大型龙门起重机CAD自编程生产设计与应用

冯 田,俞 峰

(中船江南重工股份有限公司，上海 200023)

大型龙门起重机CAD自编程生产设计与应用

冯 田,俞 峰

(中船江南重工股份有限公司，上海 200023)

使用电气AutoCAD+Windows LISP软件可缩短生产前的设计周期，减少生产过程中不必要的生产环节及人工消耗，以提高生产效率，降低生产成本，确保产品质量。采用AutoCAD+Windows LISP自编程生产设计方法，完成大型龙门起重机电气原理系统图设计、工艺文件编制、生产施工图设计、建造进程监控及整机系统预调试提交，满足了造船配套用上千吨级、大跨距龙门起重机建造的生产形势需求，缩短了建造周期，可降本增效，确保了吊机质量。使用电气AutoCAD+Windows LISP软件参与生产设计与制造，给龙门起重机建造提供更好的生产设计保障；为今后特大型龙门起重机(千吨级、大跨距)的建造提供强有力的辅助保障手段，也为造船大吨位构件翻身提供优质重器，从而更好地服务与造船业。

龙门起重机;电气CAD;自编程软件;软件应用；生产设计

0 引言

近几年来，随着国家经济建设的快速增长和国际航运能力的提升，大型船舶的需求量增大，大型龙门起重机的使用量也越来越多。作为造船厂的生产必需设备，传统设计手段跟不上龙门起重机新产品的开发需要，因此，运用计算机辅助设计来进行产品的开发和设计，在极短的时间内完成繁重的设计任务，是目前迫切需要解决的问题。

起重机电气CAD软件(Crane Electrical Computer Aided Design System，电气CAD)是适应龙门起重机制作，自主开发的LISP自编程软件，按国家标准设绘电气图纸，起重机设备配置选型等的计算机辅助设计。它不仅适应于新产品辅助设计，而且也可对国外产品的电气图纸进行设计转化，在起重机的电气设计方面，具有很大的推广价值。

1 自编程生产设计软件开发目的

目前龙门起重机向大型、特大型发展,自动化程度更优更先进,原龙门起重机生产设计软件已无法满足要求。为缩短设计周期，必须改进和优化计算机辅助设计软件，确保每个产品有超过200 m2电气图纸量。利用计算机技术，按国家标准，在整合过去原有计算机辅助设计软件基础上,充分参考外单位有关电气CAD软件的使用经验，结合龙门起重机分段建造，总体提升的生产特殊性，开发符合本单位龙门起重机生产设计要求的应用软件。自编程生产设计软件开发目的主要有：

(1)立足龙门起重机电气设计，加强龙门起重机生产环节的管控，掌握成套设备的基本参数、采购信息的反馈、配套辅材的设计加工制作信息、施工中随机加工构件信息、产品部套打包信息、工作量完成信息，加强龙门起重机电气设计，提高设计的标准性，缩短起重机制造周期。

(2)使用自编程生产设计软件可在设计图纸的管理上，带来新的管理手段和方法，即电脑+光盘+辅助设备管理模式为存档手段。档内图纸资料有序合理，查询调取方便，管理机动灵活，满足生产设计随时调阅，图纸资料无纸化存档。

(3)引进环保理念。以往生产一台龙门起重机电气图纸要二十几套，使用自编程生产设计软件，可降低至十套，既节约大量纸张，又降低设计成本。另外，产品前期营销，投标方案设计，龙门起重机电气设计更改工作都能在自编程计算机辅助下进行，安全可靠。

(4)以公司远期目标做大做强做实为目标，加强营销投标中的方案设计变更速度，合理利用计算机及生产中的各种资料与信息，为公司转型发展提供良好的辅助设计包。

(5)跟踪国内外新的电气CAD软件技术，提高工程技术人员设绘能力和应用技巧，减免工程技术人员案面工作量，以更高的工作效率服务于生产。

2 软件的组合及软件绘图技术方案

2.1 自编程软件的组合

(1)以自编程生产设计软件为设计手段去补充原有的电气CAD软件设计模式的组合，是适用于龙门起重机生产建造的新辅助设计包，为满足新的生产需求而跟进发展的，不断补充新的软件元素的软件组合体，可全方位为生产服务。

(2)积极开发陆用起重机的标准电气图形模块530个。优化基础软件，AutoCAD图形库进行分类整理。电气模块建模，从常用元件符号模块到非常用元件符号模块、小型常用标准图形模块，建立专门的检索数据库接口，充分考虑其使用的便利性。

(3)开发大容量接触器、开关组合图形模块40个，继电器组合图形模块20个，电机组合图形模块30个。这些模块是多机种起重机常用控制模式归纳采集的，实用性更强。

急性胸痛在急诊内科中是一种常见的疾患[1-2]，指的是突发性胸痛，病情严重者甚至会危及到患者的生命安全[3]，当出现急性胸痛时，应立即去医院进行X线检查、心电图检查，及时确诊并接受对症治疗。急性胸痛的病因复杂，确诊难度大，常见的病因包括张力性气胸、急性主动脉夹层、急性冠脉综合征、急性肺动脉栓塞等，及时鉴别急性胸痛的病因，对于挽救患者的生命及改善预后存在重要意义[4]。超声心动图是一种操作简单且无创的检查方法[5]，本文旨在探讨其应用于急性胸痛诊断中的效果，择取我院收治的急性胸痛患者80例开展本次研究，具体内容见正文阐述。

2.2 优化后标准绘图技术方案

目前探讨的自编程生产设计软件组合图形是在以前的标准绘图技术方案基础上优化的，实行局域连网，利用单核PC处理器也可用双核PC处理器处理绘图文件，进行图形输出，高效出图。绘图技术方案如图1所示，从该图可见其基层是软件和Win XP系统，绘图软件采用的是AutoCAD 2007版。图中第3层为电气CAD软件的绘图实体，内有几个LISP数据文件，通过对CAD LISP文件的编译，完成了对电气图形模块的调用接口的处理。同时为了绘图者的操作方便，在第4层开发了中文操作菜单文件。这样，绘图者可以在菜单的引导下，以人机交互的操作方式进行绘图，可以快速调用模块，按既定的控制系统要求，搭建所需的图形，比如：逻辑原理图、电气控制原理图、液压系统原理图等。由此可知，工程技术人员只要经过一定程度的简单培训，就能掌握软件要点，按操作规则进行操作，更能在短时间内熟练设绘图纸，成为电气工程师们的好帮手。

3 软件的组合及软件绘图实施

3.1 绘图应用实例

自编程生产设计软件在300 t大型龙门起重机上首次得到综合应用。从最初的营销投标到中标后的起重机整体设计、生产设计及施工设计，在短时间内完成电气设计项目其辅助设计软件包起到关键作用。自2009年2月正式将自编程生产设计软件包作为起重机电气系统设计和生产设计的基本设绘手段。为了能尽快推广实施软件在大型龙门起重机上电控系统中的应用，选择300 t龙门起重机的起升机构、主辅电源供电、行走机构电控系统、维修吊变幅机构、旋转机构等部套进行投标方案电气设绘。目前，已完成300 t门式起重机的设计、绘图工作，该软件得到综合应用。

图1 绘图技术方案

由自编程生产设计软件包设绘的300 t门式起重机报警系统图纸已交付。从运用效果来看，工作效率提高6倍，设绘质量大大提高。使用普通机绘，字最小2.5 mm，现在计算机绘制打印的话可小至1.5 mm，分辨率高。0号图纸可切绘于多张A3号图纸，装订成册便于施工灵活查阅。

3.2 应用流程图

图2 软件应用流程图

从图2可知，自编程生产设计软件主要用于招投标、电气设计、生产设计，通过局域网实施连机多台操控设计绘图。通常从设计菜单选择目标类型入手，做你想要的那一款设计。比如，选电气设计这一款，必须先进行电气原理预设计，随后做电气控制模式预设计，然后启动电气原理图CAD LISP进行计算机设绘工作。通过图形预览，可重新返回CAD LISP进行原理或图形结构的修改、修饰工作。上述工作可重复进行，根据用户需要随时修改。目前，已经把定型产品400、600、900 t大型龙门起重机等定型产品的电气原理图输入作了技术储备，为特大型龙门起重机的建造创造条件。

图3所示为库中已建成的部分电气模块，运用上述操作，可绘制电气流程图、逻辑控制图；电气原理图、系统图、接线图；电气元件、设备布置图。

如果将气动阀件、电磁阀件、流量控制阀、压力阀、溢流阀、方向阀、油箱等制成模块，加上电机模块，可绘制液压控制系统图。

图4所示是龙门起重机控制常用模式，即主控模式基本上是驱动变频器+主站PLC+远程PLC+I/O模块，且远程PLC+I/O模块控制站多，输入、控制对象基本雷同。

预设计一个远程PLC+I/O模块控制站组合模块，可拆分、修改，模块变动的是输入输出点数和外围设备数量，驱动变频器主回路控制图也可建成模块，它变动的是电机和制动单元，如图5所示。

图3 模块库示例

图4 控制常用模式示例

这样，当龙门起重机设计项目开展时，从招投标设计到电气系统设计都可以套用上述组合模块，绘制想要的电气图，计算材料、统计设备、估算成本。软件除了在设计上的应用外，可在其他门类起重机制造中推广应用，如门座起重机、船用克令吊等，从而降低成本和零出错率。

3.3 生产设计转化实例

经过半年多的实践，已将电气CAD自编程生产设计软件设绘技术推广到许多非船产品的设计转化中去，并取得了明显的效益。

例如利用电气CAD软件，对外来图纸成功地进行设计转化，满足设计要求，800 t大型龙门起重机的设计转化就是例证。该龙门起重机是3台套适用于船舶的平台造船和船坞总装,实际要求中需要设计方提供全套的施工电气图纸，但原图的设计深度远不能满足施工要求。为此，利用电气CAD自编程生产设计软件，对原设计图纸深化设计，电气成套设备配置选型、成本控制；优化补充电缆槽板走向；各类辅材统计、机座配套设计。用该软件设计中继接线箱、插座箱、岸电箱等。在项目建设中，软件发挥了积极作用，图纸设计、转化时间仅1周，缩短了设计周期，积累了大量电气标准图集和模块库。

图5 变频器组合模块示例

4 自编程生产设计软件的优势

下面就龙穴造船基地600 t门式起重机报警系统原理图的设计过程，详细说明该软件的运用过程。

龙穴造船基地600 t门式起重机电控方式独特，起升、纠偏、整机同步运行、双机联动等要求非常高，相应的报警系统极为复杂。往往一个报警信号产生，须在1 s内完成响应，技术难度大。考虑到这些因素，在原理构思上决定采用SIEMENS的远程ET200可编程控制器+主控S7-300 Power PLC集控模式，使用CAD软件手段来设计。采用这种集控模式的好处在于控制柜内外主、控回路减少，电气元件使用量降低，相应电控柜也减少，外围电缆减量。ET200控制器是SIEMENS通用产品，技术含量高，运行性能优越，利用编程它能将各种信息按优先级要求组合在一起，经程序运行后达到控制目的，且作图简便。利用CAD自开发软件技术，用软件绘制编程所需的梯形图，采用大方框原理构思来体现它，用梯形图设计报警系统中的优先级逻辑控制要求，信号的输入、输出及报警响应符合秒内要求，如图6 所示。如起升高度限制、起升重量超载报警系统及重量显示报警，用梯形图编程设计整个系统，构思清晰、条理分明，如用户还需要增加其他报警功能，则随时可用CAD软件修改，体现了更改速度快、适应性强的特点。

图6 故障报警梯形图示例

自编程生产设计软件在图上可完整输入了报警功能波型图，图上报警系统供给电源、呼喊、遥控系统一一显示，还可充分利用CAD软件图库系统的拷贝、镜像、旋转、缩放等多功能手段，采纳的电气元件符号统一规范，符合国际标准。

5 自编程生产设计软件的价值与联想

自编程生产设计软件装机于普通的单核PC就能满足基本需求，同样适用于INTEL酷睿系列的产品。运用色彩图层分类操作，可以将电源、控制线路、电气元件等分层立体设计，使电气设计产品更直观明朗，且鉴于电气图纸在WIN下256色下即能满足设计要求，所以软件运行速度在当前主流机器配置的情况下运行速度快、作图精准。

由于目前上海定位于国际金融港和国际粮食中转站等国际化的港口建设目标，尤其高桥保税区等项目的规划，毫无疑问将很大程度上利好航运造船业，也将很大程度上提升国内外各家大型船舶企业对适用于大型分段制作的龙门起重机的需求，智能化制图是一个重要的保证手段，因而CAD自编程生产设计软件较高的推广价值。电气设计只需要在二维的UCS坐标体系下完成电气图纸的平面设计，将来可在现场施工人员智能手机和各类PAD上查看比对，实现电气施工无纸化。公司在2013年推广的电子签章也为自主研发CAD电气软件提供了助力。

6 结语

目前，大型龙门起重机的建造从电气原理设计、生产、施工设计始终贯穿着自编程生产设计软件AUTOCAD LISP的开发和应用，在电控、机械、结构系统全面使用，对所承接的起重机项目的变化，都不会影响生产设计这一环。AutoCAD LISP软件如何与其他相关专业配合，结合生产实际，提高生产设计能力、确保高质量建造要求；如何实现有效的人机互动，提高生产效率并推广应用于其他领域，AutoCAD LISP软件升级产品的技术跟踪，值得探究。

2013-07-20

冯田(1960-)，女，高级工程师，从事船舶与港口成套设备的电气设计工作；俞峰(1981-)，男，高级工程师，从事船舶与港口成套设备的钢结构及计算机设计工作。

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