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在多专业协同设计项目中，P&ID图的标准化是不可或缺的组成部分。通过采用一致的符号和规范，标准化的P&ID不仅能够提升设计效率，还能简化项目各方之间的沟通。
在一个多专业协同、以工艺为导向的设计项目中，自动化设计文件通常由多个部分组成，例如设备或仪表规格说明、输入/输出（I/O）清单，以及过程控制说明等。工艺管道和仪表流程图（P&ID）将这些关键元素有机整合，为承包商、系统集成商及业主提供便捷的参考依据。这类图往往包含大量信息，尽管已有若干行业标准可供遵循，但设计人员仍可根据具体项目需求，合理选择P&ID图的表现形式和风格。
P&ID图承载着仪表与控制设计的关键信息，具备一套专属的术语体系，并随着行业发展和技术的不断演进。由于P&ID图中往往包含大量复杂信息，制定统一的设计标准对设计人员而言至关重要。
管道和仪表图的发展
P&ID的发展过程反映了技术进步、行业标准的演化，以及现代工程项目不断变化的需求。1921年，Frank与Lillian Gilbreth携手美国机械工程师协会（ASME），发表了题为《工艺过程图》的论文。在文中，Gilbreth夫妇强调了工艺过程图在工业管理中的作用，并展示了在多个实际工作场景中，该方法成功应用的成果与案例。
在该论文中提出的许多符号，后来被多个机构采纳并持续发展，最终被纳入了当今P&ID图设计所依赖的众多标准体系中。其中，国际自动化协会（ISA）发布的 RP5.1标准《仪表过程图符号》被广泛应用于P&ID的开发。该标准最初于1949年发布，至今仍在使用，并于2022年更新为ANSI/ISA 5.1标准《仪表符号与标识》。
除了在符号体系和术语方面的发展外，随着技术的进步，P&ID的绘制方式也在不断演变。从20世纪60至70年代的手工绘图，到80年代逐步引入的计算机辅助设计（CAD）工具，绘图软件的应用显著提升了图纸的灵活性与信息表达能力。
自21世纪以来软件技术不断进步，3D和4D设计的兴起使P&ID在多学科工艺设计中占据了核心地位。尤其是对仪表与控制系统数据集成的重视，使P&ID图不仅在工程建设阶段发挥关键作用，在系统调试完成后，也成为企业开展运营与维护工作的有力支撑（见图1）。
▲图1：基于智能的P&ID数据构建的3D工艺模型。
对P&ID标准化的探索
在将P&ID数据与现代3D模型进行集成的过程中，实现P&ID设计与工艺建模之间的无缝衔接与互操作性成为关键。工程师在推进P&ID标准化的同时控制工程网版权所有，也需要兼顾项目的独特需求，在两者之间取得有效平衡。为确保一致性与协同，诸如供应商/成套系统管理、仪表符号体系、控制系统的I/O表达方式，以及管道和设备标识方法等关键领域都亟需建立标准化规范。
然而，实现P&ID标准化并非一帆风顺，也不存在放之四海而皆准的通用方法。这是一段复杂而富有挑战的探索之旅，既需要工程判断的细致考量，也离不开所有相关方的积极参与，以在“项目定制化”与“行业标准化”之间找到最佳平衡点。尽管行业组织已提供了诸如ISA 5.1标准等极具参考价值的指导性文件，但根据不同行业、地区及使用者偏好的差异www.cechina.cn，还有许多其它标准可供借鉴与应用。
在P&ID设计中，合理把握信息呈现的细节程度至关重要。图纸内容既需满足项目的技术需求，又要避免因信息量过大导致阅读困难与理解偏差。通过标准化细节深度，P&ID图能够更高效、准确地传达关键信息。值得注意的是，P&ID所承载的信息不仅限于图面上可见的元素。
现代P&ID开发软件支持基于4D数据驱动的功能，可用于生成阀门清单、I/O信号表、仪表清单等辅助资料，为项目团队在系统全生命周期中提供额外的数据支持。实现P&ID细节标准化的关键因素包括：制定明确的项目指导方针、采用灵活可定制的软件工具，以及促进项目各相关方之间的充分协作。
I/O信号的标准化表示
标准化P&ID上I/O的表示对于确保整个设计和维护过程的清晰度和一致性至关重要。对P&ID图中I/O信号的表达方式进行标准化CONTROL ENGINEERING China版权所有，是确保设计清晰性与跨专业一致性的核心环节。标准化的I/O符号不仅有助于电气工程师绘制竖管图，也便于成本估算人员精确计算控制器所需的I/O卡数量。同时，这些符号还能优化设计过程，并为系统维护与故障排查提供便利。
通过遵守 I/O 符号的既定惯例，团队可以有效地解释和使用 P&ID，协同高效的完成各项工作任务，从而提高项目执行效率与整体设计质量。常见的标准化方法包括：采用ISA发布的符号体系，遵循公司内部制定的专用指导规范，以及使用具备标准符号库的数字化P&ID绘图工具。
在传统的P&ID绘图实践中，工艺部分通常绘制于机械设计图上，而I/O信号则按回路编号单独绘制于多张图纸上。这种信息分布方式虽便于细节分解，但也容易导致难以把握完整的工厂过程，从而在不同专业之间产生理解偏差，引发设计错误，甚至造成施工环节中的协调困难。
在现代的P&ID图中，通常会在一张图上呈现整个工艺过程的关键范围，包括主要机械设备、仪表以及I/O信号。图纸上明确标示了I/O信号与控制系统之间的连接关系，这些信号通常占据图纸的四分之一区域。这种全面呈现方式可以确保设备与控制信号的所有重要组件都能清晰呈现在同一张图纸上，进而有助于项目各方在整个项目生命周期中顺利沟通和协调各项工作（见图2）。
▲图 2: 在现代的P&ID图中，通常会在一张图上呈现整个工艺过程的关键范围。
从后端的4D设计数据、CAD数据库，到前端图形界面的呈现，I/O信号的标准化对于过程控制系统的一致性、效率和可靠性至关重要。通过确保输入和输出机制遵循既定的标准和规范（例如行业协议或系统接口所定义的标准），应用工程师能够简化数据库、图形用户界面以及现场设备之间的通信。这样的标准化不仅有助于实现数据的无缝交换，还能显著提高系统的互操作性。通过集成更多细节，例如故障安全布线、脉冲信号、三线模拟、电阻温度探测器（RTD）/热电偶输入等信号元件，标准化还能简化维护和故障排除工作，从而提升系统的清晰度和全面性。
额外的细节可以提供有关图中描述的 I/O 组件功能和特性的宝贵信息。例如控制工程网版权所有，说明故障安全属性（如常开或常闭触点）可让用户了解系统在发生故障或紧急情况时的反应，从而提高硬接线控制电路和控制系统编程的安全性和可靠性。
此外，指定RTD卡或脉冲I/O信号有助于深入理解所使用的传感器或设备，为系统配置、校准和故障排除提供支持。与现代智能建模工具的集成使得这些信息能进一步用于计算，并在Excel电子表格中自动生成I/O清单，从而优化控制系统的I/O卡设计，以适配系统架构与控制面板的尺寸。同时，这些信息还可以协助成本估算团队更精准地解读P&ID中的细节。
通过使用不同的线型和/或符号，来区分硬线连接的I/O和通过通信电缆传输的I/O，能够实现有效的视觉区分。这不仅帮助承包商了解每个仪表的布线方式，还能明确哪些I/O需要在控制系统中编程。与客户以及电气工程师或电工的密切协作，对确保这一点至关重要，并应在P&ID图的图例中清楚标注不同的符号。通过在P&ID图上明确这些差异，承包商能够更高效地规划与执行布线和编程任务，从而增强项目的整体协调性和执行力。
区分仪表细节的重要性
为了在施工过程中明确仪表的职责划分，P&ID图应标明哪些设备由特定行业供应商提供。实现该目标的一种方法是，在设备旁标注一个两位数的编号，指示该设备所依据的设计规范部门。这种标注方式帮助承包商了解其职责范围，简化施工协调过程，并确保项目高效实施。
对于许多项目而言控制工程网版权所有，需要在P&ID图上区分现有仪表、新仪表以及未来的工作内容。现有仪表可以使用标准符号来表示，符号外观为灰色，文字采用斜体，且无需标注职责划分。对于未来的工作内容，可以在仪表符号框内将文字以斜体显示，或者在仪表符号框旁边添加一个独特的标记，比如星号或特定的缩写，以此表明该仪表涉及未来的安装或改造。这种细微的区分能够有效地在P&ID图上区分出现有仪表与未来或拟议的工作内容。这可以确保合同中应关注哪些组件关注或采取行动，有助于更顺畅地进行项目管理，以及让承包商和业主能够准确地进行投标和开展工作。
ISA以及其它标准可能无法为所有类型的仪表表示方法及其符号体系提供指导。因此，可以在标准仪表符号上添加额外的细节信息，包括仪表类型的缩写以及电源要求。例如控制工程网版权所有，一个流量开关可以是叶片驱动型（用 “V” 表示）或热扩散型（用 “TD” 表示），并且它可以是回路供电或外部供电（见图3）。
▲图3：将不同仪表（如类型和电源）纳入符号体系。
这些额外的细节有助于成本估算团队确定成本，帮助电气团队绘制竖管图，并且协助设计团队协调和交叉检查安装细节或连接图。纳入这些额外信息可确保在项目中实现一致、准确的沟通和协调，从而提高项目的整体质量。
对供应商控制面板的全面协调
与由仪表与控制专业设计的工厂控制系统一样，主要机械设备所附带的供应商控制面板，在工业过程中也起着至关重要的作用。在P&ID中，除了自动化专业设计的控制系统之外，也需要对供应商控制面板进行区分，以确保信息清晰明了。
必须将P&ID上显示的任何供应商面板（即通常由分包商而非总承包商提供的面板）与相应的规范部门进行协调，以确保与控制系统、通信介质和控制柜设备的信号能够得到正确的协调。
可在供应商控制面板上描述的其他信息包括其电源，例如全厂集中式不间断电源 (UPS) 系统、控制面板的电源馈电或配电板的电源馈电。P&ID上描述的任何供应商面板都必须与相应的规范章节保持一致，以确保全面协调。这种协调包括与控制系统的硬接线I/O信号、用于连接控制系统的通信介质以及面板布局要求。通过显示诸如职责划分和电源等关键细节来对图纸元素进行标准化，有助于设计过程中在各专业之间进行协调，防止在施工过程中出现差异，还可以协助制造商系统与工厂控制系统之间的编程协调。
采用标准化的编号方案来组织控制回路可提高P&ID图的清晰度和效率。在P&ID图上的每一个仪表都应该有一个唯一的回路编号，以确保设计能涵盖所有的仪表和设备，并且从头到尾，工艺过程都遵循一个合乎逻辑的顺序。
这些独一无二的回路编号随后就会应用于施工过程，并在现场设备、系统文件、控制系统编程以及资产管理系统之间提供一致的文档记录。标准化的回路编号规范，使得控制系统在其整个生命周期内能够进行高效的维护、改造和故障排除。工厂可以采用行业标准的回路编号实践制定自己的指导方针，或者使用设计软件中的回路编号工具来实现标准化。
P&ID标准化的重要性
P&ID标准化对整个过程控制系统的生命周期都有益处。挑战在于开发一个框架，既能坚持行业标准，又能灵活地满足客户特定的偏好。标准化不仅仅是遵守一套规则，更是要打造一种通用语言，弥合不同项目相关方之间的差距。
在当今这个数据主导的世界里，P&ID开发面临着一系列独特的挑战。现成的软件解决方案虽然能提高效率，但在处理P&ID图的细微差别时，往往不尽如人意。工程师们发现自己要费力地处理数据，将原始信息整理成既能使其所在的组织受益，又能让客户受益的格式。此外，对数据集成日益增长的需求，要在P&ID开发方面实现范式转变。现代的P&ID图从采集实时过程数据到助力预测性维护都对标准化采取了全面考量，为创建能够支持其所协助开发的现代控制系统的动态文档提供了必要的基础。
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