大型龍門起重機CAD自編程生產設計與應用

馮 田,俞 峰

(中船江南重工股份有限公司，上海 200023)

大型龍門起重機CAD自編程生產設計與應用

馮 田,俞 峰

(中船江南重工股份有限公司，上海 200023)

使用電氣AutoCAD+Windows LISP軟件可縮短生產前的設計周期，減少生產過程中不必要的生產環節及人工消耗，以提高生產效率，降低生產成本，確保產品質量。采用AutoCAD+Windows LISP自編程生產設計方法，完成大型龍門起重機電氣原理系統圖設計、工藝文件編制、生產施工圖設計、建造進程監控及整機系統預調試提交，滿足了造船配套用上千噸級、大跨距龍門起重機建造的生產形勢需求，縮短了建造周期，可降本增效，確保了吊機質量。使用電氣AutoCAD+Windows LISP軟件參與生產設計與制造，給龍門起重機建造提供更好的生產設計保障；為今后特大型龍門起重機(千噸級、大跨距)的建造提供強有力的輔助保障手段，也為造船大噸位構件翻身提供優質重器，從而更好地服務與造船業。

龍門起重機;電氣CAD;自編程軟件;軟件應用；生產設計

0 引言

近幾年來，隨著國家經濟建設的快速增長和國際航運能力的提升，大型船舶的需求量增大，大型龍門起重機的使用量也越來越多。作為造船廠的生產必需設備，傳統設計手段跟不上龍門起重機新產品的開發需要，因此，運用計算機輔助設計來進行產品的開發和設計，在極短的時間內完成繁重的設計任務，是目前迫切需要解決的問題。

起重機電氣CAD軟件(Crane Electrical Computer Aided Design System，電氣CAD)是適應龍門起重機制作，自主開發的LISP自編程軟件，按國家標準設繪電氣圖紙，起重機設備配置選型等的計算機輔助設計。它不僅適應于新產品輔助設計，而且也可對國外產品的電氣圖紙進行設計轉化，在起重機的電氣設計方面，具有很大的推廣價值。

1 自編程生產設計軟件開發目的

目前龍門起重機向大型、特大型發展,自動化程度更優更先進,原龍門起重機生產設計軟件已無法滿足要求。為縮短設計周期，必須改進和優化計算機輔助設計軟件，確保每個產品有超過200 m2電氣圖紙量。利用計算機技術，按國家標準，在整合過去原有計算機輔助設計軟件基礎上,充分參考外單位有關電氣CAD軟件的使用經驗，結合龍門起重機分段建造，總體提升的生產特殊性，開發符合本單位龍門起重機生產設計要求的應用軟件。自編程生產設計軟件開發目的主要有：

(1)立足龍門起重機電氣設計，加強龍門起重機生產環節的管控，掌握成套設備的基本參數、采購信息的反饋、配套輔材的設計加工制作信息、施工中隨機加工構件信息、產品部套打包信息、工作量完成信息，加強龍門起重機電氣設計，提高設計的標準性，縮短起重機制造周期。

(2)使用自編程生產設計軟件可在設計圖紙的管理上，帶來新的管理手段和方法，即電腦+光盤+輔助設備管理模式為存檔手段。檔內圖紙資料有序合理，查詢調取方便，管理機動靈活，滿足生產設計隨時調閱，圖紙資料無紙化存檔。

(3)引進環保理念。以往生產一臺龍門起重機電氣圖紙要二十幾套，使用自編程生產設計軟件，可降低至十套，既節約大量紙張，又降低設計成本。另外，產品前期營銷，投標方案設計，龍門起重機電氣設計更改工作都能在自編程計算機輔助下進行，安全可靠。

(4)以公司遠期目標做大做強做實為目標，加強營銷投標中的方案設計變更速度，合理利用計算機及生產中的各種資料與信息，為公司轉型發展提供良好的輔助設計包。

(5)跟蹤國內外新的電氣CAD軟件技術，提高工程技術人員設繪能力和應用技巧，減免工程技術人員案面工作量，以更高的工作效率服務于生產。

2 軟件的組合及軟件繪圖技術方案

2.1 自編程軟件的組合

(1)以自編程生產設計軟件為設計手段去補充原有的電氣CAD軟件設計模式的組合，是適用于龍門起重機生產建造的新輔助設計包，為滿足新的生產需求而跟進發展的，不斷補充新的軟件元素的軟件組合體，可全方位為生產服務。

(2)積極開發陸用起重機的標準電氣圖形模塊530個。優化基礎軟件，AutoCAD圖形庫進行分類整理。電氣模塊建模，從常用元件符號模塊到非常用元件符號模塊、小型常用標準圖形模塊，建立專門的檢索數據庫接口，充分考慮其使用的便利性。

(3)開發大容量接觸器、開關組合圖形模塊40個，繼電器組合圖形模塊20個，電機組合圖形模塊30個。這些模塊是多機種起重機常用控制模式歸納采集的，實用性更強。

急性胸痛在急診內科中是一種常見的疾患[1-2]，指的是突發性胸痛，病情嚴重者甚至會危及到患者的生命安全[3]，當出現急性胸痛時，應立即去醫院進行X線檢查、心電圖檢查，及時確診并接受對癥治療。急性胸痛的病因復雜，確診難度大，常見的病因包括張力性氣胸、急性主動脈夾層、急性冠脈綜合征、急性肺動脈栓塞等，及時鑒別急性胸痛的病因，對于挽救患者的生命及改善預后存在重要意義[4]。超聲心動圖是一種操作簡單且無創的檢查方法[5]，本文旨在探討其應用于急性胸痛診斷中的效果，擇取我院收治的急性胸痛患者80例開展本次研究，具體內容見正文闡述。

2.2 優化后標準繪圖技術方案

目前探討的自編程生產設計軟件組合圖形是在以前的標準繪圖技術方案基礎上優化的，實行局域連網，利用單核PC處理器也可用雙核PC處理器處理繪圖文件，進行圖形輸出，高效出圖。繪圖技術方案如圖1所示，從該圖可見其基層是軟件和Win XP系統，繪圖軟件采用的是AutoCAD 2007版。圖中第3層為電氣CAD軟件的繪圖實體，內有幾個LISP數據文件，通過對CAD LISP文件的編譯，完成了對電氣圖形模塊的調用接口的處理。同時為了繪圖者的操作方便，在第4層開發了中文操作菜單文件。這樣，繪圖者可以在菜單的引導下，以人機交互的操作方式進行繪圖，可以快速調用模塊，按既定的控制系統要求，搭建所需的圖形，比如：邏輯原理圖、電氣控制原理圖、液壓系統原理圖等。由此可知，工程技術人員只要經過一定程度的簡單培訓，就能掌握軟件要點，按操作規則進行操作，更能在短時間內熟練設繪圖紙，成為電氣工程師們的好幫手。

3 軟件的組合及軟件繪圖實施

3.1 繪圖應用實例

自編程生產設計軟件在300 t大型龍門起重機上首次得到綜合應用。從最初的營銷投標到中標后的起重機整體設計、生產設計及施工設計，在短時間內完成電氣設計項目其輔助設計軟件包起到關鍵作用。自2009年2月正式將自編程生產設計軟件包作為起重機電氣系統設計和生產設計的基本設繪手段。為了能盡快推廣實施軟件在大型龍門起重機上電控系統中的應用，選擇300 t龍門起重機的起升機構、主輔電源供電、行走機構電控系統、維修吊變幅機構、旋轉機構等部套進行投標方案電氣設繪。目前，已完成300 t門式起重機的設計、繪圖工作，該軟件得到綜合應用。

圖1 繪圖技術方案

由自編程生產設計軟件包設繪的300 t門式起重機報警系統圖紙已交付。從運用效果來看，工作效率提高6倍，設繪質量大大提高。使用普通機繪，字最小2.5 mm，現在計算機繪制打印的話可小至1.5 mm，分辨率高。0號圖紙可切繪于多張A3號圖紙，裝訂成冊便于施工靈活查閱。

3.2 應用流程圖

圖2 軟件應用流程圖

從圖2可知，自編程生產設計軟件主要用于招投標、電氣設計、生產設計，通過局域網實施連機多臺操控設計繪圖。通常從設計菜單選擇目標類型入手，做你想要的那一款設計。比如，選電氣設計這一款，必須先進行電氣原理預設計，隨后做電氣控制模式預設計，然后啟動電氣原理圖CAD LISP進行計算機設繪工作。通過圖形預覽，可重新返回CAD LISP進行原理或圖形結構的修改、修飾工作。上述工作可重復進行，根據用戶需要隨時修改。目前，已經把定型產品400、600、900 t大型龍門起重機等定型產品的電氣原理圖輸入作了技術儲備，為特大型龍門起重機的建造創造條件。

圖3所示為庫中已建成的部分電氣模塊，運用上述操作，可繪制電氣流程圖、邏輯控制圖；電氣原理圖、系統圖、接線圖；電氣元件、設備布置圖。

如果將氣動閥件、電磁閥件、流量控制閥、壓力閥、溢流閥、方向閥、油箱等制成模塊，加上電機模塊，可繪制液壓控制系統圖。

圖4所示是龍門起重機控制常用模式，即主控模式基本上是驅動變頻器+主站PLC+遠程PLC+I/O模塊，且遠程PLC+I/O模塊控制站多，輸入、控制對象基本雷同。

預設計一個遠程PLC+I/O模塊控制站組合模塊，可拆分、修改，模塊變動的是輸入輸出點數和外圍設備數量，驅動變頻器主回路控制圖也可建成模塊，它變動的是電機和制動單元，如圖5所示。

圖3 模塊庫示例

圖4 控制常用模式示例

這樣，當龍門起重機設計項目開展時，從招投標設計到電氣系統設計都可以套用上述組合模塊，繪制想要的電氣圖，計算材料、統計設備、估算成本。軟件除了在設計上的應用外，可在其他門類起重機制造中推廣應用，如門座起重機、船用克令吊等，從而降低成本和零出錯率。

3.3 生產設計轉化實例

經過半年多的實踐，已將電氣CAD自編程生產設計軟件設繪技術推廣到許多非船產品的設計轉化中去，并取得了明顯的效益。

例如利用電氣CAD軟件，對外來圖紙成功地進行設計轉化，滿足設計要求，800 t大型龍門起重機的設計轉化就是例證。該龍門起重機是3臺套適用于船舶的平臺造船和船塢總裝,實際要求中需要設計方提供全套的施工電氣圖紙，但原圖的設計深度遠不能滿足施工要求。為此，利用電氣CAD自編程生產設計軟件，對原設計圖紙深化設計，電氣成套設備配置選型、成本控制；優化補充電纜槽板走向；各類輔材統計、機座配套設計。用該軟件設計中繼接線箱、插座箱、岸電箱等。在項目建設中，軟件發揮了積極作用，圖紙設計、轉化時間僅1周，縮短了設計周期，積累了大量電氣標準圖集和模塊庫。

圖5 變頻器組合模塊示例

4 自編程生產設計軟件的優勢

下面就龍穴造船基地600 t門式起重機報警系統原理圖的設計過程，詳細說明該軟件的運用過程。

龍穴造船基地600 t門式起重機電控方式獨特，起升、糾偏、整機同步運行、雙機聯動等要求非常高，相應的報警系統極為復雜。往往一個報警信號產生，須在1 s內完成響應，技術難度大。考慮到這些因素，在原理構思上決定采用SIEMENS的遠程ET200可編程控制器+主控S7-300 Power PLC集控模式，使用CAD軟件手段來設計。采用這種集控模式的好處在于控制柜內外主、控回路減少，電氣元件使用量降低，相應電控柜也減少，外圍電纜減量。ET200控制器是SIEMENS通用產品，技術含量高，運行性能優越，利用編程它能將各種信息按優先級要求組合在一起，經程序運行后達到控制目的，且作圖簡便。利用CAD自開發軟件技術，用軟件繪制編程所需的梯形圖，采用大方框原理構思來體現它，用梯形圖設計報警系統中的優先級邏輯控制要求，信號的輸入、輸出及報警響應符合秒內要求，如圖6 所示。如起升高度限制、起升重量超載報警系統及重量顯示報警，用梯形圖編程設計整個系統，構思清晰、條理分明，如用戶還需要增加其他報警功能，則隨時可用CAD軟件修改，體現了更改速度快、適應性強的特點。

圖6 故障報警梯形圖示例

自編程生產設計軟件在圖上可完整輸入了報警功能波型圖，圖上報警系統供給電源、呼喊、遙控系統一一顯示，還可充分利用CAD軟件圖庫系統的拷貝、鏡像、旋轉、縮放等多功能手段，采納的電氣元件符號統一規范，符合國際標準。

5 自編程生產設計軟件的價值與聯想

自編程生產設計軟件裝機于普通的單核PC就能滿足基本需求，同樣適用于INTEL酷睿系列的產品。運用色彩圖層分類操作，可以將電源、控制線路、電氣元件等分層立體設計，使電氣設計產品更直觀明朗，且鑒于電氣圖紙在WIN下256色下即能滿足設計要求，所以軟件運行速度在當前主流機器配置的情況下運行速度快、作圖精準。

由于目前上海定位于國際金融港和國際糧食中轉站等國際化的港口建設目標，尤其高橋保稅區等項目的規劃，毫無疑問將很大程度上利好航運造船業，也將很大程度上提升國內外各家大型船舶企業對適用于大型分段制作的龍門起重機的需求，智能化制圖是一個重要的保證手段，因而CAD自編程生產設計軟件較高的推廣價值。電氣設計只需要在二維的UCS坐標體系下完成電氣圖紙的平面設計，將來可在現場施工人員智能手機和各類PAD上查看比對，實現電氣施工無紙化。公司在2013年推廣的電子簽章也為自主研發CAD電氣軟件提供了助力。

6 結語

目前，大型龍門起重機的建造從電氣原理設計、生產、施工設計始終貫穿著自編程生產設計軟件AUTOCAD LISP的開發和應用，在電控、機械、結構系統全面使用，對所承接的起重機項目的變化，都不會影響生產設計這一環。AutoCAD LISP軟件如何與其他相關專業配合，結合生產實際，提高生產設計能力、確保高質量建造要求；如何實現有效的人機互動，提高生產效率并推廣應用于其他領域，AutoCAD LISP軟件升級產品的技術跟蹤，值得探究。

2013-07-20

馮田(1960-)，女，高級工程師，從事船舶與港口成套設備的電氣設計工作；俞峰(1981-)，男，高級工程師，從事船舶與港口成套設備的鋼結構及計算機設計工作。

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