玻璃鋼管道與容器設計技術的最新進展

摘 要：在所有玻璃鋼產品中，隨著設計技術的不斷進步，發展最為迅速的當屬玻璃鋼管道與容器。本文著眼于國際、國內兩大市場，深入分析了玻璃鋼管道與容器在設計技術和軟件開發方面的現狀，分析了我國玻璃鋼管道與容器在設計技術方面存在的問題與不足，通過對比找出了國內外存在的較大技術差距，最后針對性地提出了提高玻璃鋼管道與容器設計技術水平的有效對策，旨在為切實推動我國玻璃鋼管道與容器設計技術水平，縮小國內外設計技術差距提供有益參考。

關鍵詞：玻璃鋼管道與容器；設計技術；差距；發展進展；對策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.194

0 引言

自1958年玻璃鋼工業興起至今，已有五十多年的歷史，最初的玻璃鋼管道與容器大多是服務軍工的。由于我國玻璃鋼管道與容器起步較晚，因此在最初的設計技術時也主要是參考借鑒國外的設計原理和技術標準。20世紀八十年代末，通過引進意大利進口的設備和技術，冀縣中意玻璃鋼廠嘗試著建立玻璃鋼生產線，開始生產民用纏繞類的管道與容器，成為我國第一個專業的生產玻璃鋼管道與容器的生產廠。但由于20世紀80年代正值改革開放之初，我國生產玻璃鋼管道與容器所需的樹脂、纖維等原材料比較匱乏，品類較少，因此無法滿足生產玻璃鋼管道與容器的需求。

1 我國生產玻璃鋼管道與容器設計發展歷程

最初引進意大利的設備時引進的蓮花設計程序進行鋪層計算工具的編寫，采用的計算理論也源自國外的技術資料和數據。隨著我國玻璃鋼管道與容器領域技術人員研究的不斷深入，在20世紀90年代，學術界李卓球教授與中意玻璃廠負責人岳紅軍共同編寫并出版了《玻璃鋼管道與容器》，它的出版成為我國該領域設計理論進一步成熟的重要標志。由于80年代末90年代初我國在該領域的設計技術主要采用手工繪圖配合計算器，因而將該階段玻璃鋼管道與容器設計稱作圖板設計時代。

到了20世紀90年代，隨著計算機技術的飛速發展和我國對玻璃鋼管道與容器設計理論研究的逐漸深入，我國在吸收借鑒國外標準的基礎上制定了相應的行業標準：如玻璃鋼化工設備設計規定（HG/T20696-1999）等標準均在這一階段制定。隨著市場經濟的發展，生產玻璃鋼管道與容器所必需的原材料日益充足，我國利用CAD繪圖技術，結合國內實際于1997年建成了第一個1.5萬噸級的玻璃纖維拉絲池窖。這一階段被稱作初級CAD時代。

隨著研究的深入和技術的發展，21世紀以來，各種原材料富足，生產設備更加先進，技術也日益成熟，我國已經具備出口生產玻璃鋼管道與容器的能力。截止2007年底，我國已經擁有56座池窖拉絲，年生產能力高達162萬噸，且出現了ERC等高端新產品，具備了出口玻璃鋼管道與容器的實力。同時，制訂了符合新時期要求的國家標準，如：玻璃纖維增強塑料夾砂管（GB/T21238-2007）等一批標準問世。在技術日漸成熟的同時，我國熱固性玻璃鋼的產量也在逐年上漲，從1987年的3.2萬噸增長到2008年的170萬噸，目前我國玻璃鋼的產量位居世界第二。除了熱固性玻璃鋼的產量增長外，不飽和聚酯樹脂、玻璃纖維產量均快速增長。2003年至今，我國的玻璃鋼管道與容器設計技術發展到CAD自動繪圖階段，通過使用全自動的玻璃鋼管道與容器設計軟件和有限元分析設計軟件，在短短的30分鐘內即可完成設計，非常地高效。

2 玻璃鋼管道與容器設計技術的主要特征

現代設計技術是以傳統設計理論與方法為基礎，以計算機廣泛應用為標志，具有信息時代特征的一種設計技術。[1] 該技術在玻璃鋼管道與容器設計方面的推廣應用取得了較好的經濟和社會效益，不僅大大縮短了設計周期，降低了企業的經營成本，也使玻璃鋼管道與容器的質量得到很大改善。玻璃鋼管道與容器設計技術具有以下特點：

一是較高的自動化程度。隨著發達國家對工程設計投入力度的加大，計算機在工業生產中得到廣泛應用，它將取代傳統的手工設計，通過先進的計算機軟件來輔助計算機繪圖，并通過分析不斷對設計修改和優化，逐步實現CAD設計的集成和智能化。近幾年，我國各大科研院所和高校加大對計算機設計的研究力度，將研究設計成果推廣到各大玻璃鋼管道與容器生產企業，取得了較好的成果。CAD和工程數據庫的應用，不僅使設計進程加快，設計效率提高，設計質量改善還因能夠自動計算生產成本、自動生成圖紙為玻璃鋼管道與容器設計和生產奠定了堅實的技術基礎。

二是較高的精確度。傳統的設計所采用的載荷和應力模型使得存在著較大的誤差，而目前推廣的設計技術由于在描述載荷應力外界環境因素時采用概率設計，使用的分析工具和建模手段更加先進，因而準確度大大提高，玻璃鋼管道與容器設計的精確化程度也得到明顯改善。

三是具有比較規范的設計文件。玻璃鋼管道與容器有了明確、規范化的設計和產品標準，使得設計和生產有章可依。同時還有規范化的計算過程，它通過將諸多參數固定后進行CAD設計，再將設計出的結果進行檢測，經比對修訂后確保整個設計過程規范統一。玻璃鋼管道與容器包括設計圖紙、設計表、成本表、力學性能表等規范化的設計文件。

四是具備海量的數據庫信息作支撐。玻璃鋼管道與容器設計技術是需要具備海量的數據庫為支撐的，常見的有設計標準數據庫、樹脂防腐蝕數據庫、纖維數據庫以及法蘭數據庫等，這些數據庫的存在使得玻璃鋼管道與容器設計有充分的數據依據。

3 國外技術進展介紹

在歐美國家，由于對玻璃鋼管道與容器設計投入力度大，研發創新、工藝改進，標準規范，使得這些國家掌握著該領域的核心技術并引領技術創新的風向標。

在復合材料行業常用的有層合結構設計與分析軟件、FEA軟件、RTM軟件、結構優化軟件以及聯合設計軟件包等軟件，它們大多基于航空領域的高科技需求。通過不斷深入研究，上述程序正在逐漸應用于玻璃鋼管道與容器設計之中，而且優勢正在進一步凸顯。例如DIGMAT目前被廣泛應用于工程塑料領域，它具有很強的增強線性和非線性性能的作用，因此這些軟件越來越得到青睞，并且成為產品設計創新的原動力。這些軟件在產品設計開發和生產中的應用，對于提高產品質量、節省設計開發時間和生產出結構難度更高、體積更大的產品、使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地具有十分重要的作用。目前，昆明中天達玻璃鋼開發有限公司就應用上述軟件進行玻璃鋼的設計研發。

4 我國與發達國家在玻璃鋼管道與容器設計方面的差距分析

我國近年來雖在玻璃鋼管道與容器研發設計方面取得了一定成績，有的項目甚至趕超發達國家，但從整體看我國在玻璃鋼管道與容器設計方面還存在著不小的差距。

一是缺乏足夠的自主研發設計軟件。設計軟件作為先進生產力的代表者，對于生產出高品質的玻璃鋼管道與容器具有舉足輕重的作用，但由于我國缺乏自主研發的軟件，不能將設計技術成果及時總結，將其轉化為生產力，導致我國的自主研發后勁不足，無法與發達國家技術抗衡。

二是對該領域的理論研究不到位。在對玻璃鋼管道與容器基礎理論研究方面，我國與發達國家存在著較大的差距，這一方面與玻璃鋼管道與容器生產企業對基礎理論研究重視不足有關，另一方面與缺乏專業的技術人員密切相關。只有具備堅實的基礎理論，基于理論進行富有知識含量的設計，應用最新的設計軟件，才能為設計出具有較高技術含量的玻璃鋼管道與容器奠定堅實的理論基礎。

5 縮小與國外差距，實現設計技術發展對策分析

鑒于我國與發達國家在玻璃鋼管道與容器設計技術方面存在的顯著差異，我們只有高度重視研究成果的總結，不斷進行技術創新，注重將理論知識、設計方法與生產制造實際的結合，加大自主研發的力度、注重專業技術人才的培養，才能逐漸縮小差距，實現設計技術的發展與飛躍。

一是要加大自主研發力度，在玻璃鋼管道與容器設計方面，設計技術是至關重要的，我們一定要高度重視技術的重要性，不斷挖掘、用于探索，學習借鑒國外的先進經驗和寶貴做法，才能使我國玻璃鋼管道與容器設計、生產躋身世界先進行列。

二是注重對專業技術人才的引進和培養。大多數玻璃鋼管道與容器生產企業存在著技術人才短缺的現象，一般一個企業一兩名技術人員，他們的技術水平遠遠跟不上行業發展的速度。這就需要企業加大力度從高校引進專業技術人才，并對人才進行針對性的培訓，使其設計理念、理論知識始終處于行業領先水平，這樣才能保證所生產的產品具備核心的技術含量。

三是要在理論研究上下功夫。目前，我國對該領域的研究人員數量不多、質量不高，這與大多數研究人員追求經濟效益密切相關。然而，設計是基于理論知識的，只有通過對產品動態特性、疲勞強度、可靠性、穩定性等物理試驗、仿真試驗才能為理論設計提供強有力的基礎，否則設計就會成為無根之木，無源之水[2]。

6 結束語

總之，技術創新才能推動玻璃鋼管道與容器設計的飛躍，人才培養才能為技術創新提供動力，因此，我們要注重人才培養，加大自主研發力度和理論研究深度。

參考文獻：

[1]李國樹.玻璃鋼管道與容器設計技術的最新進展[J].中國會議：70.

[2]李國樹.玻璃鋼管道與容器設計技術的最新進展[J].玻璃鋼/復合材料增刊（第十八屆玻璃鋼/復合材料學術年會論文集）2010：177.

作者簡介：劉彥章（1979-），男，河北衡水人，本科，昆明中天達玻璃鋼開發有限公司總經理，研究方向：玻璃鋼在環保、工業中的應用與開發。