馮 田,俞 峰

(中船江南重工股份有限公司，上海 200023)

大型龍門起重機(jī)CAD自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馮 田,俞 峰

(中船江南重工股份有限公司，上海 200023)

使用電氣AutoCAD+Windows LISP軟件可縮短生產(chǎn)前的設(shè)計(jì)周期，減少生產(chǎn)過程中不必要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)及人工消耗，以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，確保產(chǎn)品質(zhì)量。采用AutoCAD+Windows LISP自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)方法，完成大型龍門起重機(jī)電氣原理系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)、工藝文件編制、生產(chǎn)施工圖設(shè)計(jì)、建造進(jìn)程監(jiān)控及整機(jī)系統(tǒng)預(yù)調(diào)試提交，滿足了造船配套用上千噸級、大跨距龍門起重機(jī)建造的生產(chǎn)形勢需求，縮短了建造周期，可降本增效，確保了吊機(jī)質(zhì)量。使用電氣AutoCAD+Windows LISP軟件參與生產(chǎn)設(shè)計(jì)與制造，給龍門起重機(jī)建造提供更好的生產(chǎn)設(shè)計(jì)保障；為今后特大型龍門起重機(jī)(千噸級、大跨距)的建造提供強(qiáng)有力的輔助保障手段，也為造船大噸位構(gòu)件翻身提供優(yōu)質(zhì)重器，從而更好地服務(wù)與造船業(yè)。

龍門起重機(jī);電氣CAD;自編程軟件;軟件應(yīng)用；生產(chǎn)設(shè)計(jì)

0 引言

近幾年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速增長和國際航運(yùn)能力的提升，大型船舶的需求量增大，大型龍門起重機(jī)的使用量也越來越多。作為造船廠的生產(chǎn)必需設(shè)備，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段跟不上龍門起重機(jī)新產(chǎn)品的開發(fā)需要，因此，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，在極短的時間內(nèi)完成繁重的設(shè)計(jì)任務(wù)，是目前迫切需要解決的問題。

起重機(jī)電氣CAD軟件(Crane Electrical Computer Aided Design System，電氣CAD)是適應(yīng)龍門起重機(jī)制作，自主開發(fā)的LISP自編程軟件，按國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)繪電氣圖紙，起重機(jī)設(shè)備配置選型等的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。它不僅適應(yīng)于新產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)，而且也可對國外產(chǎn)品的電氣圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化，在起重機(jī)的電氣設(shè)計(jì)方面，具有很大的推廣價值。

1 自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)目的

目前龍門起重機(jī)向大型、特大型發(fā)展,自動化程度更優(yōu)更先進(jìn),原龍門起重機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件已無法滿足要求。為縮短設(shè)計(jì)周期，必須改進(jìn)和優(yōu)化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，確保每個產(chǎn)品有超過200 m2電氣圖紙量。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，按國家標(biāo)準(zhǔn)，在整合過去原有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件基礎(chǔ)上,充分參考外單位有關(guān)電氣CAD軟件的使用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合龍門起重機(jī)分段建造，總體提升的生產(chǎn)特殊性，開發(fā)符合本單位龍門起重機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求的應(yīng)用軟件。自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)目的主要有：

(1)立足龍門起重機(jī)電氣設(shè)計(jì)，加強(qiáng)龍門起重機(jī)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管控，掌握成套設(shè)備的基本參數(shù)、采購信息的反饋、配套輔材的設(shè)計(jì)加工制作信息、施工中隨機(jī)加工構(gòu)件信息、產(chǎn)品部套打包信息、工作量完成信息，加強(qiáng)龍門起重機(jī)電氣設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性，縮短起重機(jī)制造周期。

(2)使用自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件可在設(shè)計(jì)圖紙的管理上，帶來新的管理手段和方法，即電腦+光盤+輔助設(shè)備管理模式為存檔手段。檔內(nèi)圖紙資料有序合理，查詢調(diào)取方便，管理機(jī)動靈活，滿足生產(chǎn)設(shè)計(jì)隨時調(diào)閱，圖紙資料無紙化存檔。

(3)引進(jìn)環(huán)保理念。以往生產(chǎn)一臺龍門起重機(jī)電氣圖紙要二十幾套，使用自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件，可降低至十套，既節(jié)約大量紙張，又降低設(shè)計(jì)成本。另外，產(chǎn)品前期營銷，投標(biāo)方案設(shè)計(jì)，龍門起重機(jī)電氣設(shè)計(jì)更改工作都能在自編程計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行，安全可靠。

(4)以公司遠(yuǎn)期目標(biāo)做大做強(qiáng)做實(shí)為目標(biāo)，加強(qiáng)營銷投標(biāo)中的方案設(shè)計(jì)變更速度，合理利用計(jì)算機(jī)及生產(chǎn)中的各種資料與信息，為公司轉(zhuǎn)型發(fā)展提供良好的輔助設(shè)計(jì)包。

(5)跟蹤國內(nèi)外新的電氣CAD軟件技術(shù)，提高工程技術(shù)人員設(shè)繪能力和應(yīng)用技巧，減免工程技術(shù)人員案面工作量，以更高的工作效率服務(wù)于生產(chǎn)。

2 軟件的組合及軟件繪圖技術(shù)方案

2.1 自編程軟件的組合

(1)以自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件為設(shè)計(jì)手段去補(bǔ)充原有的電氣CAD軟件設(shè)計(jì)模式的組合，是適用于龍門起重機(jī)生產(chǎn)建造的新輔助設(shè)計(jì)包，為滿足新的生產(chǎn)需求而跟進(jìn)發(fā)展的，不斷補(bǔ)充新的軟件元素的軟件組合體，可全方位為生產(chǎn)服務(wù)。

(2)積極開發(fā)陸用起重機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電氣圖形模塊530個。優(yōu)化基礎(chǔ)軟件，AutoCAD圖形庫進(jìn)行分類整理。電氣模塊建模，從常用元件符號模塊到非常用元件符號模塊、小型常用標(biāo)準(zhǔn)圖形模塊，建立專門的檢索數(shù)據(jù)庫接口，充分考慮其使用的便利性。

(3)開發(fā)大容量接觸器、開關(guān)組合圖形模塊40個，繼電器組合圖形模塊20個，電機(jī)組合圖形模塊30個。這些模塊是多機(jī)種起重機(jī)常用控制模式歸納采集的，實(shí)用性更強(qiáng)。

急性胸痛在急診內(nèi)科中是一種常見的疾患[1-2]，指的是突發(fā)性胸痛，病情嚴(yán)重者甚至?xí)＜暗交颊叩纳踩玔3]，當(dāng)出現(xiàn)急性胸痛時，應(yīng)立即去醫(yī)院進(jìn)行X線檢查、心電圖檢查，及時確診并接受對癥治療。急性胸痛的病因復(fù)雜，確診難度大，常見的病因包括張力性氣胸、急性主動脈夾層、急性冠脈綜合征、急性肺動脈栓塞等，及時鑒別急性胸痛的病因，對于挽救患者的生命及改善預(yù)后存在重要意義[4]。超聲心動圖是一種操作簡單且無創(chuàng)的檢查方法[5]，本文旨在探討其應(yīng)用于急性胸痛診斷中的效果，擇取我院收治的急性胸痛患者80例開展本次研究，具體內(nèi)容見正文闡述。

2.2 優(yōu)化后標(biāo)準(zhǔn)繪圖技術(shù)方案

目前探討的自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件組合圖形是在以前的標(biāo)準(zhǔn)繪圖技術(shù)方案基礎(chǔ)上優(yōu)化的，實(shí)行局域連網(wǎng)，利用單核PC處理器也可用雙核PC處理器處理繪圖文件，進(jìn)行圖形輸出，高效出圖。繪圖技術(shù)方案如圖1所示，從該圖可見其基層是軟件和Win XP系統(tǒng)，繪圖軟件采用的是AutoCAD 2007版。圖中第3層為電氣CAD軟件的繪圖實(shí)體，內(nèi)有幾個LISP數(shù)據(jù)文件，通過對CAD LISP文件的編譯，完成了對電氣圖形模塊的調(diào)用接口的處理。同時為了繪圖者的操作方便，在第4層開發(fā)了中文操作菜單文件。這樣，繪圖者可以在菜單的引導(dǎo)下，以人機(jī)交互的操作方式進(jìn)行繪圖，可以快速調(diào)用模塊，按既定的控制系統(tǒng)要求，搭建所需的圖形，比如：邏輯原理圖、電氣控制原理圖、液壓系統(tǒng)原理圖等。由此可知，工程技術(shù)人員只要經(jīng)過一定程度的簡單培訓(xùn)，就能掌握軟件要點(diǎn)，按操作規(guī)則進(jìn)行操作，更能在短時間內(nèi)熟練設(shè)繪圖紙，成為電氣工程師們的好幫手。

3 軟件的組合及軟件繪圖實(shí)施

3.1 繪圖應(yīng)用實(shí)例

自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件在300 t大型龍門起重機(jī)上首次得到綜合應(yīng)用。從最初的營銷投標(biāo)到中標(biāo)后的起重機(jī)整體設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)及施工設(shè)計(jì)，在短時間內(nèi)完成電氣設(shè)計(jì)項(xiàng)目其輔助設(shè)計(jì)軟件包起到關(guān)鍵作用。自2009年2月正式將自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件包作為起重機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)的基本設(shè)繪手段。為了能盡快推廣實(shí)施軟件在大型龍門起重機(jī)上電控系統(tǒng)中的應(yīng)用，選擇300 t龍門起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、主輔電源供電、行走機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)、維修吊變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等部套進(jìn)行投標(biāo)方案電氣設(shè)繪。目前，已完成300 t門式起重機(jī)的設(shè)計(jì)、繪圖工作，該軟件得到綜合應(yīng)用。

圖1 繪圖技術(shù)方案

由自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件包設(shè)繪的300 t門式起重機(jī)報警系統(tǒng)圖紙已交付。從運(yùn)用效果來看，工作效率提高6倍，設(shè)繪質(zhì)量大大提高。使用普通機(jī)繪，字最小2.5 mm，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)繪制打印的話可小至1.5 mm，分辨率高。0號圖紙可切繪于多張A3號圖紙，裝訂成冊便于施工靈活查閱。

3.2 應(yīng)用流程圖

圖2 軟件應(yīng)用流程圖

從圖2可知，自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件主要用于招投標(biāo)、電氣設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)，通過局域網(wǎng)實(shí)施連機(jī)多臺操控設(shè)計(jì)繪圖。通常從設(shè)計(jì)菜單選擇目標(biāo)類型入手，做你想要的那一款設(shè)計(jì)。比如，選電氣設(shè)計(jì)這一款，必須先進(jìn)行電氣原理預(yù)設(shè)計(jì)，隨后做電氣控制模式預(yù)設(shè)計(jì)，然后啟動電氣原理圖CAD LISP進(jìn)行計(jì)算機(jī)設(shè)繪工作。通過圖形預(yù)覽，可重新返回CAD LISP進(jìn)行原理或圖形結(jié)構(gòu)的修改、修飾工作。上述工作可重復(fù)進(jìn)行，根據(jù)用戶需要隨時修改。目前，已經(jīng)把定型產(chǎn)品400、600、900 t大型龍門起重機(jī)等定型產(chǎn)品的電氣原理圖輸入作了技術(shù)儲備，為特大型龍門起重機(jī)的建造創(chuàng)造條件。

圖3所示為庫中已建成的部分電氣模塊，運(yùn)用上述操作，可繪制電氣流程圖、邏輯控制圖；電氣原理圖、系統(tǒng)圖、接線圖；電氣元件、設(shè)備布置圖。

如果將氣動閥件、電磁閥件、流量控制閥、壓力閥、溢流閥、方向閥、油箱等制成模塊，加上電機(jī)模塊，可繪制液壓控制系統(tǒng)圖。

圖4所示是龍門起重機(jī)控制常用模式，即主控模式基本上是驅(qū)動變頻器+主站PLC+遠(yuǎn)程PLC+I/O模塊，且遠(yuǎn)程PLC+I/O模塊控制站多，輸入、控制對象基本雷同。

預(yù)設(shè)計(jì)一個遠(yuǎn)程PLC+I/O模塊控制站組合模塊，可拆分、修改，模塊變動的是輸入輸出點(diǎn)數(shù)和外圍設(shè)備數(shù)量，驅(qū)動變頻器主回路控制圖也可建成模塊，它變動的是電機(jī)和制動單元，如圖5所示。

圖3 模塊庫示例

圖4 控制常用模式示例

這樣，當(dāng)龍門起重機(jī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目開展時，從招投標(biāo)設(shè)計(jì)到電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)都可以套用上述組合模塊，繪制想要的電氣圖，計(jì)算材料、統(tǒng)計(jì)設(shè)備、估算成本。軟件除了在設(shè)計(jì)上的應(yīng)用外，可在其他門類起重機(jī)制造中推廣應(yīng)用，如門座起重機(jī)、船用克令吊等，從而降低成本和零出錯率。

3.3 生產(chǎn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化實(shí)例

經(jīng)過半年多的實(shí)踐，已將電氣CAD自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件設(shè)繪技術(shù)推廣到許多非船產(chǎn)品的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化中去，并取得了明顯的效益。

例如利用電氣CAD軟件，對外來圖紙成功地進(jìn)行設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化，滿足設(shè)計(jì)要求，800 t大型龍門起重機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化就是例證。該龍門起重機(jī)是3臺套適用于船舶的平臺造船和船塢總裝,實(shí)際要求中需要設(shè)計(jì)方提供全套的施工電氣圖紙，但原圖的設(shè)計(jì)深度遠(yuǎn)不能滿足施工要求。為此，利用電氣CAD自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件，對原設(shè)計(jì)圖紙深化設(shè)計(jì)，電氣成套設(shè)備配置選型、成本控制；優(yōu)化補(bǔ)充電纜槽板走向；各類輔材統(tǒng)計(jì)、機(jī)座配套設(shè)計(jì)。用該軟件設(shè)計(jì)中繼接線箱、插座箱、岸電箱等。在項(xiàng)目建設(shè)中，軟件發(fā)揮了積極作用，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)化時間僅1周，縮短了設(shè)計(jì)周期，積累了大量電氣標(biāo)準(zhǔn)圖集和模塊庫。

圖5 變頻器組合模塊示例

4 自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢

下面就龍穴造船基地600 t門式起重機(jī)報警系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)過程，詳細(xì)說明該軟件的運(yùn)用過程。

龍穴造船基地600 t門式起重機(jī)電控方式獨(dú)特，起升、糾偏、整機(jī)同步運(yùn)行、雙機(jī)聯(lián)動等要求非常高，相應(yīng)的報警系統(tǒng)極為復(fù)雜。往往一個報警信號產(chǎn)生，須在1 s內(nèi)完成響應(yīng)，技術(shù)難度大?？紤]到這些因素，在原理構(gòu)思上決定采用SIEMENS的遠(yuǎn)程ET200可編程控制器+主控S7-300 Power PLC集控模式，使用CAD軟件手段來設(shè)計(jì)。采用這種集控模式的好處在于控制柜內(nèi)外主、控回路減少，電氣元件使用量降低，相應(yīng)電控柜也減少，外圍電纜減量。ET200控制器是SIEMENS通用產(chǎn)品，技術(shù)含量高，運(yùn)行性能優(yōu)越，利用編程它能將各種信息按優(yōu)先級要求組合在一起，經(jīng)程序運(yùn)行后達(dá)到控制目的，且作圖簡便。利用CAD自開發(fā)軟件技術(shù)，用軟件繪制編程所需的梯形圖，采用大方框原理構(gòu)思來體現(xiàn)它，用梯形圖設(shè)計(jì)報警系統(tǒng)中的優(yōu)先級邏輯控制要求，信號的輸入、輸出及報警響應(yīng)符合秒內(nèi)要求，如圖6 所示。如起升高度限制、起升重量超載報警系統(tǒng)及重量顯示報警，用梯形圖編程設(shè)計(jì)整個系統(tǒng)，構(gòu)思清晰、條理分明，如用戶還需要增加其他報警功能，則隨時可用CAD軟件修改，體現(xiàn)了更改速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

圖6 故障報警梯形圖示例

自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件在圖上可完整輸入了報警功能波型圖，圖上報警系統(tǒng)供給電源、呼喊、遙控系統(tǒng)一一顯示，還可充分利用CAD軟件圖庫系統(tǒng)的拷貝、鏡像、旋轉(zhuǎn)、縮放等多功能手段，采納的電氣元件符號統(tǒng)一規(guī)范，符合國際標(biāo)準(zhǔn)。

5 自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件的價值與聯(lián)想

自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件裝機(jī)于普通的單核PC就能滿足基本需求，同樣適用于INTEL酷睿系列的產(chǎn)品。運(yùn)用色彩圖層分類操作，可以將電源、控制線路、電氣元件等分層立體設(shè)計(jì)，使電氣設(shè)計(jì)產(chǎn)品更直觀明朗，且鑒于電氣圖紙?jiān)赪IN下256色下即能滿足設(shè)計(jì)要求，所以軟件運(yùn)行速度在當(dāng)前主流機(jī)器配置的情況下運(yùn)行速度快、作圖精準(zhǔn)。

由于目前上海定位于國際金融港和國際糧食中轉(zhuǎn)站等國際化的港口建設(shè)目標(biāo)，尤其高橋保稅區(qū)等項(xiàng)目的規(guī)劃，毫無疑問將很大程度上利好航運(yùn)造船業(yè)，也將很大程度上提升國內(nèi)外各家大型船舶企業(yè)對適用于大型分段制作的龍門起重機(jī)的需求，智能化制圖是一個重要的保證手段，因而CAD自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件較高的推廣價值。電氣設(shè)計(jì)只需要在二維的UCS坐標(biāo)體系下完成電氣圖紙的平面設(shè)計(jì)，將來可在現(xiàn)場施工人員智能手機(jī)和各類PAD上查看比對，實(shí)現(xiàn)電氣施工無紙化。公司在2013年推廣的電子簽章也為自主研發(fā)CAD電氣軟件提供了助力。

6 結(jié)語

目前，大型龍門起重機(jī)的建造從電氣原理設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工設(shè)計(jì)始終貫穿著自編程生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件AUTOCAD LISP的開發(fā)和應(yīng)用，在電控、機(jī)械、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)全面使用，對所承接的起重機(jī)項(xiàng)目的變化，都不會影響生產(chǎn)設(shè)計(jì)這一環(huán)。AutoCAD LISP軟件如何與其他相關(guān)專業(yè)配合，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力、確保高質(zhì)量建造要求；如何實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)互動，提高生產(chǎn)效率并推廣應(yīng)用于其他領(lǐng)域，AutoCAD LISP軟件升級產(chǎn)品的技術(shù)跟蹤，值得探究。

2013-07-20

馮田(1960-)，女，高級工程師，從事船舶與港口成套設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)工作；俞峰(1981-)，男，高級工程師，從事船舶與港口成套設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)工作。

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