业材料管理等要求，导致实际使用效果不佳。5.6 编码方案改进在总结“8+5”编码结构的优缺点基础上，公司开发和部署了第二套编码系统。在实施第二套编码系统之前，系统的开展了物资材料分类和编码属性结构研究工作。1） 物资材料分类根据公司业
25、范围、专业划分以及材料类别，将工程物资材料分为16个大类，并根据材料形态、专业、功能和编码结构不同建立了材料2级、3级分类，并作为材料采购区分。表2 物资材料1级分类序号 材料分类 序号 材料分类1 管道类 9 静设备类2 普通钢材类 10 （热）动力设备类3 电线电缆类 11 机械设备类4 防腐绝热类 12 水处理及环保设备类5 电气类 13 成橇设备类6 仪表通信类 14 分析化验类7 建筑设备及材料类 15 劳保办公类8 动设备类 16 施工耗材表2 物资材料2级分类（示例）管道类序号 材料分类 序号 材料分类1 管子 5 紧固件2 管件 6 阀门3 法兰及安装件 7 管道特殊件4 垫片
26、 8 管道支吊架表3 物资材料3级分类（示例）管子序号 材料分类 序号 材料分类1 PPSSP 无缝钢管 8 PPSSA 螺旋缝埋弧焊钢管2 PPSST 无缝钢管 Tube 9 PPDSA 双面埋弧焊钢管3 PPLEF 直缝电熔焊钢管 10 PPLHF 直缝高频焊钢管4 PPLER 直缝电阻焊钢管 11 PPCMP 复合管5 PPSEF 螺旋缝电熔焊钢管 12 PPNMP 非金属管6 PPSER 螺旋缝电阻焊钢管 13 PPCRP 铸铁管7 PPLSA 直缝埋弧焊钢管2） 大宗材料类物资编码方案新的大宗材料类物资编码方案仍采用国际上通用的组合编码方式，以CC码(Commodity Code)体
27、现材料属性，ID码（Identification Code）作为材料唯一的显性标识。 CC码由材料的完整属性代码构成。编码库建设过程中，在完成物资材料三级分类的基础上，对每一类物资的属性构成进行分解，建立每一类物资的编码规则，以及属性的数据字典库和属性代码。通过在CC码中附加了“5497码”属性建立了新编码与集团公司ERP系统之间的联系，但“5497码”并不影响材料属性的完整性和简化ID码生成，并且允许缺失和后期补充。图3：CC码结构举例ID码是编码软件通过读取材料CC码和材料尺寸，自动编译成一串等长的，带流水号的编码，并能逆向生成CC码。ID码采用19位定长组合码，也称“8+5+6”编码规则
28、。“8”为集团ERP系统“5497码”；“5”为公司物资材料三级分类码（参见表3字母），作为编码的采购区分；“6”为数字流水码，形成了材料的唯一标识。“5+6”形成了物资唯一的编码，在设计图纸上一般只输出“5+6”编码。通过生成ID码，能有效减少编码长度，规范编码格式，加密编码信息。图4：ID码结构及生成过程举例3） 其他物资设备编码方案针对品种单一，规格型号较少的物资或设备，在完成物资的三级分类后，参考石油工业物资分类及代码（SY/T 5497-2000）中的描述，直接根据每一类对应的具体物资名称，在ERM系统中按流水编制ID码，如机械设备类、分析化验类等。针对项目特定的带位号的设备和材料，
29、通过定义了价格关键属性和工艺关键属性形成CC码；通过项目实施过程中CC码关联“设备数据表”编号产生ID码。因此此类设备的ID码仅作为项目级编码使用，不进入企业级编码，但对应的CC码进入企业级编码库。当带位号的设备或材料关键信息不需要进入企业知识库时，可直接使用设备位号（TAG）代替ID码，进入项目级材料管理系统，开展下一步的材料控制工作。5.7 物资材料编码库建设流程物资材料编码作为工程建设物资管理的基础，其建设过程必须保证全面、规范和严谨。以ERM材料管理平台为例，编码库建设过程可参考图5流程。C C 码 元件尺寸P P S S P B E A 1 A 1 R S A A Z Z D N 1
30、 5 S C H 8 0+0 3 0 9 0 1 0 1I D 码 P P S S P 0 0 0 0 0 1“ 5 4 9 7 “ 码映射无缝钢管 , 坡口 , A S T M A 1 0 6 G r . B , A S M E B 3 6 . 1 0 M , 抗硫 D N 1 5 S C H 8 0S e a m l e s s S t e e l P i p e , B E , A S T M A 1 0 6 G r . B , A S M E B 3 6 . 1 0 M , N A C E M R 0 1 7 5 D N 1 5 S C H 8 0建立物资材料分类建立各类物资材料编码结
31、构建立物资材料属性数据字典库E R M 读取三维软件材料数据三维软件获取等级库 ， 开展建模创建带材料编码的工程材料等级库E R M 搭建企业级材料编码结构库E R M 输出 M T O , B O M材料等级表工程材料规定E R M 采购 、 计划 、 控制 . . .图5：ERM物资材料编码及应用流程5.8 应用效果目前，上述编码结构与工作流程已普及到公司所有项目。应用效果如下：1）通过统一的物资材料属性数据字典和物资材料编码结构，材料编码和描述全部由系统自动生成，确保不同项目相同物资编码和描述的规范性和一致性；2）通过多个项目的应用和完善，初步形成了企业级物资材料库；3）通过ERM系统和
32、PDMS、SP3D系统间接口，形成带有材料编码的工程材料表，为采购、施工提供准确的设计材料基础数据保证；4）通过总分部署模式，各分站点客户端创建编码，主站点服务器验证和存储编码，同时向各分站点同步数据，实现了编码系统的高效运转和全公司的统一；5）材料编码引入了集团公司ERP系统物资8位分类码，材料统计的结果与油集团的分类体系完全相符，为设计、采购一体化管理奠定了良好基础；6）公司费控系统，投标报价系统等生产管理平台获得更准确和丰富的数据支持。6 小结材料编码是工程建设项目管理的重要基础工作。材料编码结构规划过程中需要系统地考虑工程各个阶段的要求，并结合本企业在项目中承担的角色和企业的发展定位进
33、行设置。借助材料管理系统是开展工程材料编码管理的有效手段。工程材料管理软件系统必须能够根据不同的需求灵活地构建材料编码规则，以便根据需要支持工程设计、采购、施工部分或所有阶段的管理要求。工程实践结果表明，合理地设置工程材料编码分类和结构将为设计阶段和采购阶段之间的顺畅衔接提供有力保障。参考文献：【1】张少辉.三维设计现状及发展趋势J.聚酯工业，2013,26（2）:15-19【2】孙少虹.浅谈EPC项目管理之材料管理J.大氮肥，2010,33（4）:282-285【3】马旭明. 工程设计中材料编码的研究J.当代石油化工，2012,212（8）:28-32【4】肖兰. EPC 工程承包项目管道工
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