化工工藝中計算機輔助設(shè)計的影響作用及應(yīng)用分析

解艷

摘要：在化工工藝設(shè)計和生產(chǎn)過程中導(dǎo)入計算機技術(shù)輔助設(shè)計技術(shù)，在我國的化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中已經(jīng)有30多年的歷史，從開始階段的構(gòu)思、簡單應(yīng)用，截止目前為止，已經(jīng)形成多語言、多形式，能夠貫穿于化工工藝設(shè)計、生產(chǎn)和監(jiān)測等全流程的作用體系。在化工行業(yè)未來的發(fā)展過程中，計算機技術(shù)在化工工藝中的輔助作用將會更加明顯，更加重要。

關(guān)鍵詞：計算機輔助設(shè)計;化工工藝;技術(shù)

中圖分類號：TQl5.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0133-03

隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和各行業(yè)設(shè)計研發(fā)水平的不斷提高，計算機輔助設(shè)計功能也在不斷完善。在化工工藝中強化計算機輔助設(shè)計作用的發(fā)揮，對于推動我國化工行業(yè)朝著高、精方向發(fā)展，具有重要的意義。但是由于各方面外界因素的影響，我國化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中，計算機輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用范圍還存在較大的限制，由此決定了我國化工行業(yè)的整體生產(chǎn)水平與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大的差距，在產(chǎn)品質(zhì)量上還有較大的提升空間。

1計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的類型及其作用

1.1信息檢索型CAD系統(tǒng)

信息檢索型CAD系統(tǒng)是在傳統(tǒng)CAD技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化的要求而延伸出來的技術(shù)，其工作原理是將產(chǎn)品生產(chǎn)流程已經(jīng)完善的標(biāo)準(zhǔn)化圖紙轉(zhuǎn)變成為計算機能夠識別并讀取的圖形信息。在進(jìn)行設(shè)計時，能夠根據(jù)客戶的需要將對應(yīng)的生產(chǎn)指標(biāo)要求輸入到程序中，在CAD系統(tǒng)完成運算過程之后，能夠自動檢索出對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方案，或者發(fā)出準(zhǔn)確的生產(chǎn)指令。

1.2人機交互型CAD系統(tǒng)

人機交互型CAD系統(tǒng)的工作原理是先有設(shè)計人員根據(jù)目標(biāo)要求完成初步的模型設(shè)定，在計算機網(wǎng)絡(luò)作用的支持下，對其中的資料內(nèi)容進(jìn)行檢索，在檢索內(nèi)容的支持下完成數(shù)據(jù)和公式的后臺計算過程，進(jìn)而繪制出草圖和標(biāo)準(zhǔn)圖。設(shè)計人員根據(jù)實際應(yīng)用的需要，通過多種輸入方式完成對圖形的實時修改，CAD系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計者的要求再次進(jìn)行檢索和設(shè)計工作，如此循環(huán)往復(fù)作用下，逐漸達(dá)到設(shè)計者的目標(biāo)。

1.3智能型CAD系統(tǒng)

隨著CAD運行系統(tǒng)的不斷完善，智能型CAD系統(tǒng)在設(shè)計工作中的功能已經(jīng)得到完美體現(xiàn)并且其應(yīng)用范圍不斷擴大。智能型CAD系統(tǒng)的應(yīng)用方式是將原有的CAD系統(tǒng)與能夠智能工作的專家系統(tǒng)深度結(jié)合在一起，兩者將自己能夠發(fā)揮的功能完美的結(jié)合在一起。能夠用數(shù)學(xué)模型來描述的問題通常是由CAD輔助設(shè)計來實現(xiàn)的，而對設(shè)定過程的思路分析、技術(shù)決策和結(jié)果評價等方面的功能，則由專家系統(tǒng)解決，從而確保最終的設(shè)計方案更加科學(xué)、合理。

2化工工藝中計算機輔助設(shè)計的影響

世界各國和相關(guān)企業(yè)在計算機輔助設(shè)計軟件上的研發(fā)水平不斷提高，將其子系統(tǒng)不斷細(xì)化，對工業(yè)生產(chǎn)的推動作用也越來越明顯。由于化工工藝的設(shè)計和生產(chǎn)過程涉及的內(nèi)容比較廣泛，其所應(yīng)用的CAD系統(tǒng)平臺也有所不同。隨著計算機輔助技術(shù)自身發(fā)展水平的不斷提高，其對化工工藝設(shè)計等方面的影響也更加明顯。

2.1能夠提升化工工藝的設(shè)計效率

在化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中，化工工藝的流程主要包括三個步驟：原料處理、化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品精制。這三個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中又有著各自特殊的要求，并且可以細(xì)分為不同的處理方法和處理條件要求。在化工工藝的設(shè)計中涉及到影響因素比較復(fù)雜，并且這些因素之間還具有相關(guān)性的影響。依托傳統(tǒng)的人工設(shè)計模式和簡單的CAD應(yīng)用技術(shù)，不僅需要設(shè)計人員能夠精密的考慮各個環(huán)節(jié)之間的相互關(guān)系，在出現(xiàn)不符合生產(chǎn)要求的情形下，還要對設(shè)計方案進(jìn)行重新修改，甚至將整體設(shè)計方案推動重建。這種工作模式極大的降低了化工生產(chǎn)的效率，無法達(dá)到現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的要求。在適合生產(chǎn)需要的CAD系統(tǒng)的支持下，能夠?qū)鹘y(tǒng)設(shè)計方式中的諸多環(huán)節(jié)交由CAD系統(tǒng)進(jìn)行后臺運行處理，因此極大的提升了化工工藝的設(shè)計效率。

2.2能夠提升化工工藝的設(shè)計精度

采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行化工工藝的設(shè)計，不僅會造成設(shè)計流程減慢，還會在設(shè)計工作過程中不可避免的出現(xiàn)技術(shù)性錯誤或者無意識的錯誤，在設(shè)計人員自身水平的限制下，無法及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)這些錯誤環(huán)節(jié)的存在，從而給實際生產(chǎn)工作帶來較大的安全隱患。而在人機交互CAD系統(tǒng)和智能型CAD系統(tǒng)的作用下，能夠依托網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺和專家系統(tǒng)對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行不斷優(yōu)化，對于其中不符合化工反應(yīng)原理和化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)要求的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，將各種不同的設(shè)計方案進(jìn)行綜合評判，從而選擇出最為符合企業(yè)發(fā)展實際需要的方案，以此提升化工工藝的設(shè)計精度。

2.3降低化工工藝的設(shè)計成本

傳統(tǒng)化工工藝的設(shè)計需要依托高水平設(shè)計師的帶領(lǐng)下進(jìn)行團隊型操作，在每個工作完成自身的設(shè)計任務(wù)之后，再將所有的環(huán)節(jié)綜合在一起，從而完成設(shè)計目標(biāo)。基于這種工作方式進(jìn)行化工工藝設(shè)計，不僅容易造成設(shè)計環(huán)節(jié)溝通不暢，提高信息交流的成本，而且設(shè)計方案的重復(fù)應(yīng)用率比較低，在進(jìn)行資料查找時存在諸多方面的不便。利用計算機輔助技術(shù)，能夠?qū)⒃O(shè)計環(huán)節(jié)和設(shè)計內(nèi)容依托內(nèi)部計算機網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實施，對于已經(jīng)完成的設(shè)計環(huán)節(jié)，可以逐步傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺上，讓所有需要的成員能夠隨時下載應(yīng)用。在進(jìn)行資料查找時，可以利用系統(tǒng)自帶的信息檢索系統(tǒng)及時查找到相關(guān)的資料，并對各種方案進(jìn)行分析對比。因此采用計算機輔助技術(shù)，能夠在提高資源利用效率的基礎(chǔ)上改變傳統(tǒng)的工作模式，從而降低整體設(shè)計成本。

3計算機輔助技術(shù)在化工工藝中的應(yīng)用分析

3.1計算機在化工工藝中的應(yīng)用歷史

計算機應(yīng)用于化工工藝過程中，從20世紀(jì)50年代開始，迄今已經(jīng)經(jīng)過數(shù)代的技術(shù)更新，每一代技術(shù)更新都使化工工藝的水平有著質(zhì)的提升，其具體發(fā)展過程如表1所示。

在現(xiàn)代化工工藝的設(shè)計工作中，虛擬工廠設(shè)計方法已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)方式，不僅解決了傳統(tǒng)化工工藝設(shè)計過程中存在的諸多問題，而且為達(dá)到化工生產(chǎn)的環(huán)保要求提高了重要保障。在現(xiàn)代化工工藝中，對計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用分析，可以從多個方面人手。

3.2計算柳輔助過程設(shè)計

計算機輔助過程設(shè)計含義為Computer Aided Pro-cess Design（CAPD），是CAD技術(shù)應(yīng)用于化工工藝中的基礎(chǔ)方面。計算機輔助過程設(shè)計應(yīng)用的范圍比較廣泛，可以通過ASPEN Plus、HISYS.Concept、ChemCAD等不同類型的設(shè)計軟件，在達(dá)到生產(chǎn)要求的情況下，設(shè)計科學(xué)的工藝流程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對不同原料的化學(xué)和物理性質(zhì)進(jìn)行計算，對化學(xué)反應(yīng)的流程進(jìn)行能量分析。從而在整體運行狀態(tài)進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上確定相關(guān)設(shè)備的工藝參數(shù)，對操作過程進(jìn)行彈性分析，最終達(dá)到整個運行過程的不斷優(yōu)化?；ば袠I(yè)的生產(chǎn)大多具有高危性的特征，很多生產(chǎn)過程是無法通過實驗室試驗操作進(jìn)行測定，但是在計算機輔助設(shè)計的作用下，能夠完美的將這些生產(chǎn)過程模擬出來，在進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，更好的完成生產(chǎn)目標(biāo)。

3.3計算機輔助過程控制設(shè)計

計算機輔助過程控制設(shè)計含義為Computer Aid-cd Process Control Design（CAPCD），其應(yīng)用軟件包括Dynamics&Moduler、HISYS.RTO+、DYNSIM、Uni-Sim等，其主要內(nèi)容包括2個方面：①在對控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案進(jìn)行設(shè)計之后利用軟件自帶功能進(jìn)行實際流程模擬，這也是其所應(yīng)發(fā)揮的基本作用。②對儀表和自動控制項目進(jìn)行施工設(shè)計，包括在所有的測控點上完成儀表選型、儀表回路圖繪制、安裝圖繪制等，還要根據(jù)設(shè)計要求對材料進(jìn)行統(tǒng)計。在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，過程控制是內(nèi)部控制的重要組成部分，是實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營目標(biāo)的重要手段。

3.4計算機輔助過程設(shè)備設(shè)計

計算機輔助過程設(shè)計的含義是Computer AidedProcess Equipment Design（CAPPD），這方面的設(shè)計工作的開展是與其他幾種設(shè)計作用的發(fā)揮結(jié)合在一起的，沒有自己單獨的設(shè)計軟件。但是計算機輔助過程設(shè)備設(shè)計的重要性是不言而喻的，在化工行業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備是保障化工生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行的基本條件，也是確保化工生產(chǎn)安全的重要條件。在進(jìn)行設(shè)備設(shè)計時需要2個方面的問題：①在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選型設(shè)計時需要根據(jù)過程設(shè)計提出的設(shè)備工藝條件參數(shù)對設(shè)備的結(jié)構(gòu)和規(guī)格進(jìn)行合理選擇，同時還要明確對應(yīng)的安裝方式。②在進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計的機械設(shè)計時，需要全面考慮機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能設(shè)計、加工工藝設(shè)計和安裝方式設(shè)計，從而確保設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。

3.5計算機輔助工廠設(shè)備設(shè)計

計算機輔助工廠設(shè)計的含義是Computer AidedProcess Plant Design（CAPPD），其常用的應(yīng)用軟件包括Smart Plant 3D、PDMS、CADWorx和Autoplant等，這些軟件運行的基礎(chǔ)有所不同，功能和作用也存在較大的差異。計算機輔助工廠設(shè)計是未來化工行業(yè)發(fā)展中計算機輔助設(shè)計應(yīng)用的主要方式，其作用主要體現(xiàn)在4個方面：設(shè)備在三維空間的合理布局設(shè)計、管道和管件等配管設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)支架和設(shè)備運行平臺設(shè)計、工廠的可視化模型設(shè)計。

4結(jié)語

隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，計算機輔助設(shè)計在化工工藝中的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，在推動化工行業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、確立安全保障等方面起到了重要的作用。但是就目前我國化工行業(yè)發(fā)展的實際狀況而言，對于計算機輔助設(shè)計的重視程度還存在嚴(yán)重不足，無法充分發(fā)揮其自身的應(yīng)用優(yōu)勢，在未來的發(fā)展過程中，還需要生產(chǎn)企業(yè)等各個方面不斷加大在這方面的投入力度，從而促進(jìn)我國化工行業(yè)整體水平的提高。