計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝中的作用

O 王莉君 周芳（山東宏達(dá)綠洲工程科技有限公司 山東泰安 271000）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝中的作用

O 王莉君 周芳
（山東宏達(dá)綠洲工程科技有限公司 山東泰安 271000）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝中發(fā)揮著重要作用，要把握好計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)化工工藝的價(jià)值，積極探索計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的深入應(yīng)用實(shí)踐，促進(jìn)化工工藝的進(jìn)步與革新。本文介紹了化工工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)必要性，從三個(gè)方面入手探討了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝中的作用與應(yīng)用實(shí)踐情況，希望能為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)作用的發(fā)揮提供支持。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；化工工藝中；作用

化工行業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)化工工藝要求不斷提高，面臨新時(shí)期的諸多挑戰(zhàn)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用有助于解決從設(shè)計(jì)到工藝流程、工藝應(yīng)用等環(huán)節(jié)的諸多問題，無(wú)論是輔助計(jì)算、模型設(shè)計(jì)還是工藝模擬、圖紙繪制等都離不開計(jì)算機(jī)的參與。目前化工工藝領(lǐng)域廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)服務(wù)化工工藝研究與應(yīng)用，這對(duì)于更好的提升工藝水平、優(yōu)化工藝流程、服務(wù)生產(chǎn)有重要價(jià)值。要準(zhǔn)確掌握化工工藝特點(diǎn)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用價(jià)值，做好現(xiàn)代化工工藝的研究與應(yīng)用實(shí)踐。下面對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝中的作用進(jìn)行簡(jiǎn)要探究。

一、化工工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)必要性

1.化工工藝設(shè)計(jì)

化工工藝領(lǐng)域設(shè)計(jì)是關(guān)鍵核心，它關(guān)系到工藝圖紙的繪制與應(yīng)用、工藝模型的建立、工藝流程的優(yōu)化與應(yīng)用以及化工工藝的創(chuàng)新，對(duì)整個(gè)化工工藝都起著極為重要的主導(dǎo)作用。化工工藝設(shè)計(jì)離不開計(jì)算，通過結(jié)合工藝要求進(jìn)行物料計(jì)算、能量計(jì)算、模型計(jì)算等，有助于準(zhǔn)確控制原料消耗、生產(chǎn)工藝流程及工藝模型與管道的設(shè)計(jì)計(jì)算等，對(duì)于化工工藝至關(guān)重要。

2.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用必要性

化工工藝設(shè)計(jì)本身的獨(dú)特性決定了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用的必要性與價(jià)值。化工工藝計(jì)算本身涉及計(jì)算量復(fù)雜且龐大，涉及到諸多專業(yè)計(jì)算知識(shí)如多變量、非線性等，這一特性決定了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用的必要性；化工工藝設(shè)計(jì)一直以追求最佳設(shè)計(jì)參數(shù)或者工藝參數(shù)為目標(biāo)，但由于工藝設(shè)計(jì)參數(shù)可查詢范圍較大、影響計(jì)算結(jié)果因素眾多，因此為提升工藝設(shè)計(jì)合理性與可靠性必須應(yīng)用到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；化工工藝設(shè)計(jì)的方案通常需要經(jīng)常反復(fù)比較、驗(yàn)證、優(yōu)化，傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)無(wú)法滿足要求的情況，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用勢(shì)在必行，有助于提升設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率，降低工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化成本，這也決定了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝領(lǐng)域應(yīng)用的價(jià)值與前景。

比如化工設(shè)計(jì)制圖軟件的應(yīng)用可有效促進(jìn)化工工藝的數(shù)字化管理與信息化管理，采用專門用于制作工程設(shè)計(jì)、工藝物料流程圖、管道和儀表圖的化工設(shè)計(jì)制圖軟件PIDCAD，PIDCAD基于AutoCAD平臺(tái)，融合多種繪圖標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)者繪圖習(xí)慣開發(fā)而成，制圖操作易上手且繪圖效率高。作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域較常使用的典型軟件，PIDCAD軟件集成了多種化工標(biāo)準(zhǔn)圖例，可快速繪制各種化工設(shè)備圖紙，并賦予設(shè)備屬性，在提高繪圖效率的同時(shí)，也為企業(yè)工藝流程圖紙的數(shù)字化管理打下基礎(chǔ)。

圖一 化工工藝CAD的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

二、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝中的作用與應(yīng)用實(shí)踐

1.化工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在化工工藝領(lǐng)域的最典型應(yīng)用就是數(shù)據(jù)庫(kù)，化工工藝涵蓋諸多數(shù)據(jù)參數(shù)或者化合物物性數(shù)據(jù)( 如分子量、凝固點(diǎn)等) ，這些原始數(shù)據(jù)是后期進(jìn)行工藝生產(chǎn)與改進(jìn)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，在化工領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。現(xiàn)代化工企業(yè)生產(chǎn)中利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)建立各類數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)成為主流，為化工領(lǐng)域生產(chǎn)、技術(shù)革新提供強(qiáng)有力支持，比如THEi建立天然染料數(shù)據(jù)庫(kù)、重慶化工行業(yè)建立專利數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、煤化工建立煤化工水樣數(shù)據(jù)庫(kù)、化工流程制造業(yè)信息系統(tǒng)整體集成數(shù)據(jù)庫(kù)等，這些數(shù)據(jù)庫(kù)的建立成為了生產(chǎn)至關(guān)重要的基礎(chǔ)。

天然染料數(shù)據(jù)庫(kù)的建立為環(huán)保染料的設(shè)計(jì)提供了有力支持，方便業(yè)界進(jìn)行專業(yè)數(shù)據(jù)查詢并推廣環(huán)保染料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。化工專利數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)可節(jié)約研發(fā)時(shí)間和科研經(jīng)費(fèi)，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋化工產(chǎn)業(yè)最新專利技術(shù)成果，以信息量大和專業(yè)化為特點(diǎn)，對(duì)石油化工、天然氣化工、精細(xì)化工、化工新材料產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)子產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和工藝提供數(shù)據(jù)支持。煤化工水樣數(shù)據(jù)庫(kù)的建立有助于開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、適用的污水處理技術(shù)與工藝，有利于形成設(shè)計(jì)規(guī)范和數(shù)據(jù)參考，有利于煤化工企業(yè)對(duì)全廠水系統(tǒng)進(jìn)行集成分析、找出制約瓶頸、制定優(yōu)化方案并實(shí)施，尤其是隨著煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣等大型煤化工項(xiàng)目的投產(chǎn)，專業(yè)水樣數(shù)據(jù)庫(kù)的建立可促進(jìn)適用技術(shù)的開發(fā)，科學(xué)推進(jìn)煤化工節(jié)水減排，對(duì)煤化工行業(yè)節(jié)能降耗環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有戰(zhàn)略意義。

2.化工工藝三維數(shù)字化

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可助力化工工藝實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化，通過優(yōu)化三維模型設(shè)計(jì)取得令人滿意的協(xié)同設(shè)計(jì)效果。比如應(yīng)用Factory Design Suite設(shè)計(jì)軟件可有效地設(shè)計(jì)制造工藝布局，針對(duì)設(shè)備放置評(píng)估假設(shè)工廠布局方案，可依靠AutoCAD技能進(jìn)行構(gòu)建，使用自動(dòng)化工作流加速設(shè)計(jì)，同步生成二維和三維布局，利用標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)加快設(shè)并直接在AutoCAD中分析材質(zhì)流，優(yōu)化機(jī)械利用率和能耗，發(fā)布具有多個(gè)變量的資源，優(yōu)化布局以精益生產(chǎn)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在化工工藝領(lǐng)域中的應(yīng)用方式不斷改變，與之配套的技術(shù)也在日漸完善，三維數(shù)字工廠設(shè)計(jì)軟件作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的重要成果之一，在石油化工工藝領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速擴(kuò)展。比如油田生產(chǎn)企業(yè)中超音速分離器最優(yōu)配套工藝這一工藝流程的三維建模，利用Factory Design Suite設(shè)計(jì)軟件可實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)模型圖，對(duì)超音速分離器最優(yōu)配套工藝流程進(jìn)行建模，建立以超音速分離器為模型的超音速分離器最優(yōu)配套工藝的三維模型。該三維模型能讓設(shè)計(jì)者直觀地對(duì)超音速分離器可能影響凝液產(chǎn)量的因素進(jìn)行討論和調(diào)節(jié)，并在模型建立階段形成的工程數(shù)據(jù)框架基礎(chǔ)上，方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與集成。工藝三維模型的成功建立結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可有效應(yīng)用，方便創(chuàng)新建立包括工藝管道、設(shè)備、工藝流程等三維參數(shù)化工廠設(shè)計(jì)模型。三維模型與動(dòng)畫可與原有二維圖形相互關(guān)聯(lián)，三維模型能轉(zhuǎn)化為二維工程圖，對(duì)二維工程圖的修改也能在三維模型中體現(xiàn)，為建立數(shù)字化工廠、搭建完整的數(shù)據(jù)平臺(tái)積累經(jīng)驗(yàn)。除此之外，石油化工領(lǐng)域還自主設(shè)計(jì)了包括乙二醇再生系統(tǒng)等在內(nèi)的多個(gè)三維模型，應(yīng)用于流程培訓(xùn)和施工指導(dǎo)等方面，為石油化工工藝的進(jìn)步、優(yōu)化與應(yīng)用提供支持。

3.化工工藝流程設(shè)計(jì)

為滿足化工工藝設(shè)計(jì)和化工市場(chǎng)快速增長(zhǎng)需求，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)必須著力與化工工藝流程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，借助技術(shù)優(yōu)化服務(wù)化工領(lǐng)域生產(chǎn)與工藝革新。比如工藝流程圖設(shè)計(jì)軟件AutoCAD P&ID，它是一款基于AutoCAD平臺(tái)用于創(chuàng)建、修改、管理管道和工藝流程圖的設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品，其建立在AutoCAD平臺(tái)上，兼具其直觀的界面以及工藝流程標(biāo)準(zhǔn)功能，能夠極大地提升項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的生產(chǎn)效率，保證信息共享的協(xié)調(diào)性和準(zhǔn)確性，通過協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)中管道、儀表、設(shè)備、建筑和基礎(chǔ)設(shè)施等各個(gè)環(huán)節(jié)，化工領(lǐng)域各個(gè)行業(yè)可在實(shí)際動(dòng)工之前體驗(yàn)生產(chǎn)流程和設(shè)施的全部細(xì)節(jié)，從而優(yōu)化工藝流程。

AutoCAD P&ID在化工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在全球工廠及工藝流程圖設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，比如美國(guó)基伊埃工藝技術(shù)公司借助該軟件改善流程工廠的外觀、規(guī)模和運(yùn)營(yíng)效率；北歐高純度化工精煉和加工領(lǐng)域一直處于全球領(lǐng)先地位的索恩本公司團(tuán)隊(duì)僅僅通過一天的短期培訓(xùn)，就將創(chuàng)建工藝流程設(shè)計(jì)圖的時(shí)間縮短了25%。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝流程的應(yīng)用可為使用者提供優(yōu)秀的技術(shù)服務(wù)和精深專業(yè)技術(shù)，為化工工藝流程設(shè)計(jì)中提高整體生產(chǎn)力、集中分享項(xiàng)目信息和數(shù)據(jù)、加快項(xiàng)目周期等提供有力支持，除此之外AutoCAD Electrical、Autodesk Navisworks Manage等軟件的應(yīng)用也為進(jìn)一步優(yōu)化化工工藝流程提供了強(qiáng)有力支持。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在化工工藝設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，在減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)、提升設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量的基礎(chǔ)上為完善、優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力支持，有助于進(jìn)一步促進(jìn)化工工藝領(lǐng)域的工藝進(jìn)步與創(chuàng)新，最大限度的發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的作用與價(jià)值，為現(xiàn)代化工工藝進(jìn)步革新服務(wù)。

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The Function of Computer Aided Design in Chemical Process

Wang Lijun Zhou fang
（Shandong Hongda Oasis Engineering Technology co., LTD,Shandong Taian, 271000）

Computer aided design plays an important role in chemical process, we should grasp the value of computer aided design chemical process, explore the further application of computer aided design practice, pr omote the progress and innovation of chemical process.This paper introduces the necessity of chemical process design and computer aided design from three aspects to discuss the role and application practice of computer aided design in chemical process in order to provide support for the function exertive of computer aided design.

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TQ

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