選礦廠(chǎng)工藝管道三維設(shè)計(jì)軟件的二次開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

（中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064）

1 選礦廠(chǎng)生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

選礦廠(chǎng)生產(chǎn)管道根據(jù)管道的材質(zhì)分為耐磨管、鋼制管道。耐磨管是根據(jù)生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谀湍ス苌a(chǎn)廠(chǎng)家預(yù)制后運(yùn)到安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，如果設(shè)計(jì)的耐磨管在現(xiàn)場(chǎng)安裝的過(guò)程中出現(xiàn)碰撞、交叉等問(wèn)題需要調(diào)整時(shí)，必須在廠(chǎng)家重新生產(chǎn)后再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，這就必然增加生產(chǎn)運(yùn)輸成本，嚴(yán)重影響工期；鋼制管道是根據(jù)生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诂F(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼制管材進(jìn)行切割、焊接、安裝，如果設(shè)計(jì)情況與現(xiàn)場(chǎng)不相符，造成碰撞、影響行走等問(wèn)題，就需要將已安裝的鋼制管道廢除，重新進(jìn)行安裝，這就造成了管材的浪費(fèi)，安裝進(jìn)度的延期，人工費(fèi)用的增加。選礦廠(chǎng)主廠(chǎng)房?jī)?nèi)布置著近百條管道，彼此交錯(cuò)，如果沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)有力的軟件，將很難設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)又滿(mǎn)足要求的生產(chǎn)管道。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)，采用較多的設(shè)計(jì)軟件是AutoCAD。它是一款經(jīng)典的以平面設(shè)計(jì)為主的二維設(shè)計(jì)軟件，表達(dá)的是物體在同一平面上的投影關(guān)系，對(duì)三維空間表達(dá)能力較弱。對(duì)于簡(jiǎn)單的生產(chǎn)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，AutoCAD軟件操作方便，投影關(guān)系清晰；但是近年來(lái)隨著工程項(xiàng)目規(guī)模變大，生產(chǎn)管道系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，AutoCAD軟件在生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)的能力明顯不足。

2 管道三維設(shè)計(jì)軟件的選取

基于AutoCAD軟件在目前選礦廠(chǎng)生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)中的不足，引用三維軟件設(shè)計(jì)顯得非常必要。目前常用的三維設(shè)計(jì)軟件有PRO/E，UG，SolidWorks等，從使用的實(shí)用性，方便性，準(zhǔn)確性出發(fā)，選擇了性?xún)r(jià)比高，市場(chǎng)使用廣泛的SolidWorks軟件進(jìn)行管道三維設(shè)計(jì)及管道標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開(kāi)發(fā)。

SolidWorks是一款功能強(qiáng)大、使用廣泛、兼容性好、費(fèi)用較低的三維設(shè)計(jì)軟件，已經(jīng)在機(jī)械制造、石油化工、礦化工等行業(yè)得到了大量應(yīng)用，并取得了很好的效果。SolidWorks軟件針對(duì)管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了管道設(shè)計(jì)專(zhuān)用模塊Routing。如果將SolidWorks軟件應(yīng)用到選礦廠(chǎng)生產(chǎn)管道的設(shè)計(jì)，應(yīng)該能夠快速提高管道設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

3 管道三維設(shè)計(jì)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開(kāi)發(fā)

SolidWorks軟件功能的實(shí)現(xiàn)需要豐富的模型數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，SolidWorks軟件自身提供的模型數(shù)據(jù)庫(kù)與生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)的要求有很大的差距，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）適合選礦廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)應(yīng)用的工藝設(shè)備及構(gòu)筑物模型屬于空白；

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)中模型的種類(lèi)少，數(shù)量少，例如閥門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型只有球閥，缺少蝶閥，閘閥模型，同時(shí)球閥的模型也只有幾個(gè)直徑等級(jí)的模型，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要；

（3）模型數(shù)據(jù)庫(kù)的模型是以美標(biāo)，德標(biāo)為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的模型，以我國(guó)國(guó)標(biāo)為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的模型少之又少；

（4）選礦廠(chǎng)設(shè)備中非標(biāo)件類(lèi)型多，數(shù)量多，例如溜槽，平臺(tái)，攪拌桶等非標(biāo)件都需要自建數(shù)據(jù)庫(kù)；

基于以上SolidWorks軟件數(shù)據(jù)庫(kù)的不足，需要我們對(duì)SolidWorks軟件的模型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)出符合我國(guó)國(guó)標(biāo)要求，能應(yīng)用到選礦廠(chǎng)管道設(shè)計(jì)。

3.1 主廠(chǎng)房模型數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)

選礦廠(chǎng)主廠(chǎng)房多采用鋼結(jié)構(gòu)和鋼混結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)件包括梁，柱，樓面，窗等。選礦廠(chǎng)主廠(chǎng)房模型數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，以土建專(zhuān)業(yè)出版的廠(chǎng)房建筑和結(jié)構(gòu)圖為基礎(chǔ)，建立了H型鋼，方鋼，圓鋼，工字鋼，角鋼，槽鋼等模型數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 管件模型數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開(kāi)發(fā)

管件模型數(shù)據(jù)庫(kù)包括法蘭模型數(shù)據(jù)庫(kù)，異徑管模型數(shù)據(jù)庫(kù)、彎頭模型數(shù)據(jù)庫(kù)、閥門(mén)模型數(shù)據(jù)庫(kù)、三通模型數(shù)據(jù)庫(kù)、管卡模型數(shù)據(jù)庫(kù)等，管件模型庫(kù)設(shè)計(jì)選用以下標(biāo)準(zhǔn)：1）鍍鋅鋼管、無(wú)縫鋼管（GB8163），卷焊鋼管（SY/T5037）；2）法蘭、異徑管、彎頭、三通、管卡（《給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集》）。

3.3 選礦廠(chǎng)設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)

選礦廠(chǎng)設(shè)備包括礦泥水設(shè)備，洗選設(shè)備和各種溜槽；選礦廠(chǎng)設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫(kù)可以分為：泵類(lèi)設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫(kù)、洗選設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫(kù)、溜槽設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫(kù)、非標(biāo)模型數(shù)據(jù)庫(kù)等四大類(lèi)。

4 管道三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

管道模型數(shù)據(jù)庫(kù)二次開(kāi)發(fā)完成后，將進(jìn)行管道三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用。以?xún)?nèi)蒙古巴彥高勒礦井選礦廠(chǎng)項(xiàng)目為模型進(jìn)行工藝管道的三維設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目是一個(gè)年入洗500萬(wàn)噸原礦的洗礦廠(chǎng)，其主要工藝是150～13（25）mm級(jí)塊礦采用淺槽分選。

4.1 選礦廠(chǎng)主廠(chǎng)房模型的設(shè)計(jì)

巴彥高勒礦井選礦廠(chǎng)主廠(chǎng)房模型的建立，以土建專(zhuān)業(yè)出版的廠(chǎng)房建筑圖和結(jié)構(gòu)圖為基礎(chǔ)；通過(guò)Solidworks軟件建模后如圖1所示。

圖1 選礦廠(chǎng)生產(chǎn)管道模型

4.2 選礦廠(chǎng)生產(chǎn)管道模型的設(shè)計(jì)

主廠(chǎng)房?jī)?nèi)工藝管道數(shù)量較多，為了便于管理、設(shè)計(jì)、查找和修改，對(duì)工藝管道進(jìn)行編號(hào)；以實(shí)體模型面為設(shè)計(jì)參考，先進(jìn)行耐磨自流管道的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行耐磨壓力管道的設(shè)計(jì)，接著進(jìn)行鋼制管道的自流管道的設(shè)計(jì)，最后依次進(jìn)行壓力中礦泥水管道、清水管道、空氣管道的設(shè)計(jì)。以脫介篩篩下合格介質(zhì)耐磨管為例介紹生產(chǎn)管道設(shè)計(jì)。

（1）管道起始點(diǎn)、終止點(diǎn)的定位。利用配合關(guān)系將管道法蘭定位在脫介篩篩下為起始點(diǎn)，將管道法蘭定位在合格介質(zhì)桶上為終止點(diǎn)；

（2）在主廠(chǎng)房模型內(nèi)繪制管道的3D草圖作為管道的路徑；

（3）在Routing模式下進(jìn)行脫介篩篩下合格介質(zhì)管道的設(shè)計(jì)，管道以步驟2中的3D草圖為路徑，彎頭、管道、法蘭自動(dòng)添加；

（4）修改管道時(shí)，只需修改步驟2中的3D草圖，Routing模式下的管道隨著3D草圖自動(dòng)修改。

耐磨管道經(jīng)過(guò)上述步驟設(shè)計(jì)后，經(jīng)過(guò)碰撞檢查、行走檢查，將有問(wèn)題的管道進(jìn)行優(yōu)化，重新設(shè)計(jì)后的管道如圖2所示。

圖2 重新設(shè)計(jì)后的管道圖

5 結(jié)語(yǔ)

我們經(jīng)過(guò)對(duì)該軟件的應(yīng)用及基本數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開(kāi)發(fā)后，在內(nèi)蒙古巴彥高勒礦井選礦廠(chǎng)主廠(chǎng)房生產(chǎn)管道的設(shè)計(jì)中，取得了以下應(yīng)用效果。

（1）通過(guò)碰撞檢查、行走檢查，減少了多條管道的碰撞及管道與設(shè)備，管道與梁的碰撞，提高了設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量，避免了現(xiàn)場(chǎng)管道的修改；

（2）縮短了修改圖紙的時(shí)間，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，修改單條管道，進(jìn)行相關(guān)線(xiàn)路的調(diào)整，至少需要2到3天的時(shí)間，而現(xiàn)在只需1到2天，時(shí)間節(jié)省了一半；

（3）材料統(tǒng)計(jì)更準(zhǔn)確，采用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)，可以自動(dòng)更新材料表，減少錯(cuò)誤率，保障管道設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)安裝一致。

如果在后續(xù)的使用和研究中，開(kāi)發(fā)出其他功能，同時(shí)將其推廣到其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)全過(guò)程的三維化，必將更大的提高工程項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，創(chuàng)造更多的工程價(jià)值。