三维CAD软件在管道设计中的应用

摘要：文章概述了在管道设计中应用推广三维CAD软件时应注意的问题。通过三维CAD软件在管道设计中的应用案例，分析了三维CAD软件的特点以及在管道设计中的优势。

关键词：三维CAD软件；管道设计；虚拟设计；工程图；参数化

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0051-02

在三维CAD/CAM软件面世之前，二维CAD软件广泛应用在产品的开发、制造、装配等过程中，二维CAD软件的出现使设计人员远离了趴图板的日子，它不但大大提高了二维工程图纸的可读性，而且提高了设计人员的设计效率。但是由于现代企业对产品的质量、成本以及开周期等提出了更加高的要求，设计人员对CAD系统的功能要求也越来越高；以及新加工手段(数控加工中心)的出现，使得二维CAD软件已无法满足现代企业及设计人员的要求。得益于计算机技术的飞速发展，使众多的三维CAD软件相继问世，三维CAD软件由于具有可视化好、形象直观、设计效率高以及能提供完整的设计、工艺、制造信息等优势，对比传统的二维CAD软件有了质的飞跃，因此受到越来越多企业及设计人员的青睐。

一、国内管道设计软件应用现状及展望

从目前我国管道设计的CAD软件应用情况来看，目前大多企业还是应用二维CAD软件，如：AutoDesk公司的AutoCAD、北航海尔的CAXA电子图板、开目公司的开目CAD、华软的inter-CAD等。只有个别大型企业开始应用三维CAD软件，如PTC公司的Pro/Engineer及Solidwork、UGS公司的UG及Solid Edge、PDMS、北航海尔的CAXA工程师等。从管道设计应用的特点及实际需求来看，今后国内管道设计的企业会逐渐的从二维CAD软件过渡到三维CAD软件中来。

二、应用推广三维CAD软件时应注意的问题

(一)在软件选用方面应注意的问题

不同的三维CAD软件在建模及应用时的思路及方法有很大的区别(不同的二维CAD软件在使用等各方面大致相同)，因此能否选用一个适合本企业实际需求的三维CAD软件是企业成功应用推广三维CAD软件的第一步。企业在选用三维CAD软件时，首先，应该明确到底需要解决哪些问题，最好能把需要解决的问题罗列出来，做为选择三维CAD软件的依据；其次，是对三维CAD软件的特点功能进行深入的了解，以满足以后的升级和再深入的应用，一般建议选几个不同的三维CAD软件进行对比，因为不同的三维CAD软件各有特色(如PTC公司的Pro/Engi-neer就有基础设计、模具设计、运动分析、管道设计等多个模块。企业可以根据需求自由的选择不同的模块组)，要从软件的实用性及扩展性等多个层面进行分析。

但现实往往是由于企业领导对三维CAD软件认识不足，片面地认为三维CAD软件都是高效的设计工具，对三维CAD软件都抱有很高的期望。认为只要在企业内部推广应用了三维CAD软件，就能提高企业的整体设计水平，解决企业的问题。因此企业领导在选用三维软件时，往往会根据软件提供商的推销和吹嘘，没有根据企业的现实条件，盲目选用三维CAD软件。出现了花费高额成本选用了功能齐全的高端产品(大部分功能企业根本用不上，造成了浪费)，或为了节省投资选用了功能很弱的低端产品(不能解决企业的问题，无法应用推广)。

(二)在人才方面应注意的问题

企业负责三维CAD软件推广的领导应该具备高瞻远瞩的眼光，注意培养一批敢于创新、精通业务、刻苦钻研的技术队伍，以保证三维CAD软件在企业内的应用推广。事实告诉我们：三维CAD软件应用推广成功与否的因素不取决于投资多少，而取决于企业领导层决策。

三维CAD软件的应用推广人员大多是企业的中青年技术骨干，且大多是复合性技术人才。企业在软件的应用推广前期，大多会通过奖励的方式来提高员工的积极性，因此这些中青年技术骨干能快速的溶人到三维CAD设计中。但随着三维CAD软件的不断深入应用，企业领导层大多会认为三维CAD软件已成功在企业内应用了，往往就忽视了对这些中青年技术骨干的重视。最终造成企业投入大量人力、财力购置了高端的产品、培养了尖端的人才，却无法留住这些人才，使三维CAD软件无法深入开发、推广。

三、应用实例

(一)三维CAD软件形象直观

如图1所示。三维CAD软件在设计过程中能清晰直观的关注到设计中的每一处细节，快速的解决了在二维CAD软件中难以发现的管路干涉、管路死角以及阀门等在空间位置上的干涉，提前解决了不合理或错误的设计。不但提高了设计效率有效地避免了设计失误，而且可以与客户确定工程安装效果锁定工程成本，也为外判工程时提供了比用文字说明工程要求更为直观的依据。

二维CAD软件在设计过程中不但难以解决上述所说的问题，而且由于管道设计工程图在平面图上看，管线是纵横交错，这不仅给设计人员带来读图的困难，更别说根据二维工程图纸指导工程安装，以致现在不少企业取消了管道系统的设计，直接用工艺图指导工程安装，这不仅使企业无法统计工程安装时间以及安装成本，而且造成了管道走向以及阀门等放置的随意性，最终导致了在工程后期大量的修改管道。特别是在食品加工行业，直接用工艺图指导安装是产生管道死角的祸根，而在食品加工行业死角的产生是不允许的。

(二)快速生成物料清单

在管道工程安装阶段，由于管道工程安装大部份都是在生产现场进行工程安装。如果在安装的过程中缺料可能会导致整个工程停工；剩余太多的物料也势必会增加工程成本，因此一份准确的工程物料清单是必不可少的。在传统二维CAD软件设计中物料清单的编制长期困扰着设计人员，因为二维CAD软件在完成管道工程图设计时，设计人员还要根据工程图纸上的零件进行工程物料清单编制(一个个的清算管件阀门等)，把设计人员大量的时间和精力耗费在这种毫无创新的工作当中。三维CAD软件使用的是单一数据库，因此设计人员在完成管道设计时。只需要调用预先做好的模版(可根据企业的需求自行设计)。三维CAD软件就会准确无误的自动生成工程物料清单(见表2所示)，有效地解决了企业以下几个问题：

1.为企业精确的核算工程成本提供了依据。

2.消除了缺料或剩料带来的成本上涨。

3.解放了设计人员的时间，使其把时间更多的投放到管道设计及管道改进等有创造性的工作当中。

(三)修改方便

在管道设计完成后，由于客户更改产能或设计人员事前考虑不周需要修改管径大小。在二维CAD软件里设计人员一般的做法是更改管径、阀门、管件等的注释，而不会去修改管径以及依附在这段管路上的阀门、管件等的实际大小，因为这样会耗费大量的时间和精力，并且不见效益，使用修改注释的方式无疑是为设计人员赢得了时间却为下一步的设计埋下了管道干涉的祸根。而在三维CAD软件里是参数化设计，使其修改设计变得极其简单，在三维CAD软件里只需更改管径大小的控制参数，依附在此管路上的管件、阀门等会根据管径的参数自动的更新，并且与之关联的物料清单也会自动更新，这是二维CAD软件无法实现的。

(四)对工程安装人员提出了更低的要求

二维CAD软件设计的图纸对工程安装人员的水平有一定的要求(最基本要求能看懂二维图)。现实往往是企业为了减低人工成本，雇用的安装人员无法看懂二维图纸，导致企业在工程安装现场需要配备多名技术员指导工程安装工作。而用三维CAD软件设计的管道系统只需打印几张不同视角的工程图纸，把其粘贴在现场的信息栏，就能解决人员配置低的问题。这样不但直接减小了现场技术员的数量减小人工成本，而且提高了安装效率。

四、结语

综上所述，三维CAD软件在管道设计及安装中的优势是显而易见的，随着三维CAD软件技术的不断发展以及企业对三维CAD软件的认识不断加深，三维CAD软件取代二维CAD软件是无法改变的事实。但这不是一蹴而就的，它需要在整个行业逐渐成熟、发展到了一定的水平，才会成为顺其自然的潮流。