基于Revit设备族库的电机工厂三维工艺布局

王学宇，江涛，谢

（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 410007）

厂房建设是制造企业进行生产活动的开端，也是最重要组成部分之一。不同于一般的房屋建设，厂房建设因涉及生产设备而更加复杂、更具不可重复性。工艺布局规划就是要对生产设备进行合理布置，使之形成高效生产力，并据此对厂房主体进行设计。正因如此，工艺布局规划在工厂设计中显得尤为重要，它是厂房设计的最重要组成部分，科学合理的工艺规划可以使设备运行更加高效、工人操作更加便捷、物流运转更加顺畅、车间管理更加有序。随着整个社会信息化、智能化发展不断深入，三维工艺规划越来越受到重视。本文就三维工艺规划的优势和可行性进行了探讨，重点阐述电机工厂三维工艺设备族库的建立，为电机工厂的三维工艺布局提供了可能性。

1 二维工艺布局与三维工艺布局对比

工程图纸是工程设计中信息沟通与信息传递的重要媒介，从前期方案交流讨论到最终施工蓝图，图纸作为设计师与业主、施工方等各方之间交流的工程语言，发挥着极其重要的信息传递作用。图纸所表达内容的完整性、准确性、可续性以及可读性对其所传递的信息能否被完全理解有着最直接的影响。当前工程设计中，二维设计仍是主流，设计师与业主、其他专业设计师之间的交流沟通均以二维图纸为对象。在车间工艺布局规划中也是如此，其图纸表达方式主要为以建筑平面图为基础进行二维样片规划，同时借助剖面对最高设备高度进行体现。该方法简单、易行，可以直观反映出建筑物与设备之间、设备与设备之间的平面相对位置关系，有助于提高车间平面利用率，也为工艺设计工程师与业主、其他专业工程师等相关人员的沟通提供了一种可能性。但实际应用过程中，二维工艺布局仍存在明显不足。一方面，它无法反应设备、厂房之间的空间位置关系，尤其是有行车、管线复杂的车间，易造成设备、行车、管线、建筑物门窗等之间的相互干涉。另一方面，二维设备样片是二维工艺布局中最重要的组成部分，样片的设计与制作过程中，为了便于表达对设备进行了不同程度的简化，很多样片非专业人员无法识别，更不用说对其空间结构的理解。这就必然导致沟通过程中的反复与不畅，形成沟通障碍，甚至造成误解，不利于更优工艺布局方案的形成，也不利于其他专业工程师在设计过程中综合考虑设备对其设计的影响。

三维工艺布局可以很好的规避上述两方面问题。三维表达方式更直观、更美观、更符合人们的视觉习惯，让每个人都能轻松读懂布局规划内容。方案设计阶段，采用三维工艺布局这种直观的表达方式，有利于企业高层管理人员对工艺方案的理解，引导他们从宏观上对设计方案提出建设性意见和原则性事项，从而设计出更契合企业实际需求，能同时满足操作工人、车间管理人员、工艺规划人员以及高层管理人员等各方面需求的工艺方案。这样的方案能最大程度的避免后期设计过程中方案的大幅调整甚至推倒重来，也就避免了因此而造成的设计上的反复，对项目的顺利推进大有裨益。设计过程中，三维工艺布局可以与其他各专业实现协同，让设备在各专业设计中有效体现，从而避免各专业与工艺设备之间的干涉或可能存在的相互影响。此外，三维布局还对工艺设备的安装、吊装方案制定有一定的指导意义。

2 三维工艺布局难点分析

相比传统的二维工艺布局，三维工艺布局优势显著，却难以在实际设计中得到推广和普及应用，究其原因，主要受制于以下三个方面：三维软件的选择、技术团队的组建、设备模型库的建立。

首先是设计软件的选择。三维工艺布局必然需要用到三维设计软件，事实上，目前市场上可用于三维工程设计的软件很多，也有专门用于工艺布局与仿真的软件，孰优孰劣各有说法，每种软件的侧重点不同而已。因此，本文不再赘述各类软件之优劣，只阐明如何选择适合设计院自身的设计软件。需要注意的是，工厂是一个涉及不同专业的庞大综合系统，工艺专业虽然是各专业的龙头，但并不是唯一组成，还有总图规划、建筑、结构、给排水、暖通空调、动力、电气等专业。因此，在选择设计软件时必须兼顾各专业，与此同时，还应考虑设计院当前所应用三维软件的实际情况。中机国际工程设计研究院有限责任公司作为一家综合性设计研究院，较早的开展了Revit的三维设计工作，并已成熟应用于多个项目。Revit具有较强的族库模型建模能力，大部分工艺设备可直接用其建模。而对于复杂工艺设备或者要求比较精细的非标设备，可以采用Inventor软件。Inventor软件是一款工艺设计软件，有强大的模型搭建能力，新版Inventor软件可以简单实现与Revit的数据交换。在Inventor中定义的接头可以在Revit中通用，且模型可直接导出为Revit中的族文件。因此，采用Revit进行三维工艺布局是可行的，可以实现各专业的协同设计，有利于高效完成整个厂房系统的设计。

其次是技术团队的组建，软件是工具，三维工艺布局能否实现关键还是在于设计师能否用好软件。中机国际成立了专门的BIM设计数字化信息所，其设计作品屡获大奖，该所的工程师能为三维设计提供必要的技术支撑。与此同时，通过定期培训，全院的工程师均具备了BIM设计能力，工艺工程师能独立运用Revit完成族模型的建立、进行工艺布局。

第三，是工艺设备模型库的建立。工厂设计涉及的工艺设备种类各异、数量繁多，因此，必须对各类各型号设备进行一一建模。为保证表达的准确性，三维工艺布局里的设备模型不能简单用一个长方体或圆柱体示意，而应与实际设备在外形尺寸、组成部件等方面保持一致，且颜色外观也应基本相近。再加上各设备复杂程度不一，建模时间很难预估，但必然远远超过二维样片。因此，有必要建立一个种类齐全、数量众多的模型库供设计使用。实际设计过程中，除个别非标设计需要单独建模外，大部分设备可以直接从模型库中选用或只需进行少量调整即可使用，只有这样，才能确保设计的高效性。上述三个方面对大部分设计院或设计师而言，由于没有良好的技术积累，很难突破。对于笔者所在的设计院，前两个方面实际上已经有了相应的解决方案。因此，第三方面工艺设备模型库的建立，才是能否实现电机工厂三维工艺布局的关键所在。

3 电机工厂设备族库的建立

电机是一种实现电能向其他形式能量（主要为机械能）转换与传递的机电装置。作为一种复杂的机电耦合系统，电机生产制造流程比较复杂，主要生产设备包括机加、冲压、焊接、电工、装配、起重运输等。为确保族库模型在工艺布局时的完整性与有效性，电机工厂设备族库需包含上述各类设备，且模型所含信息应包括设备外形尺寸、功率、加工能力参数等。因此，建立电机三维族库并不是一个简单的建模过程，而是一项系统工程。设备族库的建立第一个需要解决的问题是必须收集足够多、足够准确、符合设计要求的设备信息。在实际信息收集过程中，主要途径包括我院60余年积累的设计文件、工艺专业设计中积累的产品样本、各主要厂家官网上相关设备资料以及通过电话咨询、参加设备展等收集的资料。为保证模型库的实用性，所收集产品信息针对性较强，所选设备均为电机行业常用的且较为先进的设备。然后是对收集的信息进行分析、整理。为提升建模效率，便于实现设备模型的可参数化，在保证设备外形完整性与可识别性的前提下，对设备进行适度简化，同时，对所有设备进行分类，确定模型命名原则，方便日后管理。最后，根据整理好的设备信息，用相关软件对所有设备分类建模。目前，共完成电机工厂设备模型400余台套，通过参数化可以实现至少1000余台套设备模型，基本满足电机工厂工艺布局需求。

4 三维电机工厂机加车间示例

在Revit软件中，应用所建立的设备模型库，对电机机加车间进行三维工艺布局，如图1所示。设备模型包括数控卧车、数控立车、外圆磨床、地脚铣床、数控键槽铣床、摇臂钻床、落地镗铣床、平衡吊、行车、立体库等。图1中，可以清晰的观察到各设备的位置及其与附近设备、厂房的空间关系，据此可以更直观的对车间工艺布局进行讨论、优化。

图1 机加车间示意图

5 结语

本文以电机工厂三维工艺布局为研究对象，在对三维工艺布局的优势及难点进行分析的基础上，详细阐述了建立设备族库的必要性以及建模过程。该设备模型库的建立，使电机工厂三维工艺布局成为可能，提高了工厂设计过程中的可视性，对更科学、更合理工艺布局的形成具有重要意义。