田高鵬梁萬禮于令淼

無錫中糧工程科技有限公司 江蘇無錫 214035

基于SolidWorks的面粉廠溜管系統(tǒng)輔助設計與指導安裝

田高鵬梁萬禮于令淼

無錫中糧工程科技有限公司 江蘇無錫 214035

3D軟件輔助設計可以使面粉生產車間粉間工藝管道布局簡單明了，及時發(fā)現設計過程中難以發(fā)現的問題，實際施工中可以幫助擺脫以往安裝過程中頻繁拉線量角度、爬高量尺寸、因管道或設備空間干涉而返工等現象，顯著提升溜管安裝的效率及準確率。

面粉廠 3D輔助設計 安裝效率

面粉廠工藝管道安裝較為復雜，尤其是制粉車間從高方篩出口到清粉機、打麩機、面粉收集絞龍等設備、洞孔以及從清粉機、打麩機、洞孔等入磨粉機的物料溜管安裝尤為復雜。從目前來看現行的粉間溜管安裝模式基本一致，管道安裝之前首先搭設竹梯，工人爬高后通過拉線初步確定管道走向，然后量取兩點間距，經過計算后下料，最后安裝管道。由于各種原因致使管道安裝過程中存在許多不確定性，因此導致了管道安裝時經常需要兩人頻繁調整管道角度方可固定好管道。而在此過程中往往存在一些敲打、錘擊等現象，費工費時的同時在一定程度上也損傷了管道外表，失去了美觀性甚至破壞了管道連接處的嚴密性，直接影響日后的使用。面粉廠設備安裝危險性較高，在現場施工過程中登高作業(yè)又是一項危險性較大的工作，降低登高作業(yè)工作量是現場管理一直追求的目標。同時工藝管道的設計需要設計者具備豐富的實際經驗和很強的空間想象能力，即便如此設計過程中還是難免有所紕漏，例如洞孔預留錯誤等，由此造成了原始設計系統(tǒng)內部的矛盾，影響了設計質量。而關鍵部分的設計往往牽涉到整體的布局，后期如果在關鍵部分進行修改將會耗費較大工作量。

1 軟件

1）軟件簡介

SolidWorks是基于Windows系統(tǒng)下的原創(chuàng)的三維設計軟件。在SolidWorks的裝配設計中可以直接參照已有的零件生成新的零件。用戶不僅用Solid－Works軟件來解決一般的零部件設計問題，越來越多的用戶開始用SolidWorks軟件處理系統(tǒng)級的大型裝配設計，對大型裝配體上載的速度要求也是越來越高。面對用戶的需要，SolidWorks公司的研發(fā)部門設法從不同的角度對大型裝配體的上載的速度進行了改進，包括分布式數據的處理和圖形壓縮技術的運用等，使得大型裝配體的性能提高了幾十倍。

2）總體設計構思

運用SolidWorks三維設計軟件可以生成溜管系統(tǒng)中所有管道、管件的模型?？梢詫⑺泄艿馈⒐芗A先生成零件庫，并通過裝配功能實現模擬安裝實況。通過模擬安裝可以直觀的看到所有管道的空間布局，每一臺設備、每一根管道都可以在裝配時確定其空間位置，工藝人員對設備、管道的空間位置可以進行相關調整從而在工藝需求和生產需要方面進一步優(yōu)化設計，同時也對實際安裝提供準確的指導，改變以往圖紙僅作為參考，實際安裝雜亂無序，施工與設計意愿不符進而影響生產、使用的缺陷。

SolidWorks圖形文件分為多種格式，對應多種文件內容。在此我們用到兩種格式：零件圖和裝配圖。零件圖作為組成裝配圖的單元插入轉配圖中可以形成裝配體。工藝設計中，工藝設備、工藝管道、管件可以制作成零件圖，再將這些零件按照工藝設計和根據工要求、空間布局裝配，形成裝配圖。通過裝配圖即可查看整個工藝設計，方便發(fā)現工藝設計中空間布局方面的問題，例如設備操作及檢維修空間是否足夠、工藝管道角度是否滿足物料流動需求，設備與設備、設備與管道、管道與管道之間是否存在空間位置的干涉等。對于現場安裝，如果提前做好三維設計則可以提供更簡明的施工方案，簡化施工難度，提高施工效率。

3）實際操作過程

首先可以用SolidWorks軟件制作各個設備的小樣圖，制作過程中可以選擇將小樣圖保存為零件。每臺設備外形務必保證1:1的比例，設備內部細節(jié)不影響外部管道連接的可以簡化。實際安裝中各種管徑的管道、管件、設備進出口等也須按比例制作。樓層地面也必須以零件形式制作，地面上的洞孔也可以按照管道布局圖提前做出。

根據設備平面布置圖繪制裝配圖，將粉絞龍所在樓層地面及及該樓層各臺設備等預先制作好的零件就位。所有高方篩出料底板整體可作為一個零件加入裝配圖。在此為避免后期管道裝配時軟件占用計算機過多資源，在所有設備裝配完成后，可將該裝配圖保存，將其另存為一個零件文件（設備轉配體零件圖）。同時原有裝配文件也須單獨保存，如果后期設備位置需要改動可到裝配文件中改動然后重新保存為零件。

所有工藝設備的裝配圖完成后，進行工藝管道裝配。在此之前可將工藝管道中頻繁使用到的15度彎頭制作為3個彎頭配合的裝配體。管道裝配時如需使用可直接插入該裝配體。管道裝配順序可根據工藝順序以高方篩為單位從前到后。具體到高方篩時按照先粉管后其他管道的順序，個別管道須根據實際空間情況調整順序。

具體管道裝配過程：

①插入設備轉配體零件圖，在管道需要連接的兩端分別插入一個15度彎頭裝配體，插入后設置彎頭裝配體求解狀態(tài)為柔性。

②添加配合，將兩個彎頭裝配體與管道連接端的凸臺設置為同心狀態(tài)。

③插入管道零件，管道零件可以只制作一個，在此建議不同管徑的管道各制作一個即可。

④管道配合，選擇管道側面和彎頭裝配體與管道連接端的凸臺設置為同心狀態(tài)，管道端面與彎頭裝配體端面重合。

⑤管道定位后，編輯管道通過拉伸來調整其長度，使管道連接好出料口和接料口。

⑥遇有三通、撥斗等管件使兩處或多于兩處來源的物料匯集到一個接料口或一個出口去往多個接料口的情況時，可選擇各個來源中與接料口處角度良好的先用直管聯接起來，且需保證其他來源能夠較為直接（角度理想、空間上不干涉）的匯集到該直管上。然后在預先連接好的管道上添加三通、撥斗，再將其他物料來源與三通、撥斗聯接起來。

4）裝配過程中的問題與解決方案

①空間干涉的檢查與調整

工藝管道裝配完成到一定階段時（建議：以8倉高方平篩為單位，每完成一臺高方篩單側4倉出口管道裝配后）應當進行管道與設備空間干涉檢查。具體的檢查可以通過肉眼識別，個別難以識別的地方可以使用軟件自帶的功能選項檢查。軟件檢查時為提高運算速度須點擊選取需要檢查的管道或設備。如存在干涉軟件會以高亮顯示干涉區(qū)域，設計者可以通過觀察高亮區(qū)域進行管道的局部調整。

管道的調整可以借鑒實際情況，調整粉管接入絞龍的順序，或者在高方篩出口處先加入垂直于地面的直管，直管段可以先不設定長度，插入彎頭并設置彎頭與直管段同心配合，然后再連接彎頭與接料口。通過拖動彎頭高度調整角度和空間位置，以達到理想角度和互不干涉的空間位置，再由此確定直管段的長度。三通、撥斗等管件的調整同上。

②管道、管件、設備等的配置

SolidWorks軟件允許用戶對同一個零部件進行不同的配置，通過配置功能可以在單一的文件中對零件或裝配體生成多個設計變化。以溜管設計為例，用戶可以對不同管徑的管道分別制作一個標準零件即可，通過添加配置生成不同長度的管道。

③設計過程中簡化

SolidWorks 3D設計功能耗用計算機資源較多。以600t/d小麥加工生產線為例，粉間溜管數量接近400根，隨著設計工作的進展，管道數量增多后，計算機處理的數據量大幅增加容易造成計算機卡頓。實際工作中可以以高方篩為單位對管道進行分組，每臺高方篩對應的管道為一組分別設計，每完成一臺高方篩的管道裝配即將這臺高方篩對應的管道保存為兩個存檔，一份以裝配體格式保存，另一份以零件格式保存。例：1#高方篩管道裝配完成后保存兩份，裝配體格式作為后期修改草稿，零件格式用于插入整個工藝系統(tǒng)圖中以減少數據量。然后進行2#高方篩的裝配。同時整個裝配過程也可實現多人協作完成，一人以1#—3#高方篩的順序，另一人以6#—4#高方篩的順序進行管道裝配以提高工作效率。

5）其他功能

SolidWorks在裝配體設計中提供零件材料表自動統(tǒng)計功能，用戶可以方便的統(tǒng)計出管道裝配中所應用到的管道長度、管件數量等各方面數據，見表1。

表1 管道材料明細表

2 實際應用及分析

應用上述方法，對某面粉廠600t/d小麥加工生產線設計圖紙進行了3D轉化并在實際施工過程中應用3D圖紙對施工指導。

圖1 某面粉廠600t/d小麥加工生產線制粉車間4樓的設備、管道局部布局示例

在對原二維施工圖紙進行3D轉化時發(fā)現原圖紙在工藝管道B1-B2、B1-DIV1、C1A/C1B/DIV.1-C3A、C3B/DIV.3-C5、C7-B5f、C3AC4-C5等幾處管道的預留洞口位置與實際情況存在沖突。在3D管道裝配的過程中根據實際情況對相應管道的位置順序進行了局部修改，從而保證了管道的正常裝配，參見圖1、圖2。同時根據現場實測按照3D設計圖紙施工，該項目粉間高方篩到各接料口管道安裝共耗時217人工且無返工。查詢以往同等規(guī)模工程施工記錄此項工作內容耗時平均約為265人工。按照3D圖紙施工相比傳統(tǒng)施工，工作效率提高約18%。此外，應用SolidWorks裝配圖零件材料表功能自動計算出了實際應用管道的長度，減少了工人登高作業(yè)工作量，不僅降低了勞動負荷，更提高了安全性。

圖2 某面粉廠600t/d小麥加工生產線制粉車間4樓的設備、管道局部布局示例

3 結語

利用SolidWorks對面粉廠制粉工段溜管進行3D轉化與工藝設計相結合，可以簡明工藝設備、管道的空間位置關系，對設計圖紙起到一定的輔助作用。材料表功能還能應用到材料采購中，為材料統(tǒng)計提供更加準確的依據，應用到設計施工采購總承包模式的項目中可以有效的幫助控制施工成本。同時3D圖紙能為現場施工提供更為直觀的指導，結合SolidWorks材料表功能可以提高工作效率和安全性，降低施工難度、勞動強度從而降低施工成本。

面粉廠粉間磨粉機電機布置圖、大型的配粉系統(tǒng)正壓輸送管道、風網等一系列空間布置較為復雜的局部設計都可以采用SolidWorks進行3D輔助設計以提高設計的準確性以及對施工的指導性。

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TS 211.3

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1674-5280（2015）04-0017-04

2015-06-01

田高鵬（1987—），男，助理工程師，主要從事糧食行業(yè)工程管理工作。