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2014-01-11 13:18 来源:钢联资讯 作者:张雪

  首钢迁钢1580mm热轧工程,以自主集成国内外先进技术为基础,充分发挥国内的技术优势,努力建成具有国际先进技术水平的热轧生产线。首钢国际工程公司作为该工程的设计单位,在地下室综合管网设计中,打破传统的设计和设计管理模式,创建了PW多专业共平台三维设计系统,彻底改变国内同类型工程均依靠国外设计公司完成全部设计的现状,独立完成全部设计工作。到目前为止,首钢迁钢1580mm热轧生产线已投入生产,其地下综合管网设计已成为设计创新的一个典范,受到了业主和众多专家的好评。

1. 热轧地下管网三维设计研究背景
现代化热带轧机生产线是一条全部在自动化控制系统控制下的热轧钢板生产线。整个生产过程中所有相关的机械、电气、液压、润滑、除鳞、冷却水、通风、除尘等设备和控制系统,都必须严格按照规定的控制要求,准确、快速地完成各自的控制任务。任何延迟、偏差都可能直接影响到对产品质量的控制结果,严重的会直接导致全线停机,造成废品,降低轧线的年产量。
轧线整体工艺设备布置的显著特点:
1)全轧线的设备布置和设备间距必须严格根据工艺轧制程序的计算结果进行布置;设备的技术性能也必须与产品轧制控制要求相吻合,达到高轧制能力、高自动化、高控制精度、高速度、高可靠性。
2)为保证机械设备的快速、准确控制,采用大量液压、润滑、冷却水和压缩空气等辅助介质控制系统和控制设备,以及电气、自动化等控制系统。与被控制设备相连的各种控制元件、控制设备、介质管路和控制电缆的布置必需清晰、简洁、直接。
3)轧线长度的限制,决定了90%以上的液压、润滑、水、电气、自动化等控制系统的管线、电缆和控制设备必须布置在轧机地下室内。由于地下室内介质系统管道长度约达3.5万m以上;因此,设计上必须最大限度地避免各种管线的碰撞干涉,减少施工返工。
随着冶金工业技术发展,设计理念有极大进步。除满足必要的生产要求外,厂房布置整齐、干净、美观;足够的检修安装空间和通道;清晰的系统控制流程显示;设备管理更加系统、便捷、清晰和直观等各种人性化的工艺设备布置设计,越来越受到生产者的关注。
因此,全轧线的地下室综合管网设计是一个综合了工艺、设备、土建、液压、电气、自动化、水道、通风等多专业的系统设计工程。地下综合管网设计由于空间有限,有众多的管线布置,其设计程度尤为复杂。采用创新的设计手段开展设计,形成集成各个专业(如:建筑、结构、暖通、设备、电缆支架等)组成的全信息三维工程模型,已成为现代化工厂设计的发展趋势。
2. 地下管网三维设计技术特点
2.1系统整体的特点
1) 设计和设计管理人员的设计过程全部纳入PW多专业共平台三维设计系统的网络化管理之中。设计进度、设计质量的监控均在具有与最终工厂建设形象完全相同的三维模型中,实现动态控制,最终实现设计成本的控制;
2) 在具有统一的设计标准和标准数据库的系统环境下,确保各专业所有参与设计人员的设计成品的技术统一性;
3)在信息共享的统一平台上,利用直观的三维模型,确保同步设计的各专业设计成品,实现全过程的碰撞检查,提高设计准确性;
4) 利用计算机软件的数据功能,改传统的模糊材料模式为精确的施工材料,降低施工材料准备的非计划性浪费。
2.2. 形成全过程管理模式的计算机辅助设计管理系统
建设部颁发的《全国工程勘察设计行业2000-2005年计算机应用工程及信息化发展纲要》中提出:工程勘察设计行业计算机应用及信息化“十五”发展目标,建成以网络为支撑、专业CAD技术应用为基础,工程信息管理为中心,工程项目管理为主线,使设计与管理初步实现一体化的集成应用系统。首钢国际工程公司经过对国内外按工程组织流程和各级人员的职能和职责的不同,构建一个统一的信息网络平台--PW多专业共平台三维设计系统。将项目所涉及的各级管理人员及设计人员纳入平台的各个基本单元。具体组织模式和设计流程,如图1-3所示所示。
 
根据各单元的职责和相互之间的协调关系,组成人员在同一平台上实现协同设计,具体特点如下:。
1)独立设计
根据预先制定的技术方案、专业设计标准和预先录入的标准数据库,各设计人员在平台上本人的绘图权限范围内,完成全部设计任务。对其它人员的设计模型,该设计人员只有查看权,没有修改权和下载权,实现设计成品的技术统一性和技术归属的唯一性。
2)实现设计人员对整体工厂三维实景布局的设计审查和调整
同步设计状态下的各设计人员,通过在平台上所共享的其它设计人员的设计模型和相关技术信息,在设计过程中实现各专业设计模型的统一布局与合理避让。
3)协同工作
由各级项目负责人利用PW多专业共平台三维设计系统,随时发现各专业在设计进度上的不协调现象,以及管路、设备、土建基础间的碰撞等内容,及时沟通、解决。在保证管网系统集成性和整体性的基础上,最大限度减少设计过程中不必要的修改,以及大规模设计审查所造成的人力浪费,实现设计审查和技术监控即时化。解决因早期使用的软件所形成的信息孤岛及行政办公系统不完善等问题。提高设计质量,实现设计成本、进度和质量三大目标的控制。从而提高工作效率,降低管理成本。
4)精准设计
利用计算机软件的数据功能,改传统的模糊材料模式为精确的施工材料,随时提供各设计阶段的材料结果,满足施工单位分时段统筹安排材料准备计划的需求。
 
2.3 三维直观的工程设计显示和碰撞检查
彻底改变传统的二维图形显示模式,利用三维模型对土建基础、设备、管道和元件进行直观的空间定位、外形和技术属性(如管道编号、材质、型号等)的显示,直观地展示出地下室内全部土建基础、设备、管道和元件实际施工安装后的空间分布状态。在此基础上,充分发挥各级专业负责人和专家的技术与经验上的优势,有针对性地对整体工艺、设备、管网的布置方案展开优化设计。通过对设备移动、检修空间和路径的实况操作模拟,确保其具体实施方案的可行性和合理性,更好地服务于安装模拟、生产操作培训、维修模拟,非常有利于现场的施工顺序和配管的技术指导,以最大限度地避免返工,加快施工进度。
在设计过程中,利用三维设计软件的三维模型碰撞检查功能和先期建立的标准数据库,将图纸审查放到整个设计过程中,最大限度地减少在传统的二维图形上,完全依靠设计人员的图面分析和尺寸计算而造成的人为因素导致的设计缺陷。
设计过程的碰撞检查中,得到如图4所示的严重碰撞图片约180幅。
 
3 经济效益和社会效益
3.1 经济效益
预先的碰撞检查所减少的施工返工,将最大限度地减少施工材料的损失和施工工期的拖延。单纯的管道施工变化,时间不会超过3天。但如出现凿除基础的土建返工,时间有可能超过一星期。如果此种返工出现2处以上,则必定会影响总的投产工期一星期以上。在各项工期安排非常紧凑的情况下,几乎没有抢回的可能。以首钢迁钢1580mm热轧工程为例,其达产后的日产量可达1.4万t以上,则提前达产一天的利润可达数百万元。因此,最大的损失应是工期的拖延。
由于后期工期的紧张,管道修改后的清洗处理质量常常会失去保证,造成试车和试生产期间的系统故障和元件损坏。目前,系统使用的关键元件多为进口产品。一旦损坏,经济损失较大;且订货周期多达6个月以上,一定会影响正常的试车和生产。
施工过程中,施工者可以利用三维管线图进行管材下料的最优化组合,减少边角料的消耗量。常规设计中通常按3%-5%考虑边角料的消耗量。热轧车间的总管材消耗量约为3.5万t,其中液压润滑的管材消耗量约为1.5万t。如按减少消耗量2%计算,则总量为300t。液压、润滑管线多为不锈钢材质。按4万元/t计算,节省费用约为1200万元。
三维管线图更有利于施工者和生产人员对复杂的管线流程和元件位置的理解和掌握,便于试车和生产过程中的故障判断。通过进一步开发,可以利用元件的检测信号,通过立体的三维管线模型,构成全车间介质系统的立体故障检测网络,便于生产人员对故障点位置的查找和判断,实现介质系统生产管理模式的更新和改善。
3.2 社会效益
首钢国际工程公司的PW多专业共平台三维设计系统改变了传统的设计习惯,进行了大规模的顺行模式下的三维设计和动态的、参数化的设计分析。使用先进的三维工厂设计软件,建立了基本完整的三维模型,为今后全面开展工厂的三维设计打下基础。保存了高水平的数字化模型,为将来开展相近的三维设计提供了高标准的参考模型。通过在首钢迁钢1580mm热轧工程地下室综合管网设计上的应用, PW多专业共平台协同设计管理技术填补了冶金行业在三维工厂设计应用上的空白,为今后大型钢铁厂的三维工厂设计提供了宝贵经验。
4 研发团队
地下综合管网三维设计创新是在总结了公司以往多个工程的设计经验的基础上,结合计算机软件技术的不断发展所做的一种新的尝试。首钢国际工程公司地下管网三维设计技术研发团队在教授级高级工程师张雪的带领下,由高级工程师秦艳梅、郑冰和青年设计骨干杨鑫、李磊、王洪兴等公辅专业技术人员,以及张严、朱淑悦、王岩、高芸等计算机专业技术人员共同组成。在技术研发中,采用了三维建模、三维设计、PW共平台网络系统等各种先进的设计手段,参考了国内外先进的工厂设计和管理理念,集中了首钢国际工程公司历年工程中所积累的设计经验,经过不断地探索和革新,形成了一整套完整的设计和设计管理模式。为首钢国际工程公司提高设计和设计管理水平,提高工作效率,拓展设计业务范围,做出了有益的尝试和创新。
撰稿人:张雪

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