数字化设计与制造在压力容器中的应用状况分析

孔庆芳

摘要：伴随着我国经济的快速发展，压力容器的应用也得到了快速的发展，在压力容器的设计与制造中，数字化技术已成为当前技术的核心。本文将对数字化设计与制造的内涵以及压力容器制造行业的现状进行分析，并就数字化在压力容器中应用的具体实施方案进行阐述，为我国压力容器行业的发展作出贡献。

关键词：数字化设计与制造；压力容器；发展及应用

引言

近年来，我国科学技术得到了快速的发展，现代化制造技术也在发生重大变革，其中典型的有压力容器设计、制造与应用。压力容器的质量影响着使用者的安全，在设计与制造中稍一疏忽将会导致产品不能正常安装，甚至造成整个设备报废，严重者还将导致安全事故的发生。

1.概论

压力容器是我国现代化工业的重要组成部分，主要用于高温、高压、易燃易爆等物质的盛装，压力容器质量的好坏关系着使用单位的安全性，为保证压力容器的质量，应严格控制制造的各个环节。当前我国许多企业依然还在使用传统的制造工艺，主要以手工機床为主导，数字化技术的应用将现代工业带入了一个新的局面。其主要技术有计算机辅助设计（CAD/CAM）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助工程分析（CAE）以及产品数据管理（PDM）等。在设计环节，包含了产品的规划、设计、生产准备等。数字化制造主要是实现CAM与CAD等技术的应用，并在制造过程中解决相关性问题。同时将制造过程用数字化反映出来，并对制造质量、定量等信息进行综合评价。

此外，在数字化设计与制造中，会根据不同需要对其进行调整，例如，在测绘行业中，数字化技术将会以测绘生产的形式存在，通过对数字化生产及技术进行管理，从而使其向信息化转变。在汽车模具制造行业，数字化将会以模具制造为主导实现汽车模具的设计及制造。

2.压力容器制造业的现状及发展

当前，国外的压力容器主要执行压力容器国际标准一体化，但随着全球经济一体化的快速发展，压力容器标准国际化将更加明显。压力容器在设计及制造中，会受到多重因素的影响，尤其是整个制造系统没有统一的管理及控制方案，将会直接影响到产品质量。在设计方面，采用AutoCAD、ANSYS、SW6以及PVCAD等设计软件降低了设计劳动强度，提高了设计效率，同国外数控技术管理部门相比较，我国压力容器在零部件的制作、焊接等自动化工序上、以及产品的精度和生产质量等方面还有着不小的差距。在设计理论研究方面，专家系统以及CAPP系统均已达到成熟阶段，但受到我国当前经济水平和企业经营规模的限制，对压力容器的设计和制造有着很大的束缚。

此外，我国压力容器在制造生产中也存在很多问题，其中主要表现在：①生产工艺的重复性以及多余的工艺，影响了产品生产周期和产品质量。②生产时没有严格按照国家规范及标准进行，导致产品存在严重的质量隐患等；③不同工艺在生产中脱节，导致产品生产周期过长，严重者将直接影响产品质量的优劣。

3.数字化在压力容器设计中的具体实施

压力容器在设计中，受到的影响因素有很多，例如，受到压力容器的强度，荷载的测试水平、几何尺寸等，其随机变量比较多，在设计时，引进先进的设计方法进行设计可以有效地提高相关变量的准确数据，使其结构更加接近实际情况。

压力容器在近年来的发展中，向着精密化、智能化、柔软化、网络化、集成化等方向发展。在设计发展中，压力容器设计实现了从手工绘图到计算机辅助设计与建模的过渡，当前常用AutoCAD、Pro/E、Solidworks等绘图软件进行图形绘制及建模，在保证图形质量的同时，大大提高了生产效率。

数字化在压力容器的应用中需要解决以下几个方面的内容：①建立统一的产品模型，向标准化方向实施，保证产品在维修阶段的有效性和统一性。②建立数据交换标准。使其达到有效的信息交换，保证各个阶段的动态联盟。③数据集成。使其完成管理系统、组织系统之间的数据管理和共享。④过程集成。完成现代化工艺流程化，使其整个生产过程统一化和简单化，在生产的过程中完成自动化管理和生产。

4.数字化在压力容器制造中的具体措施

数字化制造在压力容器中的应用，①从压力容器产品设计研发角度应用，则利用计算技术辅助设计CAD/CAM等软件平台，如配套应用建模分析方法有AutoCAD、Solidworks、Pro/E等制图软件平台，能够有效保障设计效率提升，使之与生产加工达到紧密衔接。②从产品加工工艺应用，CAPP是实现计算机辅助设计CAD/CAM到产品制造系统的桥梁，通过计算机技术，以系统化、标准化方法，确定零件或产品从毛坯到成品的制造工艺流程方法与技术，与传统工艺相比，CAPP能够提高工艺文件质量与工作效率，减少工艺编制工作对工艺人员技术的依赖，缩短工艺准备工作，建立工艺知识库。③从压力容器生产制造过程中应用数字化技术，首先建立可靠的PDM平台，然后配套应用计算机辅助设计手段、数控加工设备、焊接机器人等先进的生产装备流水线作业。我国当前的机器人技术已经较为成熟，可以根据对生产设备和管理技术的控制，实现工业机器人的自动化生产。

此外，在压力容器产品设计建模阶段，也应当建立一种可以展现产品全寿命周期数据的产品模型。此时，则需要考虑产品数据交换、数据集成、功能集成等，以做好软件平台应用的接口自动化，强化客户端与服务器间的信息资源控制等，从而才能搭建有力的网络辅助设计平台，指导于压力容器产品的实践加工。

5.结语

随着科学技术的不断发展，我国数字化技术在压力容器设计与制造中的应用将更加成熟，并逐渐向着网络化、智能化、一体化等标准发展。同时，随着国外标准一体化的相关规范标准的建立，压力容器中相关技术的应用将会更加全面，更加快捷。本文对数字化在压力容器的设计与制造中存在的问题讨论的不够具体，以及相关技术的应用讨论的不够全面，此点将是笔者今后的重点研究方向。

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