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(shè)計(jì)與指導(dǎo)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(shè)計(jì)可以使面粉生產(chǎn)車間粉間工藝管道布局簡(jiǎn)單明了，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中難以發(fā)現(xiàn)的問題，實(shí)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(shè)備空間干涉而返工等現(xiàn)象，顯著提升溜管安裝的效率及準(zhǔn)確率。

面粉廠 3D輔助設(shè)計(jì) 安裝效率

面粉廠工藝管道安裝較為復(fù)雜，尤其是制粉車間從高方篩出口到清粉機(jī)、打麩機(jī)、面粉收集絞龍等設(shè)備、洞孔以及從清粉機(jī)、打麩機(jī)、洞孔等入磨粉機(jī)的物料溜管安裝尤為復(fù)雜。從目前來看現(xiàn)行的粉間溜管安裝模式基本一致，管道安裝之前首先搭設(shè)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(diǎn)間距，經(jīng)過計(jì)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(dǎo)致了管道安裝時(shí)經(jīng)常需要兩人頻繁調(diào)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(xiàn)象，費(fèi)工費(fèi)時(shí)的同時(shí)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(yán)密性，直接影響日后的使用。面粉廠設(shè)備安裝危險(xiǎn)性較高，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中登高作業(yè)又是一項(xiàng)危險(xiǎn)性較大的工作，降低登高作業(yè)工作量是現(xiàn)場(chǎng)管理一直追求的目標(biāo)。同時(shí)工藝管道的設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者具備豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和很強(qiáng)的空間想象能力，即便如此設(shè)計(jì)過程中還是難免有所紕漏，例如洞孔預(yù)留錯(cuò)誤等，由此造成了原始設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部的矛盾，影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量。而關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)往往牽涉到整體的布局，后期如果在關(guān)鍵部分進(jìn)行修改將會(huì)耗費(fèi)較大工作量。

1 軟件

1）軟件簡(jiǎn)介

SolidWorks是基于Windows系統(tǒng)下的原創(chuàng)的三維設(shè)計(jì)軟件。在SolidWorks的裝配設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)問題，越來越多的用戶開始用SolidWorks軟件處理系統(tǒng)級(jí)的大型裝配設(shè)計(jì)，對(duì)大型裝配體上載的速度要求也是越來越高。面對(duì)用戶的需要，SolidWorks公司的研發(fā)部門設(shè)法從不同的角度對(duì)大型裝配體的上載的速度進(jìn)行了改進(jìn)，包括分布式數(shù)據(jù)的處理和圖形壓縮技術(shù)的運(yùn)用等，使得大型裝配體的性能提高了幾十倍。

2）總體設(shè)計(jì)構(gòu)思

運(yùn)用SolidWorks三維設(shè)計(jì)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?、管件預(yù)先生成零件庫，并通過裝配功能實(shí)現(xiàn)模擬安裝實(shí)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(tái)設(shè)備、每一根管道都可以在裝配時(shí)確定其空間位置，工藝人員對(duì)設(shè)備、管道的空間位置可以進(jìn)行相關(guān)調(diào)整從而在工藝需求和生產(chǎn)需要方面進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也對(duì)實(shí)際安裝提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)，改變以往圖紙僅作為參考，實(shí)際安裝雜亂無序，施工與設(shè)計(jì)意愿不符進(jìn)而影響生產(chǎn)、使用的缺陷。

SolidWorks圖形文件分為多種格式，對(duì)應(yīng)多種文件內(nèi)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(zhuǎn)配圖中可以形成裝配體。工藝設(shè)計(jì)中，工藝設(shè)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(shè)計(jì)和根據(jù)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(gè)工藝設(shè)計(jì)，方便發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)中空間布局方面的問題，例如設(shè)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(dòng)需求，設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與管道、管道與管道之間是否存在空間位置的干涉等。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝，如果提前做好三維設(shè)計(jì)則可以提供更簡(jiǎn)明的施工方案，簡(jiǎn)化施工難度，提高施工效率。

3）實(shí)際操作過程

首先可以用SolidWorks軟件制作各個(gè)設(shè)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(tái)設(shè)備外形務(wù)必保證1:1的比例，設(shè)備內(nèi)部細(xì)節(jié)不影響外部管道連接的可以簡(jiǎn)化。實(shí)際安裝中各種管徑的管道、管件、設(shè)備進(jìn)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(jù)設(shè)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(tái)設(shè)備等預(yù)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(gè)零件加入裝配圖。在此為避免后期管道裝配時(shí)軟件占用計(jì)算機(jī)過多資源，在所有設(shè)備裝配完成后，可將該裝配圖保存，將其另存為一個(gè)零件文件（設(shè)備轉(zhuǎn)配體零件圖）。同時(shí)原有裝配文件也須單獨(dú)保存，如果后期設(shè)備位置需要改動(dòng)可到裝配文件中改動(dòng)然后重新保存為零件。

所有工藝設(shè)備的裝配圖完成后，進(jìn)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(gè)彎頭配合的裝配體。管道裝配時(shí)如需使用可直接插入該裝配體。管道裝配順序可根據(jù)工藝順序以高方篩為單位從前到后。具體到高方篩時(shí)按照先粉管后其他管道的順序，個(gè)別管道須根據(jù)實(shí)際空間情況調(diào)整順序。

具體管道裝配過程：

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

②添加配合，將兩個(gè)彎頭裝配體與管道連接端的凸臺(tái)設(shè)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(gè)，在此建議不同管徑的管道各制作一個(gè)即可。

④管道配合，選擇管道側(cè)面和彎頭裝配體與管道連接端的凸臺(tái)設(shè)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(diào)整其長(zhǎng)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(gè)接料口或一個(gè)出口去往多個(gè)接料口的情況時(shí)，可選擇各個(gè)來源中與接料口處角度良好的先用直管聯(lián)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(yù)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(lián)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(diào)整

工藝管道裝配完成到一定階段時(shí)（建議：以8倉高方平篩為單位，每完成一臺(tái)高方篩單側(cè)4倉出口管道裝配后）應(yīng)當(dāng)進(jìn)行管道與設(shè)備空間干涉檢查。具體的檢查可以通過肉眼識(shí)別，個(gè)別難以識(shí)別的地方可以使用軟件自帶的功能選項(xiàng)檢查。軟件檢查時(shí)為提高運(yùn)算速度須點(diǎn)擊選取需要檢查的管道或設(shè)備。如存在干涉軟件會(huì)以高亮顯示干涉區(qū)域，設(shè)計(jì)者可以通過觀察高亮區(qū)域進(jìn)行管道的局部調(diào)整。

管道的調(diào)整可以借鑒實(shí)際情況，調(diào)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(shè)定長(zhǎng)度，插入彎頭并設(shè)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(dòng)彎頭高度調(diào)整角度和空間位置，以達(dá)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(zhǎng)度。三通、撥斗等管件的調(diào)整同上。

②管道、管件、設(shè)備等的配置

SolidWorks軟件允許用戶對(duì)同一個(gè)零部件進(jìn)行不同的配置，通過配置功能可以在單一的文件中對(duì)零件或裝配體生成多個(gè)設(shè)計(jì)變化。以溜管設(shè)計(jì)為例，用戶可以對(duì)不同管徑的管道分別制作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件即可，通過添加配置生成不同長(zhǎng)度的管道。

③設(shè)計(jì)過程中簡(jiǎn)化

SolidWorks 3D設(shè)計(jì)功能耗用計(jì)算機(jī)資源較多。以600t/d小麥加工生產(chǎn)線為例，粉間溜管數(shù)量接近400根，隨著設(shè)計(jì)工作的進(jìn)展，管道數(shù)量增多后，計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)量大幅增加容易造成計(jì)算機(jī)卡頓。實(shí)際工作中可以以高方篩為單位對(duì)管道進(jìn)行分組，每臺(tái)高方篩對(duì)應(yīng)的管道為一組分別設(shè)計(jì)，每完成一臺(tái)高方篩的管道裝配即將這臺(tái)高方篩對(duì)應(yīng)的管道保存為兩個(gè)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(gè)工藝系統(tǒng)圖中以減少數(shù)據(jù)量。然后進(jìn)行2#高方篩的裝配。同時(shí)整個(gè)裝配過程也可實(shí)現(xiàn)多人協(xié)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(jìn)行管道裝配以提高工作效率。

5）其他功能

SolidWorks在裝配體設(shè)計(jì)中提供零件材料表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以方便的統(tǒng)計(jì)出管道裝配中所應(yīng)用到的管道長(zhǎng)度、管件數(shù)量等各方面數(shù)據(jù)，見表1。

表1 管道材料明細(xì)表

2 實(shí)際應(yīng)用及分析

應(yīng)用上述方法，對(duì)某面粉廠600t/d小麥加工生產(chǎn)線設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了3D轉(zhuǎn)化并在實(shí)際施工過程中應(yīng)用3D圖紙對(duì)施工指導(dǎo)。

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

在對(duì)原二維施工圖紙進(jìn)行3D轉(zhuǎn)化時(shí)發(fā)現(xiàn)原圖紙?jiān)诠に嚬艿繠1-B2、B1-DIV1、C1A/C1B/DIV.1-C3A、C3B/DIV.3-C5、C7-B5f、C3AC4-C5等幾處管道的預(yù)留洞口位置與實(shí)際情況存在沖突。在3D管道裝配的過程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)相應(yīng)管道的位置順序進(jìn)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(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)按照3D設(shè)計(jì)圖紙施工，該項(xiàng)目粉間高方篩到各接料口管道安裝共耗時(shí)217人工且無返工。查詢以往同等規(guī)模工程施工記錄此項(xiàng)工作內(nèi)容耗時(shí)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(yīng)用SolidWorks裝配圖零件材料表功能自動(dòng)計(jì)算出了實(shí)際應(yīng)用管道的長(zhǎng)度，減少了工人登高作業(yè)工作量，不僅降低了勞動(dòng)負(fù)荷，更提高了安全性。

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

3 結(jié)語

利用SolidWorks對(duì)面粉廠制粉工段溜管進(jìn)行3D轉(zhuǎn)化與工藝設(shè)計(jì)相結(jié)合，可以簡(jiǎn)明工藝設(shè)備、管道的空間位置關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙起到一定的輔助作用。材料表功能還能應(yīng)用到材料采購中，為材料統(tǒng)計(jì)提供更加準(zhǔn)確的依據(jù)，應(yīng)用到設(shè)計(jì)施工采購總承包模式的項(xiàng)目中可以有效的幫助控制施工成本。同時(shí)3D圖紙能為現(xiàn)場(chǎng)施工提供更為直觀的指導(dǎo)，結(jié)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(dòng)強(qiáng)度從而降低施工成本。

面粉廠粉間磨粉機(jī)電機(jī)布置圖、大型的配粉系統(tǒng)正壓輸送管道、風(fēng)網(wǎng)等一系列空間布置較為復(fù)雜的局部設(shè)計(jì)都可以采用SolidWorks進(jìn)行3D輔助設(shè)計(jì)以提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性以及對(duì)施工的指導(dǎo)性。

[1]彭建恩.制粉工藝與設(shè)備[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2005

[2]楊麗，楊勇生，李光耀.SolidWorks零件設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002

[3]田建珍，溫紀(jì)平.小麥加工工藝與設(shè)備[M].北京:科學(xué)出版社，2011

[4]朱永義，郭禎祥，田建珍，等.谷物加工工藝與設(shè)備[M].北京:科學(xué)出版社，2002

[5]DS SolidWorks公司.SolidWorks高級(jí)裝配教程（2012）[M].陳超祥，胡其登.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012

[6]賈奎連.糧食加工廠設(shè)計(jì)與安裝[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2006

TS 211.3

C

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。