近年来随着三维软件的不断发展与完善,很多压力容器设计单位和制造厂开始尝试使用三维进行图纸设计。有成功的,有失败的,也有苦苦支撑的,因此对于压力容器设计是用传统的二维还是三维一时间众说纷纭,那么到底用二维还是三维呢,笔者结合自己的经验来818这个话题。

第一次接触三维是在大学里,当时在学AutoCAD,学到最后几章里就有了三维了,当时觉得真不错,也画了一些小东西,然后打上灯光,渲染,感觉很好玩。其实当时也就接触了一些简单的三维命令,如拉伸、旋转,求和、求交、求减等。

接触真正的三维是在2010年,一个偶然的机会在网上看到有人画出来的一台容器的三维模型,看了第一眼我就惊呆了,我不敢相信什么软件居然能画出这么逼真的东西出来,一种相见恨晚的感觉油然而生。于是我找到了那个被我惊为天人的年轻人,问他到底用的什么神器画的。他告诉我说是SolidWorks。然后我就迫不及待地研究起SolidWorks,以下是我当时对这款软件的总结。

直观:这款软件给我最深刻的印象就是它的零部件表示非常的直观,模型上有一处修改其它都跟着变。多个零件装配在一起通过肉眼就可以看出干涉与否。配合专业级的显卡,选择正确的材料和场景可以渲染出非常逼真的效果图。

尺寸驱动:草图完全是由尺寸驱动的(这一点与AutoCAD完全不同),并且草图中的参数可以使用方程式。

零件配置灵活:一个零件可以通过对草图中的不同特征进行压缩与解压缩实现多种配置,这个就解决了相似零件共用一个零件模型的问题。

属性可自定义:每个零件都有属性,可以定制自己的明细表文字,模型可以轻量化后直接拿到整个系统中去。

当时在研究三维时我也同时在网上了解了很多其它类似的软件,比如:SolidEdge,它是UG旗下产品,后来UG被西门子收购。Solidedge和Solidworks属于中端三维CAD软件,功能上差别不大。Solidedge软件属于Siemens PLM Software,旗下有NX高端软件,而且两者使用相同内核(Parasolid),可以相互打开。

Solidworks软件使用的也是Siemens PLM Software的内核(Parasolid),没有自己独立的核心技术。虽然被达索收购,但是内核一直是困扰他们的问题。另外还有其它的比较著名的三维软件如CATIA,PROE,CREO等,这里就不一一举例说明了,不然有人就会说我在网上复制粘贴了。

三维软件广泛应用于飞机、汽车、造船、机械行业,而为什么迟迟无法成为压力容器行业主流呢?笔者在经过刚开始的“一见钟情”后,沉下心来研究了近半年,并且用SolidWorks徒手画了一台反应器和一台固定管板换热器,并且尝试将其生成工程图(SW中的工程图即指下发施工的二维图)。在此过程中我也总结了一些三维应用于压力容器行业的难点:

空间回转体之间的配合难比如一个接管安装在封头上其配合轴,面定位并不像机械零件装配那么容易,要复杂很多,不能简单地实现,而是需要在各自的零件草图中做相当的工作,这对建模人员提出了比较高的要求。

特定的零部件建模困难是硬伤笔者试做的反应容器封头和筒体上正好有半管夹套,我花了几个星期的时间寻求解决方案,最终马马虎虎在封头上把半管建出来了,但是要避开封头上的接管基本上做不到,另外一个做不到的就是封头与筒体两个零件交接处的过渡。另外一台换热器的难点在布管上,平常在二维上随便画画的东西在三维里要都表现出来可不那么容易了,好不容易草图给收拾好了,一拉伸,电脑直接挂了,可怜啊,我还没来得及保存下草图啊。记得当时是3000多根管子吧,现在想想这个数目却实不小。不要说我电脑破,在当时配置是不差的,后来才知道,搞这玩意要用工作站的。

工程图中二维部分功能太弱零部件出详图很困难,二维部分做的的确偏弱了一点,如果说三维部分建模上的不足可以在二维中能够很方便地出图,那也不失为一种好的解决方案(大不了三维中我简单示意一下),但是转到二维发现想做点什么实在很困难。

使用人员抵触三维由于三维建模特别是比较复杂的模型建起来还是有一定的难度的,所以多数设计人员还是比较抵触的。再如果没有一定的二次开发的话,大家更不愿意使用了。有时候虽然领导在行政指令上要求大家必须使用三维设计,可是一旦遇到比较难的设备,比较严格的客户,这个三维想要顺利应用实在是困难重重。

行业现状不利于三维这一点放在最后,也是最为致命的一点。人家造汽车用三维,是一整个团队在设计一辆车子,一辆车子设计出来要生产数以万计的车子出来的,那么怎么样精雕细琢都不为过,花上几个月甚至更长时间都无所谓。但是我们压力容器不一样,我们的压力容器基本都是按单生产的,只有偶尔会遇到一个装置里有几台设备是一样的。等你把大量的时间投入到里面做完了,可能几年都碰不到一样的。当然也有一些个特定的公司它只做特定的设备,而且他们将这些设备进行了一定的系列化,基本上实现了半标准化了,这样的用三维倒是很方便。

说了这么多难点,有些人一定会认为我在瞎扯淡,那么到底有没有适合使用三维的情况呢,其实是有的,笔者也做了一些总结:

流水线产品我们虽然是非标设备,但是有些客户有成功的工艺,对某些产品需求量很大,这样的产品,比较适合使用三维,使用三维可以将产品的每个细节都提前展示出来,将一些问题暴露在前期,即使多花一些时间也是值得的。

系列化产品有些特定的行业有一些特定的容器,比如建筑上的给排水设备,加热设备,就可以通过三维软件将其实现系列化,由于其结构基本一致,能够快速实现系列化类似产品,并且在系列化后,将来能使用到的概率很大。

卫生级产品卫生级产品应用于食品、医药、日化等领域。卫生级容器体积小,结构单一,材料单一,设计压力和温度范围窄,零件种类少,容易实现标准化,只要实现了标准化(前提是自己做得了主,化工行业就不行,每个工程公司都有自己不同的工程图),施工时可以只下发总图,这样就可以弥补二维的缺陷。当然,如果想要体验更好,还必须进行少量二次开发。

换热器换热器其结构相对固定,也没有什么很奇特的零件结构,在换热器上实现三维的突破还是比较合适的。不过,也有其难点,那就是布管,同时由于管子数量可能比较多,对硬件的要求还是比较高的。克服这些,再配合一定的二次开发,换热器是设备里面最容易实现三维的类型了。按道理来讲容器应该比较简单,但是由于容器结构的不确定性,反而没有换热器好做。

搅拌器搅拌器由于其结构偏向于机械,配合相对容易,搅拌上的桨叶,机械密封,机架等也比较容易系列化标准化,因此也可以尝试用三维。但是这并不意味着连接搅拌器的反应容器好做,实际工程应用中反应容器差别太大了,各种结构的零部件很多,实现三维也不容易。

那么别的就完全没有机会吗?其实,你要说完全做不了,那不可能,人家飞机,轮船,汽车都能做出来,不可能做不了一个小小的容器,关键还是是否值得去这么做。说白了对于企业来讲,还是一个投入与产出的问题,我花了那么多的时间去精雕细琢结果做了一次再也用不到了,你说合算不合算?       但是话又说回来了,这个世界从来不缺乏高度前瞻性的公司和老板,他们愿意投入大量的人力物力和财力去尝试,在此笔者也有自己的几个小小的建议,想要在压力容器上实现成熟应用三维要注意以下几点:

要有自己的开发人员;

要有自己的建模人员;

要有自己的标准化团队;

设计人员要熟练运用三维软件。

能不出二维工程图的尽量不出图,可用企业标准图替代。

推行前期,领导一定要在人力、物力、财力上支持。

1个熟练的开发人员,2个熟练的建模和标准化人员,其余是设计人员。如果团队比较大,参与建模与标准化的人员要适当增多,前期项目接进来后应统一由项目负责人员将项目中设备的特点摸清楚,有哪些标准的系列的零部件,需要在前期把这些基础工作做掉,否则等到大家都开始建模时就来不及了。

虽然摆在我们面前的有各种各样的困难,但是随着3D打印技术,焊接机器人技术,车间高度信息化的发展,随着3D软件的进一步完善,我相信3D在压力容器上应用的场景会越来越多,也会有更多的优秀企业去尝试采用三维软件进行设计。3D必将是一个趋势,那么作为设计人员的你有没有开始准备起来呢?

本文是笔者自己对于这个话题自己的一些浅薄的理解,肯定会有很多的不妥之处,还希望有不同意见的朋友留言一起探讨。