制药机械及其管路三维模型的建立

　　随着工业化和自动化水平的不断提高，人们对产品的多样化和个性化要求也越来越高，产品更新换代的周期日益缩短。基于此，产品设计部门的工作量越来越大，在这种情况下，工程设计人员对提高产品设计效率的需求也变得越来越迫切。目前，制药机械及其管路的设计人员最常使用CAD等画图工具，对于缺乏相关设计专业知识的安装施工人员来说，阅读二维CAD制药机械及其管路图纸时，往往容易对工艺流程的理解产生偏差，给制药机械的加工和管路工程安装造成一定的麻烦。

 

　　本文针对制药机械的功能特点，对制药机械及其管路的三维模型库进行了研究，并构建了标准化的制药机械及其管路三维模型，为制药机械和工程设计人员在设计开发制药机械新产品时，可根据功能需要，调用模型库图形数据进行快速选型设计和模型组合设计，提高工作效率。同时，为工程实施提供直观的三维结构图形，确保机械安装和管路安装符合制药工艺要求。

 

　　1国内外工艺管路设计软件比较

 

　　目前国内常用的设计软件是AutoCADPlant3D，它是一款专业的三维工厂设计软件，该软件可以对工厂进行设计、建模和文档编制。基于熟悉的AutoCAD软件平台，工厂设计师和工程师运用AutoCADPlant3D能够创建先进的三维模型。其等级库和元件库，可以有效简化管道、设备和支撑结构的放置流程；集成了AutoCAD软件功能，可以帮助创建和编辑管道与仪表流程图，并根据三维模型协调基本数据，生成和共享等轴侧视图、正交视图和其他文档。AutoCADPlant3D内置在AutodeskPlantDesignSuites中。它的功能设置主要有：

 

　　（1）工作空间——专门面向三维工厂设计的用户界面；

 

　　（2）等级库和元件库——基于等级技术和ANSI/ASME（B16）、DIN/ISO等标准元件库，可以通过修改元件库，满足特定项目要求；

 

　　（3）管道、设备和结构——以半自动或手动方式创建基于等级库的管线和元件模型，包含一个可定制的标准设备元件库，从外部参考或以参数化的方式创建结构元素，确认冲突；

 

　　（4）施工文档——生成精确的ISO图、正交视图和其他文档；

 

　　（5）搜索和报表——查询和处理数据，生成材质报表，导出至PCF文件；

 

　　（6）AutodeskNavisworks兼容性——对整个项目进行审阅；

 

　　（7）规范转换器——从其他应用程序导入规范。

 

　　此外，还有PDMS、PDS等国外设计软件，但它们在我国的推广使用受到诸多制约，主要原因有：国内标准数据库不全，建立项目库的难度大，操作复杂；价格昂贵；英文界面；思维习惯和操作习惯与国内用户有很多不同；不能按医药行业特点修改软件功能；不能和CAD无缝连接；封闭等级库。

 

　　虽然AutoCADPlant3D和CADWORX都是在CAD基础上开发的软件，但是它们的功能有所不同。AutoCADPlant3D主要功能模块包括：

 

　　（1）建立建筑结构三维模型；

 

　　（2）建立设备三维模型；

 

　　（3）建立管道三维模型；

 

　　（4）模型设计检查与管理；

 

　　（5）模型碰撞检查与管理；

 

　　（6）效果图生成；

 

　　（7）单管图全自动生成及编辑；

 

　　（8）平、立、剖图自动生成及编辑；

 

　　（9）材料表模板定制；

 

　　（10）材料表自动生成；

 

　　（11）工程数据库管理；

 

　　（12）图形库管理；

 

　　（13）支吊架建模及其材料统计；

 

　　（14）应力计算软件接口；

 

　　（15）工厂漫游及动画制作。

 

　　2工程实施内容

 

　　结合AutoCADPlant3D软件的主要功能，笔者总结和分析曾参与过的一些医药工程项目的设计，包含的实施内容具体如下：

 

　　2.1土木专业

 

　　该软件能够设计出土建专业的建筑（包括钢结构或混凝土结构、楼面、柱、梁、楼梯、围栏、门、窗、屋顶、楼面开洞）及柱线，还可以联合运用AutoCADRevitArchitectureSuite软件做建筑图设计。

 

　　2.2设备布置

 

　　该软件能够较容易地设计出项目上常见的工艺设备（如浓缩器、罐、泵、换热器、塔等）及其基脚，精确定位泵的进出口尺寸、罐的开口位置，能自动添加开口后的法兰、卡盘，能够做到先加法兰再接管，精确定位设备在厂房中的位置。在设计好的设备上修改设备外形或开口，复制后能够容易地修改设备编号、管嘴编号、管嘴长度及管嘴的压力等级。用户可以随时修改设备的位置、形状、描述等参数。设备设计完成后能够自动生成设备报表。通过用户的报表来创建自己所需的报表格式，以便直接生成工艺必需的设备表，方便插入设备。在工程参数中输入设备位号，并选择使用设备位号分层。设备布置完后可以进行移动、拷贝等操作。设备基础也需要进行布置，以方便进行碰撞检查。此外，还可以使用AUTODESK公司的Inventor软件设计复杂的设备和参数化设备。

 

　　2.3管道安装

 

　　该软件包含多种布管方式，如管件对管件布管、空间自由摆放管件、参考已存在的管件对齐、多段线辅助方式、中心线布管方式等。该软件还包含多种管道定位类型，如管顶、管中心、管底等。该软件能够方便地进行坡度管线的布置，坡度值可以输入小数和比例。布管结束后，能在已有的管道上进行修改，包括方位、定位尺寸、管径、等级等，并能够拉伸、延长或剪切管道。管道按管线号自动生成图层，便于对单根管道进行检查或修改。根据管内介质的不同，可以定义不同的管道颜色。管道上的各种标准阀门自动加法兰或卡盘。

 

　　2.4管架

 

　　该软件能够设计出一次及二次管架。一次管架是指管架上支撑有多个管道的管架，如门字型、T型管架等。二次管架是指仅为单根管道使用的管架。设计人员可以从软件自带的管架库中选择管架类型和型号（可以自定义管架类型），生成管架报表。报表可以自定义类型。

 

　　2.5数据管理

 

　　该软件自带元件库和等级库，其中的元件库包括ANSI（美国标准）、DIN（欧洲标准）、JIS/JPI（日本标准）等，同时用户也可以自定义元件库和等级库。元件库和等级库是分开的，方便编辑管道材料等级。参照已有的数据库建立或定义用于特定项目的特殊数据库。同时，数据库管理软件可以用SQLite编辑。

 

　　2.6CAD兼容性

 

　　该软件是在CAD基础上开发出来的软件，可以和CAD无缝连接。