流程设备规划设计的“加速器”

发布时间：2010-09-20 作者：Hans-Jü

　　在当前的经济形势下，德国流程设备的制造者和工程设计师们进一步加强了产品的研发工作，并增加了IT工具的使用，本文将介绍他们如何使用虚拟现实工具、模拟工具和激光扫描技术以提高工程项目规划设计的效率。
　　如果向低工资水平的国家购买工程项目设计不甚现实，那人们如何在高工资水平的德国利用更高效率、更高的设计能力来降低设计费用？虚拟现实系统的供应商，模拟软件供应商和特殊专用工程项目设计工具将会在实现这一目标上有所帮助。

      DAVE是definitively affordable virtual environment的缩写，在这里观察者可以仔细地查看修改三维世界里的图像，甚至到三维世界里漫步

　　未来的可能
　　Eszett公司的Oliver Schwarz先生举了一个描述未来的例子，三维CAD完成的设计任务用虚拟现实技术可以做的更好。流程设备的规划设计者和使用者通过1:1的比例显示获得更加真实的设备印象，能够更快地发现隐藏的薄弱环节，从而也明显节约了后续流程设备制造中的费用。不仅仅是虚拟现实技术的供应商们这样看问题，卡尔斯沃市举办的DECHEMA学术交流会上的一个学术报告也持有同样的观点：“由于做了大量的前期准备工作，在虚拟现实技术会议上找到了许多可能的优化措施，最终使项目设计完美无缺，采用虚拟现实技术之后会使项目设计的质量得到进一步的提高，尤其是可以降低设计修改和设备安装的费用。”
　　如今，这样的虚拟现实技术软件越来越小，越来越易于使用。例如Imsys公司就是一家虚拟现实技术的硬件供应商，Icido公司是一家虚拟现实软件技术的供应商，他们共同推出的Smart 3D系统就有着非常紧凑的结构，可以放在手提包里随身携带，从而也开辟了新的应用可能性。整个系统由Imsys公司集成为一个结构紧凑的虚拟现实系统，由一个立体投影仪、一个笔记本电脑和Icido公司研发设计的软件组成，可以放置在行李箱中，因此可以方便地携带到世界各地使用。

图1 偏心螺杆泵运动状况的模拟图像

　　Icido公司的首席执行官Ralf Heimberg先生说道：“这一产品打开了小型虚拟现实技术全新的应用领域。将来，产品用户能够在设备安装之前就看到真实的设备，对其具体情况进行仔细地考察，并且也无需始终随身携带真实设备的微缩模型。”
　　ITandFactory公司的Georg Kremer先生同样也认为虚拟现实技术大有潜力，并在不久的将来推出自己的工程项目设计软件Cadison——能够直接利用Icido公司虚拟现实数据文件的项目设计工具。他说：“通过早期利用虚拟现实技术显示所设计的流程设备，给流程设备制造领域的项目负责人提供了很大的节约费用和时间的潜力。从用户的角度来看，其技术管理人员和企业经营管理人员都能在订购设备设计的各个阶段获得大量设计进度的数据和信息，而且看到的始终是流程设备的正确设计图像。”
　　三维模拟
　　在流程设备的制造中也采用了模拟工具软件。德国马哥德堡市霍伦霍夫工厂自动化IFF研究所的研究人员研发成功了一种用图像方式展示例如能源转换设备内部工况的方法。他们把三维设备结构与模拟的结果与IFF研究所研发设计的虚拟现实软件相互耦合起来。“利用这一专用软件工具，我们首次实现了运动工程的可视化。”霍伦霍夫研究所流程设备和设备技术经营领域的负责人Matthias Gohla博士解释说道。
　　这种可视化解决方案适合于各种流体介质（压缩空气、水、不同的气体或者液体）流程工艺技术的设备；其流量和/或反应过程的模拟、计算是利用 Ansys Fluent公司的CFD软件来进行的。Gohla先生补充道，“必要时，也有可能利用其他计算软件的数据进行可视化显示和模拟。”

图2 马哥德堡市霍伦霍夫工厂自动化IFF研究所的研究人员成功研发了一种用图像方式展示例如能源转换设备内部工况的方法

　　显示屏上的箭头能够清楚地告诉人们液体和气体沿着什么方向，以多大的流速在流程设备中流动，彩色的标记告诉您流程设备的薄弱环节在哪里，例如达到临界温度的区域、轴承、支撑或者出现腐蚀的部位。同时，软件也可以对流程设备的冲突进行检验。
　　三维激光扫描
　　在对现有流程设备进行技术改造和性能扩展时，必须在很短的时间内完成，并以很高的精度实现技术改造数据的可视化。因此，越来越多的企业采用了三维激光扫描技术，通过数字点状数据图生成清晰的几何尺寸界线。
　　在使用三维激光扫描时，其可靠性、快速和低成本的优点使其成为传统技术方法最好的替代解决方案，据激光扫描技术服务公司Scantec 3D介绍，流程工业企业采用这一技术能够解决的主要问题有三类：
　　老设备的技术文件和设计图不完整、不齐全。
　　利用手持扫描设备或者皮尺测量时费时费力（常常要多次到同一地点进行重复测量）。
　　手工测绘常常是丢三落四，并带来碰撞危险。
　　对流程工业设备提出“设备改造”或者“设备性能扩展”要求的流程工艺设备、建筑物往往有30年以上、或者更高的“工龄”，有些建筑物在改造后会另作它用。这就会带来一个问题：原来的二维图纸大多数情况下都无法再用了，而当时建造这些建筑物的职工和有关技术人员现在也已退休，在这种情况下怎么办呢？
　　此时，首先要了解现有设备的技术水平，采集现有设备的安装配置情况。Amcad工程技术公司就是完成这种任务的专家，他们利用VenturisIT 公司研发生产的3D-CAD/CAE软件Tricad MS进行测绘，这一软件系统提供了全套的建筑物、生产设备扫描测绘功能，这对于工程项目的设计者来讲非常有益：他无需使用不同版本、不同的软件来进行测绘和绘制工作，相反只在自己熟悉的软件环境中就能够完成一切。
　　流程设备设计的模拟
　　Intergraph公司强调：集成环境中复杂流程设备设计项目寿命周期内各个阶段的有效管理有着决定性的意义，并用他们的多功能设备规划设计系统，Smartplant 3D展示了流程设备规划设计结果的模拟情况。这一系统包括了工作分工的可能性，设计自动化的工具和匹配性的设计调整工具，允许跨课题的项目研发组成员合作研发设计一套3D流程设备模型。
　　在超过25年的化工领域内工程项目设计经验的基础上，Smartplant 3D软件系统在许多重要技术方面都有了创新，对提高流程设备在整个使用寿命周期内的设计质量有极大的帮助。
　　著名的巴斯夫公司就对Intergraph的软件非常信服，不久前还在其GAA全球研发联盟计划中把Smartplant工程设计软件的使用合同期限延长了三年。
　　小结
　　今天，流程设备的规划设计者越来越多地使用智能化的可视化和模拟工具，也有着更加强大的设计能力，他们可以运用有集成化的3D工程设计软件工具。因此，设计师们需要从一开始就对各种不同的配置方案进行比较，并进行优化，使得设计的流程工艺生产设备能够及早投产使用，给企业带来更强大的竞争力。