基于SolidWorks的选煤厂车间三维设计

1 概述

    选煤厂设计工作是选煤厂建设的重要环节，设计是工程建设的灵魂，是煤炭基本建设计划基本实现的必经途径。我国选煤厂设计由开始时利用板尺进行手工绘图，逐步发展为使用AutoCAD软件进行计算机的辅助设计。计算机二维辅助设计的广泛应用不仅显著提升了选煤厂设计效率，更将设计人员从繁重的制图工作中解放出来，推动了设计改进和工艺革新。

    随着时代的发展，选煤厂设计行业竞争日益激烈，传统的二维计算机辅助设计在选煤厂管道设计以及复杂的碰撞问题上已经不能满足设计人员的需求。据统计77％的企业会在设计阶段因图纸的不清或混乱导致项目失败或投资损失，二维设计极大地限制了设计效率、增加了设计成本。近年来，随着计算机技术的发展，三维辅助设计所存在的计算机硬件瓶颈已经解决，计算机三维辅助设计迅速发展并在建筑和化工行业得到广泛应用，三维辅助设计所独有的“所见即所得” 概念，直接将设计者脑海中的模型形象逼真的反映在计算机屏幕上。并且利用三维辅助设计可以有效的避免设计出现碰撞问题，降低管道设计难度，提升工程图纸质量和出图速度，有效的提升了设计人员的设计效率，降低了设计和建设成本，帮助企业在激烈的竞争中取得一席之地。

    本文介绍了基于Solidworks的选煤厂车间三维设计的方法和步骤，为选煤厂三维设计提供了基本思路和方案。

2 选煤厂车间工艺布置三维设计的步骤

    利用SolidWorks软件进行选煤厂车间工艺布置三维设计可分为4个阶段，进行步骤如图1所示。

    图1 选煤厂车间工艺布置三维设计步骤

2．1 选煤设备三维图库构建

    选煤设备三维图库在实现选煤厂三维设计过程中起到至关重要的作用，一个合适、全面的三维设备图库，可以极大地提升设计人员的工作效率。

    在SolidWorks设计模式下利用设备的二维图纸和设备图片完成三维轮廓构建，在此基础上通过SolidWorks软件接口创建设备图库，实现图库与设计平台的无缝连接，如图2所示。

    图2 选煤厂设备三维图库界面

    三维设备图库构建完成后，设计人员通过简单的鼠标单击即可完成设备的查找，不需要进行图库与设计软件之间的切换和复杂的导人操作；利用鼠标拖拽设备即可实现设备的调用以及设备位置的固定。

2．2 选煤厂三维管道图库构建

    选煤厂内管道主要用于输送重介质、煤泥水、循环水、清水、高压风和药剂等介质，是各工艺相互衔接的桥梁和纽带、在整个工艺中起到重要作用。现阶段设计人员主要利用自身想象来绘制管道的二维三视图或轴测图，但由于选煤车间内管道数量繁多、管道之间穿插交错，这种方法不仅过程繁琐而且效率低下、错误较多。然而利用三维设计可以有效的降低管道设计的难度，减少设计过程中的碰撞问题，“所见即所得”三维表达方式也为后续工程建设提供了极大的便利，有效的降低了因图纸表达不清所造成的建设损失。许多三维设计软件中虽然带有相应的管道图库，但图库一般按照国外标准构建，不能直接使用。因此，必须建立一个符合我国国家标准的管道三维图库。

    管道三维零件图库主要包括不同直径的管道、法兰和闸门等组件，本文利用SolidWorks软件程序接口批量完成了管道零件的三维模型构建并按照国家标准对建立的零件进行了分类和命名。按照国家标准重新配置软件中的管道设计模块，完成管道零部件的重新定向。利用三维管道图库进行管道设计，设计人员只需要按照设计要求完成连接端口的法兰配置，即可通过管道模块中的自动布路功能完成管道的连接，并且可通过更该路径来更改管道的位置。管道三维图库在软件中调用界面如图3所示。

    图3 选煤厂管道三维图库界面

2．3 选煤厂车间工艺布置三维设计

    选煤厂车间是选煤厂的核心，车间工艺布置是否合理直接影响选煤厂能否长期稳定运行。选煤厂车间设计涉及选煤工艺、土建、自动控制等多个学科，并与选煤厂所处理煤炭的品质息息相关。本文根据宁鲁煤电有限责任公司任家庄选煤厂的车间工艺布置，用SolidWorks进行车间布置的三维设计。

    首先进行选煤厂建筑构件的三维模型构建，完成车间主体框架的构建；利用三维设备图库进行主体设备的调用和位置安放，并通过“配合”命令完成设备的精确定位，保证煤流的顺畅；通过软件的多屏显示与实时更新功能，完成设备问的溜槽设计，保证煤流通道的完整性；使用SolidWorks管道模块配合选煤厂三维管道零件图库对相关设备进行管道链接，进一步完善选煤厂系统的完整性。设计完成后的选煤厂三维模型如图4所示。

    图4 选煤厂车间设计图

2．4 选煤厂工程图生成

    工程图纸在选煤厂施工建设过程中拥有不可替代的作用，工程图纸中详细的参数标注可以有效的提升施工速率和工程准确性。但在传统工程图修改过程中，设计人员需要对设计进行图纸更改，不仅工作量大而且极易出现错误。目前利用三维模型直接生成工程图技术和研究已经成熟，三维建模软件均已支持三维视图与工程图的方程驱动和严格关联。利用SolidWorks软件进行选煤厂三维设计只需要对三维模型进行修改，相应工程图会自动完成修改，节省了大量时间。自动生成的B—C剖面图如图5所示。

    图5 选煤厂B—C剖面图

3 结论

    通过实践发现，选煤厂三维设计相对于传统二维设计主要有以下优点：

    1)选煤厂三维设计可以有效解决目前管道设计所面临碰撞及工程图问题，进行管道设计、设备碰撞检查及管道修改和工程图生成所需时间仅为传统设计所需时间的五分之一。

    2)选煤厂三维设计可以有效提升工程图的准确性和出图效率，三维软件中工程图与三维模型自动关联，可根据三维模型参数变化自动调整图形尺寸。

    3)选煤厂三维设计人员可以通过协同工作进行同时设计，协同解决问题，缩短设计周期，提升设计效率。

    4)选煤厂三维设计模型可方便用户直观的了解工艺设计和设备的布置情况，通过软件巡视整个厂房，迅速了解选煤厂建成后的具体状况。

    选煤厂三维设计是选煤厂设计行业一场即将到来的设计工具革命，将工艺、土建、水电等设计部门整合在一起，共同设计、协同解决问题。选煤厂j=维设计是选煤厂实现4D模拟和5D模拟的基础，通过4D及5D模拟，可以控制工程的建设周期，对整个工程建设实现精确化设计和控制，模拟整个工程的建设步骤。