數字化設計與制造在壓力容器中的應用狀況分析

孔慶芳

摘要：伴隨著我國經濟的快速發展，壓力容器的應用也得到了快速的發展，在壓力容器的設計與制造中，數字化技術已成為當前技術的核心。本文將對數字化設計與制造的內涵以及壓力容器制造行業的現狀進行分析，并就數字化在壓力容器中應用的具體實施方案進行闡述，為我國壓力容器行業的發展作出貢獻。

關鍵詞：數字化設計與制造；壓力容器；發展及應用

引言

近年來，我國科學技術得到了快速的發展，現代化制造技術也在發生重大變革，其中典型的有壓力容器設計、制造與應用。壓力容器的質量影響著使用者的安全，在設計與制造中稍一疏忽將會導致產品不能正常安裝，甚至造成整個設備報廢，嚴重者還將導致安全事故的發生。

1.概論

壓力容器是我國現代化工業的重要組成部分，主要用于高溫、高壓、易燃易爆等物質的盛裝，壓力容器質量的好壞關系著使用單位的安全性，為保證壓力容器的質量，應嚴格控制制造的各個環節。當前我國許多企業依然還在使用傳統的制造工藝，主要以手工機床為主導，數字化技術的應用將現代工業帶入了一個新的局面。其主要技術有計算機輔助設計（CAD/CAM）、計算機輔助工藝設計（CAPP）、計算機輔助工程分析（CAE）以及產品數據管理（PDM）等。在設計環節，包含了產品的規劃、設計、生產準備等。數字化制造主要是實現CAM與CAD等技術的應用，并在制造過程中解決相關性問題。同時將制造過程用數字化反映出來，并對制造質量、定量等信息進行綜合評價。

此外，在數字化設計與制造中，會根據不同需要對其進行調整，例如，在測繪行業中，數字化技術將會以測繪生產的形式存在，通過對數字化生產及技術進行管理，從而使其向信息化轉變。在汽車模具制造行業，數字化將會以模具制造為主導實現汽車模具的設計及制造。

2.壓力容器制造業的現狀及發展

當前，國外的壓力容器主要執行壓力容器國際標準一體化，但隨著全球經濟一體化的快速發展，壓力容器標準國際化將更加明顯。壓力容器在設計及制造中，會受到多重因素的影響，尤其是整個制造系統沒有統一的管理及控制方案，將會直接影響到產品質量。在設計方面，采用AutoCAD、ANSYS、SW6以及PVCAD等設計軟件降低了設計勞動強度，提高了設計效率，同國外數控技術管理部門相比較，我國壓力容器在零部件的制作、焊接等自動化工序上、以及產品的精度和生產質量等方面還有著不小的差距。在設計理論研究方面，專家系統以及CAPP系統均已達到成熟階段，但受到我國當前經濟水平和企業經營規模的限制，對壓力容器的設計和制造有著很大的束縛。

此外，我國壓力容器在制造生產中也存在很多問題，其中主要表現在：①生產工藝的重復性以及多余的工藝，影響了產品生產周期和產品質量。②生產時沒有嚴格按照國家規范及標準進行，導致產品存在嚴重的質量隱患等；③不同工藝在生產中脫節，導致產品生產周期過長，嚴重者將直接影響產品質量的優劣。

3.數字化在壓力容器設計中的具體實施

壓力容器在設計中，受到的影響因素有很多，例如，受到壓力容器的強度，荷載的測試水平、幾何尺寸等，其隨機變量比較多，在設計時，引進先進的設計方法進行設計可以有效地提高相關變量的準確數據，使其結構更加接近實際情況。

壓力容器在近年來的發展中，向著精密化、智能化、柔軟化、網絡化、集成化等方向發展。在設計發展中，壓力容器設計實現了從手工繪圖到計算機輔助設計與建模的過渡，當前常用AutoCAD、Pro/E、Solidworks等繪圖軟件進行圖形繪制及建模，在保證圖形質量的同時，大大提高了生產效率。

數字化在壓力容器的應用中需要解決以下幾個方面的內容：①建立統一的產品模型，向標準化方向實施，保證產品在維修階段的有效性和統一性。②建立數據交換標準。使其達到有效的信息交換，保證各個階段的動態聯盟。③數據集成。使其完成管理系統、組織系統之間的數據管理和共享。④過程集成。完成現代化工藝流程化，使其整個生產過程統一化和簡單化，在生產的過程中完成自動化管理和生產。

4.數字化在壓力容器制造中的具體措施

數字化制造在壓力容器中的應用，①從壓力容器產品設計研發角度應用，則利用計算技術輔助設計CAD/CAM等軟件平臺，如配套應用建模分析方法有AutoCAD、Solidworks、Pro/E等制圖軟件平臺，能夠有效保障設計效率提升，使之與生產加工達到緊密銜接。②從產品加工工藝應用，CAPP是實現計算機輔助設計CAD/CAM到產品制造系統的橋梁，通過計算機技術，以系統化、標準化方法，確定零件或產品從毛坯到成品的制造工藝流程方法與技術，與傳統工藝相比，CAPP能夠提高工藝文件質量與工作效率，減少工藝編制工作對工藝人員技術的依賴，縮短工藝準備工作，建立工藝知識庫。③從壓力容器生產制造過程中應用數字化技術，首先建立可靠的PDM平臺，然后配套應用計算機輔助設計手段、數控加工設備、焊接機器人等先進的生產裝備流水線作業。我國當前的機器人技術已經較為成熟，可以根據對生產設備和管理技術的控制，實現工業機器人的自動化生產。

此外，在壓力容器產品設計建模階段，也應當建立一種可以展現產品全壽命周期數據的產品模型。此時，則需要考慮產品數據交換、數據集成、功能集成等，以做好軟件平臺應用的接口自動化，強化客戶端與服務器間的信息資源控制等，從而才能搭建有力的網絡輔助設計平臺，指導于壓力容器產品的實踐加工。

5.結語

隨著科學技術的不斷發展，我國數字化技術在壓力容器設計與制造中的應用將更加成熟，并逐漸向著網絡化、智能化、一體化等標準發展。同時，隨著國外標準一體化的相關規范標準的建立，壓力容器中相關技術的應用將會更加全面，更加快捷。本文對數字化在壓力容器的設計與制造中存在的問題討論的不夠具體，以及相關技術的應用討論的不夠全面，此點將是筆者今后的重點研究方向。

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