从电子的二维绘图板到智能化的三维模型——在过去的20年里，流程工艺设备的设计技术经历了天翻地覆的变化。本文将为您回顾这些变化，并展望未来远景。

20年前，在流程工业领域上首次出现“用于流程设备制造的计算机”还属于未来型的场景，例如巴斯夫公司2000年在聚丙烯生产设备中采用立体设计方案进行塑料膜的详细设计，但在那之后，设计师就开始利用3D计算机模型进行流程设备的设计了。

让我们回到1994年，对于IT界和计算机界来说，那时的世界就像石器时代一样。当时的互联网刚刚只有2500万用户，使用的是第一代具有图像功能的Web浏览器Mosaic进行通信和交流（那时的WWW还是军方和科学家的专用网络）。然后雅虎成立了，微软公司宣布推出了Windows 3.11，而Google的成立（1998年）以及Facebook的诞生（2004年）还在多年以后。

整个时代如此，工业企业亟需简单实用的设计工具软件尚未出现，因为当时这样的软件开发大都遇到了这样一个棘手的问题：编程人员对工业技术知识、流程设备设计知识知之甚少。“最好是谁用CAD就由谁来编写CAD软件！”这就是当时一位工程师发出的感叹。

图1 产品上市时间是悬在设计人员头上的一把达摩之剑，谁最先把设计的产品投入市场，谁就能长期占领市场

但即便是在当时，数字化工具也是“必须拥有的”，原因在于化学工业领域的技术在不断的发展和完善，利用CAD模型进行设计的设备，可以方便快捷地对设计参数进行修改。在越来越短的流程设备设计时间压力下，企业对设备设计速度提出的要求也越来越高了，新的流程设备必须在最快的速度内完成从设计到生产制造的过程，以便及时投放市场。产品上市时间是悬在设计人员头上的一把达摩之剑，谁最先把设计的产品投入市场，谁就能长期占领市场。

越来越严格的安全规定、环境保护和质量要求以及文档和数据计算量等都要求在流程设备的设计过程中使用智能化工具。智能化工具可帮助降低设计成本和工程费用，缩短设计、施工和流程设备调试的时间，提高设计师的工作效率。

工作正在发生变化

CAD技术彻底改变了建筑师和土木工程师的工作方式，他们的任务变成了对计算机提供的三维构件元素在新建建筑物上的摆放位置进行控制。所设计的建筑、设备可以从各个方向进行审视，通过详细计算的内部结构可以展现在显示屏上，这样各个机械零部件的相互作用和装配和过程都可以得到及时优化。

在过去的20年中，工程设计工具有了很大的发展，西门子工业解决方案领域的副总裁Andreas Geiss先生说：“标志性里程碑就是智能化的、面向对象的CAE工具，例如Comos，与原来的以纸面文档为主导的工程设计相比较，它提供了数字化的工程设计。同样，2D和3D流程设备设计的进一步集成也在缩短上市时间中发挥了重要的作用。”Geiss先生认为，虚拟现实解决方案和CAE工具连续性的功能集成就是利用Comos和Simatic PCS 7实现工业3.8升级到工业4.0的最佳途径。

图2 “过去20年来技术进步最重要的里程碑是智能化的、面向对象的CAE工具。”
——Andreas Geiss先生，西门子工业解决方案负责人

眼花缭乱 多不胜选

面对市场上众多的CAD软件，没有经验的采购新手怎样才能做出正确的选择呢？一个有效的建议是：集中精力记住自己想要的是什么，不要被软件供应商所宣传的特点所蒙蔽，只有实际工作中需要的、合适的应用才是最重要的。有一些软件的高端功能虽然听起来天花乱坠，但使用复杂，如果在实践中利用率很低那么这个功能即是浪费。因此，在选择合适的软件时，带着典型的工作任务拜访多个不同的CAD供应商，并现场利用产品解决实际问题。在经历了使用者的比较和鉴别后，最合适的软件便明晰起来。

标准化

今天，流程工业领域内关注的主要问题有三个：标准化、跨行业的工作流程以及独立于生产厂家的互操作性。“标准化是浓缩的知识”是2013年度PROCESS数字化论坛的主题，业内可预见的趋势和发展都迫切需要标准化。其中有些参加者表示更愿意用别的概念来代替标准化：“我们要考虑整个流程设备规划设计过程，不仅仅考虑单个设备如冷却器和通风机的功能，无需重点考虑容器、泵和压缩机等部件。”

这种见解的优点是多方面的，因能帮助避免错误，标准加快了设计过程，提高了设计的质量，刚大学毕业的年轻工程师也能很快地融入设计项目中。

标准化问题是CAD技术领域最大的问题，软件供应商知道这样的现状，但他们也明确地表示给予理解，然后结果仍是我行我素，提供自己的专有技术产品。

汽车工业则在这个方面做出了榜样，在行业协会VDA（德国汽车工业联合会）的协调下，戴姆勒、大众、奥迪、宝马等大型OEM汽车生产厂家共同协商制定了特定的车型平台，迫使所有的工程技术服务商都利用这一平台工具进行工作。

图3 “软件应该给用户提供一个更加简单直观、易于理解的自定义开发环境，让用户能够根据自己的需要对软件进行匹配，以便在工程设计时毫无问题地执行。”
——Tommy Kern博士，Pharmatec公司工程设计师

展望未来

回首过去总是比展望未来容易，然而IT供应商往往更有远见一些，即便如此，他们也将用户需求作为发展根基。

为了能够更好的为用户服务，德累斯顿Pharmatec公司设计工程师Tommy Kern博士提出了一整套建议：“在自定义方面，软件应该给用户提供一个更加简单直观、易于理解的自定义开发环境，让用户能够根据自己的需要对软件进行匹配，以便在工程设计时毫无问题地执行。”这是他的期望，而目前的现状是要付出不小的时间和费用向软件供应商咨询才能完成自定义设置，而这个过程中许多信息也会随之流失，自定义设置并不像用户所想象的那样。此外，Kern博士也谈到了接口技术的问题：“作为设备的设计者和制造者，我们常常只能手工费时费力地把供应商提供部件的图像数据和专用数据输入到自己的项目中，因为供应商使用的是不同的软件解决方案，而利用标准化的接口交换数据是我们最希望的！”在Pharmatec工程师的期待中，工程技术CAD软件之间的合作能够表现得更好，同时ERP软件的通信也参与其中：“因为凡是安装了这两大软件系统的企业都希望能够进行很好的合作。”当然，数据的交换必须是以提供合适的接口来保障的。

比尔盖茨先生著名的座右铭是：“您收集、管理和利用信息的方法就已经决定了您的输赢。”这句至理名言至今并没有过时。

数字化设备——希望和现实

一旦有了数字化设备的设想，标准化和数据一致性就成为关键，这也是流程工业企业仁者见仁、智者见智的话题，从现场总线技术、过程自动化Wireless无线通信技术、ISO标准以及流程设备生命周期内的开放式数据交换等诸多讨论中已窥见一斑。这些大讨论中的核心点是如何调和各方利益。对软件供应商而言，虽然他们也想实现数据集成，但他们只能在自己的领域范围实现一致性；而对流程设备运营商而言，他们又不愿失去软件的多样性。虽然流程工业工程设计领域的工程师有着一致的见解——必须标准化，但迄今为止标准化的工作却一直踌躇不前。一方面是由于制定标准的参与者有着繁重的工作任务，但更重要的是流程设备运营商、制造商和软件生产厂们各有自己不同的动机，致使标准的制定举步艰难。真正的软件供应商不是标准化的制动器，只有少数敢于说出自己的想法，例如Intergraph公司德国负责人Günter Mauß先生直言不讳地说道：“对于一家国际性大企业来说，ISO 15926标准不是优先考虑的问题。”

图4 Anke Geipel-Kern PROCESS德文版编辑