數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造在壓力容器中的應(yīng)用狀況分析

孔慶芳

摘要：伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，壓力容器的應(yīng)用也得到了快速的發(fā)展，在壓力容器的設(shè)計(jì)與制造中，數(shù)字化技術(shù)已成為當(dāng)前技術(shù)的核心。本文將對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵以及壓力容器制造行業(yè)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并就數(shù)字化在壓力容器中應(yīng)用的具體實(shí)施方案進(jìn)行闡述，為我國(guó)壓力容器行業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造；壓力容器；發(fā)展及應(yīng)用

引言

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，現(xiàn)代化制造技術(shù)也在發(fā)生重大變革，其中典型的有壓力容器設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用。壓力容器的質(zhì)量影響著使用者的安全，在設(shè)計(jì)與制造中稍一疏忽將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不能正常安裝，甚至造成整個(gè)設(shè)備報(bào)廢，嚴(yán)重者還將導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

1.概論

壓力容器是我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的重要組成部分，主要用于高溫、高壓、易燃易爆等物質(zhì)的盛裝，壓力容器質(zhì)量的好壞關(guān)系著使用單位的安全性，為保證壓力容器的質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制制造的各個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)前我國(guó)許多企業(yè)依然還在使用傳統(tǒng)的制造工藝，主要以手工機(jī)床為主導(dǎo)，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用將現(xiàn)代工業(yè)帶入了一個(gè)新的局面。其主要技術(shù)有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD/CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，包含了產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備等。數(shù)字化制造主要是實(shí)現(xiàn)CAM與CAD等技術(shù)的應(yīng)用，并在制造過(guò)程中解決相關(guān)性問(wèn)題。同時(shí)將制造過(guò)程用數(shù)字化反映出來(lái)，并對(duì)制造質(zhì)量、定量等信息進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

此外，在數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造中，會(huì)根據(jù)不同需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，例如，在測(cè)繪行業(yè)中，數(shù)字化技術(shù)將會(huì)以測(cè)繪生產(chǎn)的形式存在，通過(guò)對(duì)數(shù)字化生產(chǎn)及技術(shù)進(jìn)行管理，從而使其向信息化轉(zhuǎn)變。在汽車模具制造行業(yè)，數(shù)字化將會(huì)以模具制造為主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)汽車模具的設(shè)計(jì)及制造。

2.壓力容器制造業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展

當(dāng)前，國(guó)外的壓力容器主要執(zhí)行壓力容器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一體化，但隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的快速發(fā)展，壓力容器標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化將更加明顯。壓力容器在設(shè)計(jì)及制造中，會(huì)受到多重因素的影響，尤其是整個(gè)制造系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的管理及控制方案，將會(huì)直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。在設(shè)計(jì)方面，采用AutoCAD、ANSYS、SW6以及PVCAD等設(shè)計(jì)軟件降低了設(shè)計(jì)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)計(jì)效率，同國(guó)外數(shù)控技術(shù)管理部門相比較，我國(guó)壓力容器在零部件的制作、焊接等自動(dòng)化工序上、以及產(chǎn)品的精度和生產(chǎn)質(zhì)量等方面還有著不小的差距。在設(shè)計(jì)理論研究方面，專家系統(tǒng)以及CAPP系統(tǒng)均已達(dá)到成熟階段，但受到我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)水平和企業(yè)經(jīng)營(yíng)規(guī)模的限制，對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)和制造有著很大的束縛。

此外，我國(guó)壓力容器在制造生產(chǎn)中也存在很多問(wèn)題，其中主要表現(xiàn)在：①生產(chǎn)工藝的重復(fù)性以及多余的工藝，影響了產(chǎn)品生產(chǎn)周期和產(chǎn)品質(zhì)量。②生產(chǎn)時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，導(dǎo)致產(chǎn)品存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患等；③不同工藝在生產(chǎn)中脫節(jié)，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重者將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。

3.數(shù)字化在壓力容器設(shè)計(jì)中的具體實(shí)施

壓力容器在設(shè)計(jì)中，受到的影響因素有很多，例如，受到壓力容器的強(qiáng)度，荷載的測(cè)試水平、幾何尺寸等，其隨機(jī)變量比較多，在設(shè)計(jì)時(shí)，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)可以有效地提高相關(guān)變量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使其結(jié)構(gòu)更加接近實(shí)際情況。

壓力容器在近年來(lái)的發(fā)展中，向著精密化、智能化、柔軟化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化等方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)發(fā)展中，壓力容器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從手工繪圖到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與建模的過(guò)渡，當(dāng)前常用AutoCAD、Pro/E、Solidworks等繪圖軟件進(jìn)行圖形繪制及建模，在保證圖形質(zhì)量的同時(shí)，大大提高了生產(chǎn)效率。

數(shù)字化在壓力容器的應(yīng)用中需要解決以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①建立統(tǒng)一的產(chǎn)品模型，向標(biāo)準(zhǔn)化方向?qū)嵤ＷC產(chǎn)品在維修階段的有效性和統(tǒng)一性。②建立數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。使其達(dá)到有效的信息交換，保證各個(gè)階段的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。③數(shù)據(jù)集成。使其完成管理系統(tǒng)、組織系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)管理和共享。④過(guò)程集成。完成現(xiàn)代化工藝流程化，使其整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一化和簡(jiǎn)單化，在生產(chǎn)的過(guò)程中完成自動(dòng)化管理和生產(chǎn)。

4.數(shù)字化在壓力容器制造中的具體措施

數(shù)字化制造在壓力容器中的應(yīng)用，①?gòu)膲毫θ萜鳟a(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)角度應(yīng)用，則利用計(jì)算技術(shù)輔助設(shè)計(jì)CAD/CAM等軟件平臺(tái)，如配套應(yīng)用建模分析方法有AutoCAD、Solidworks、Pro/E等制圖軟件平臺(tái)，能夠有效保障設(shè)計(jì)效率提升，使之與生產(chǎn)加工達(dá)到緊密銜接。②從產(chǎn)品加工工藝應(yīng)用，CAPP是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD/CAM到產(chǎn)品制造系統(tǒng)的橋梁，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，以系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化方法，確定零件或產(chǎn)品從毛坯到成品的制造工藝流程方法與技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝相比，CAPP能夠提高工藝文件質(zhì)量與工作效率，減少工藝編制工作對(duì)工藝人員技術(shù)的依賴，縮短工藝準(zhǔn)備工作，建立工藝知識(shí)庫(kù)。③從壓力容器生產(chǎn)制造過(guò)程中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，首先建立可靠的PDM平臺(tái)，然后配套應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段、數(shù)控加工設(shè)備、焊接機(jī)器人等先進(jìn)的生產(chǎn)裝備流水線作業(yè)。我國(guó)當(dāng)前的機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)較為成熟，可以根據(jù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和管理技術(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)。

此外，在壓力容器產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模階段，也應(yīng)當(dāng)建立一種可以展現(xiàn)產(chǎn)品全壽命周期數(shù)據(jù)的產(chǎn)品模型。此時(shí)，則需要考慮產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)集成、功能集成等，以做好軟件平臺(tái)應(yīng)用的接口自動(dòng)化，強(qiáng)化客戶端與服務(wù)器間的信息資源控制等，從而才能搭建有力的網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，指導(dǎo)于壓力容器產(chǎn)品的實(shí)踐加工。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)數(shù)字化技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用將更加成熟，并逐漸向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、一體化等標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。同時(shí)，隨著國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)一體化的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的建立，壓力容器中相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)更加全面，更加快捷。本文對(duì)數(shù)字化在壓力容器的設(shè)計(jì)與制造中存在的問(wèn)題討論的不夠具體，以及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用討論的不夠全面，此點(diǎn)將是筆者今后的重點(diǎn)研究方向。

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