三维设计在医药工程设计中的应用

1国内外三维工厂设计软件概况

目前，国外的三维工厂设计软件主要有：英国AVEVA的PDMS、美国INTERGRAPH的PDS、SmartPlant3D和CADWorx，以及英国的MPDS4和美国Autodesk的AutoCADPlant3D；国产的有中科辅龙的PDSOF、长沙优易软件的AutoPDMS。在这些三维软件中，PDMS和SmartPlant3D主要用于大型企业，其他则主要用于中小型企业。国外软件的主要缺点是缺少适合中国标准的等级库，而国内软件在这方面都做得比较好，但国内软件的易用性方面还有待改善。三维工厂设计软件基本上以三维配管为核心，主要包括以下核心模块（图1）：等级库创建、管道与仪表流程图（P&ID）绘制、参数化的三维设备建模、等级库驱动的三维配管、工程图（正交和轴测图）生成、报表输出、碰撞检查与漫游。此外，还包括多专业协同部分，如建筑、钢结构、电气、暖通（HVAC）、仪表等。从三维工厂软件的构成可以看出，三维工厂设计的主要流程如下：等级库和设备库构建→设备布置、配管→漫游与碰撞检查→出图和BOM表。

2三维工厂设计软件在医药行业中的应用概况

目前，三维工厂设计软件基本上是以化工系统为核心设计的，其在医药行业中的应用较少。国外有报道，CEL国际使用MPDS4进行医药工厂设计，该公司在一个15000m2的建筑设计中使用了该软件，在该项目中CEL公司配备了60人的团队，其中有12人同时使用MPDS4进行协同设计。国内某医药设计院在齐鲁安替（临沂）制药有限公司二期新头孢1合成车间工程中使用PDSOFT进行设计。张春虹等在中药提取车间设计中使用了三维配管软件，而其他设计院也正在尝试使用AutoCADPlant3D及CADWorx进行工厂设计。此外，很多设备厂商已开始引入三维设计理念，如上海森松制药设备工程有限公司尝试用PDMS设计CIP系统。

3三维工厂设计软件在医药行业中面临的问题和解决方案

由于国内外的三维工厂设计软件都是以石油、化工、电力等领域为中心设计的，因此，缺乏适用于医药工程设计的等级库。医药工程设计以GMP为核心，而目前所有的三维工厂设计软件都未涉足这一块。因此，医药工程设计行业在使用三维设计软件时会遇到更多的困难。笔者结合自己的经验，谈谈三维工厂设计在医药行业应用中所面临的一些问题及其解决方案。

3.1平台搭建

平台搭建包括软件选择和硬件配置2个方面。目前，所有的三维工厂设计软件功能都很接近，但费用和操作方式却相差甚远，并且其所需要的硬件也不一样，便宜的可能不到十万，贵的达到千万。不过软件一旦选定，硬件就很少更换了。由于三维设计软件的更换费用高，且人员培训和适应也需要时间，因此选择一款适合自己企业的软件就变得相当重要。选择软件所要考虑的因素很多，比较重要的有：（1）软件功能是否能满足企业近期和长远的设计需求。（2）使用是否简便，需考虑人员培训难易度和操作习惯等，使用难易度直接决定了三维设计的效率。（3）软件的可扩充性。软件都是有通用性的，没有任何一款软件能够满足企业的所有要求，二次开发和定制是必须的。因此，软件的可扩充性就变得非常重要。（4）多专业协同是未来软件发展的方向，因此三维软件要求多专业协同方便。（5）软件供应商是否能够提供良好的技术支持。需要注意的是，软件销售商在做推广时，大都会放大自己的优点，而有意隐瞒自己的缺陷。

任何一款产品都有其自身特点和缺点，并非越贵越好，只有适合自己企业需求才是最重要的。因此，企业最好能通过第三方的咨询机构了解三维软件情况。另外，软件供应商的技术支持队伍也比较有限，寻求专业的三维软件技术支持机构合作对于企业来说也非常重要。在硬件配置方面，通常软件商都会给出最低配置和推荐配置，但由于不同软件需求的硬件不一样，因此必须以相应的三维工厂设计软件为中心进行硬件配置。一般来说，三维工厂设计软件在显卡和内存的需求上要求较高。由于硬盘的读取速度较慢，对于较大的项目，硬盘就成了瓶颈。因此，最好能配置1个固态硬盘，这不仅能大幅提升开机和软件启动速度，还能提高软件的整体运行速度。

3.2人才培训

人才是三维软件设计的核心。目前，大多企业还比较缺乏三维设计人才，甚至高等学校也很少开设三维工厂设计的课程。而软件商的培训也只是针对单一软件使用的培训，并且现有的培训基本都是比较零碎的分块培训，缺少整体培训，导致三维软件的推广缓慢。

3.3元件库与等级库构建

在平台搭建和人才培训结束后，就可以创建元件库和等级库。等级库就是行业的管道、管件及阀门等的标准库。等级库是配管的核心，通常软件商只会提供通用的等级库，而企业级的等级库还需要自己创建。创建等级库是一个枯燥而繁琐的过程，但又是一个极其重要的环节。一个企业应该构建自己的企业级等级库，并安排专人负责等级库维护和管理工作。企业级等级库至少应该包括行业等级库和项目等级库。当开始一个新项目时，应该由等级库管理员创建项目级等级库，进而提供给项目组统一使用。

3.4二维数据与文档重用

企业都有大量的二维图纸和文档，完全放弃这些资源将是极大的浪费，因此如何重用这些图纸和文档是二维向三维过渡的一个关键环节。但是，目前很多向3D转型的企业都将3D和2D分割开，造成大量二维文档不能重用，这在三维软件使用中需要着重考虑。

3.5出图标准与文档生成

目前，所有三维工厂设计软件都能直接通过三维模型生成二维图纸，并产生材料表。但这些样式可能不符合企业需求，企业需要自行设计自己的样式。

3.6二次开发

由于任何一款软件都不能完全符合企业需求，因此二次开发就成为必然。不过，企业并不需要自己进行二次开发，这需要专业人员进行，自己开发不仅费力，而且效果差，很有可能会耽误项目进度。

3.7GMP要求

如何将GMP要求纳入三维设计软件中，是医药行业中非常重要的一个环节。三维设计软件不仅可以检查硬碰撞，还可以自己设定规则检查软碰撞。因此，可以考虑将部分GMP要求纳入软件碰撞规则。当然，最好是开发出医药工程专用的插件。

4结语

三维设计不仅直观，而且精度高，省时省力，能大大提高企业竞争力。设计从二维向三维迁移是必然的趋势，医药行业必须重视起来，成立三维项目组，统筹规划，及早迈入三维设计行列。

作者：朱秋享 李振辉 单位：福州大学生物科学与工程学院 中国医药集团重庆医药设计院