玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)的最新進(jìn)展

摘 要：在所有玻璃鋼產(chǎn)品中，隨著設(shè)計技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)展最為迅速的當(dāng)屬玻璃鋼管道與容器。本文著眼于國際、國內(nèi)兩大市場，深入分析了玻璃鋼管道與容器在設(shè)計技術(shù)和軟件開發(fā)方面的現(xiàn)狀，分析了我國玻璃鋼管道與容器在設(shè)計技術(shù)方面存在的問題與不足，通過對比找出了國內(nèi)外存在的較大技術(shù)差距，最后針對性地提出了提高玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)水平的有效對策，旨在為切實(shí)推動我國玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)水平，縮小國內(nèi)外設(shè)計技術(shù)差距提供有益參考。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼管道與容器；設(shè)計技術(shù)；差距；發(fā)展進(jìn)展；對策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.194

0 引言

自1958年玻璃鋼工業(yè)興起至今，已有五十多年的歷史，最初的玻璃鋼管道與容器大多是服務(wù)軍工的。由于我國玻璃鋼管道與容器起步較晚，因此在最初的設(shè)計技術(shù)時也主要是參考借鑒國外的設(shè)計原理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)八十年代末，通過引進(jìn)意大利進(jìn)口的設(shè)備和技術(shù)，冀縣中意玻璃鋼廠嘗試著建立玻璃鋼生產(chǎn)線，開始生產(chǎn)民用纏繞類的管道與容器，成為我國第一個專業(yè)的生產(chǎn)玻璃鋼管道與容器的生產(chǎn)廠。但由于20世紀(jì)80年代正值改革開放之初，我國生產(chǎn)玻璃鋼管道與容器所需的樹脂、纖維等原材料比較匱乏，品類較少，因此無法滿足生產(chǎn)玻璃鋼管道與容器的需求。

1 我國生產(chǎn)玻璃鋼管道與容器設(shè)計發(fā)展歷程

最初引進(jìn)意大利的設(shè)備時引進(jìn)的蓮花設(shè)計程序進(jìn)行鋪層計算工具的編寫，采用的計算理論也源自國外的技術(shù)資料和數(shù)據(jù)。隨著我國玻璃鋼管道與容器領(lǐng)域技術(shù)人員研究的不斷深入，在20世紀(jì)90年代，學(xué)術(shù)界李卓球教授與中意玻璃廠負(fù)責(zé)人岳紅軍共同編寫并出版了《玻璃鋼管道與容器》，它的出版成為我國該領(lǐng)域設(shè)計理論進(jìn)一步成熟的重要標(biāo)志。由于80年代末90年代初我國在該領(lǐng)域的設(shè)計技術(shù)主要采用手工繪圖配合計算器，因而將該階段玻璃鋼管道與容器設(shè)計稱作圖板設(shè)計時代。

到了20世紀(jì)90年代，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和我國對玻璃鋼管道與容器設(shè)計理論研究的逐漸深入，我國在吸收借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：如玻璃鋼化工設(shè)備設(shè)計規(guī)定（HG/T20696-1999）等標(biāo)準(zhǔn)均在這一階段制定。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)玻璃鋼管道與容器所必需的原材料日益充足，我國利用CAD繪圖技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)實(shí)際于1997年建成了第一個1.5萬噸級的玻璃纖維拉絲池窖。這一階段被稱作初級CAD時代。

隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)以來，各種原材料富足，生產(chǎn)設(shè)備更加先進(jìn)，技術(shù)也日益成熟，我國已經(jīng)具備出口生產(chǎn)玻璃鋼管道與容器的能力。截止2007年底，我國已經(jīng)擁有56座池窖拉絲，年生產(chǎn)能力高達(dá)162萬噸，且出現(xiàn)了ERC等高端新產(chǎn)品，具備了出口玻璃鋼管道與容器的實(shí)力。同時，制訂了符合新時期要求的國家標(biāo)準(zhǔn)，如：玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管（GB/T21238-2007）等一批標(biāo)準(zhǔn)問世。在技術(shù)日漸成熟的同時，我國熱固性玻璃鋼的產(chǎn)量也在逐年上漲，從1987年的3.2萬噸增長到2008年的170萬噸，目前我國玻璃鋼的產(chǎn)量位居世界第二。除了熱固性玻璃鋼的產(chǎn)量增長外，不飽和聚酯樹脂、玻璃纖維產(chǎn)量均快速增長。2003年至今，我國的玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)發(fā)展到CAD自動繪圖階段，通過使用全自動的玻璃鋼管道與容器設(shè)計軟件和有限元分析設(shè)計軟件，在短短的30分鐘內(nèi)即可完成設(shè)計，非常地高效。

2 玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)的主要特征

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是以傳統(tǒng)設(shè)計理論與方法為基礎(chǔ)，以計算機(jī)廣泛應(yīng)用為標(biāo)志，具有信息時代特征的一種設(shè)計技術(shù)。[1] 該技術(shù)在玻璃鋼管道與容器設(shè)計方面的推廣應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，不僅大大縮短了設(shè)計周期，降低了企業(yè)的經(jīng)營成本，也使玻璃鋼管道與容器的質(zhì)量得到很大改善。玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

一是較高的自動化程度。隨著發(fā)達(dá)國家對工程設(shè)計投入力度的加大，計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，它將取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計，通過先進(jìn)的計算機(jī)軟件來輔助計算機(jī)繪圖，并通過分析不斷對設(shè)計修改和優(yōu)化，逐步實(shí)現(xiàn)CAD設(shè)計的集成和智能化。近幾年，我國各大科研院所和高校加大對計算機(jī)設(shè)計的研究力度，將研究設(shè)計成果推廣到各大玻璃鋼管道與容器生產(chǎn)企業(yè)，取得了較好的成果。CAD和工程數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，不僅使設(shè)計進(jìn)程加快，設(shè)計效率提高，設(shè)計質(zhì)量改善還因能夠自動計算生產(chǎn)成本、自動生成圖紙為玻璃鋼管道與容器設(shè)計和生產(chǎn)奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

二是較高的精確度。傳統(tǒng)的設(shè)計所采用的載荷和應(yīng)力模型使得存在著較大的誤差，而目前推廣的設(shè)計技術(shù)由于在描述載荷應(yīng)力外界環(huán)境因素時采用概率設(shè)計，使用的分析工具和建模手段更加先進(jìn)，因而準(zhǔn)確度大大提高，玻璃鋼管道與容器設(shè)計的精確化程度也得到明顯改善。

三是具有比較規(guī)范的設(shè)計文件。玻璃鋼管道與容器有了明確、規(guī)范化的設(shè)計和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，使得設(shè)計和生產(chǎn)有章可依。同時還有規(guī)范化的計算過程，它通過將諸多參數(shù)固定后進(jìn)行CAD設(shè)計，再將設(shè)計出的結(jié)果進(jìn)行檢測，經(jīng)比對修訂后確保整個設(shè)計過程規(guī)范統(tǒng)一。玻璃鋼管道與容器包括設(shè)計圖紙、設(shè)計表、成本表、力學(xué)性能表等規(guī)范化的設(shè)計文件。

四是具備海量的數(shù)據(jù)庫信息作支撐。玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)是需要具備海量的數(shù)據(jù)庫為支撐的，常見的有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、樹脂防腐蝕數(shù)據(jù)庫、纖維數(shù)據(jù)庫以及法蘭數(shù)據(jù)庫等，這些數(shù)據(jù)庫的存在使得玻璃鋼管道與容器設(shè)計有充分的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 國外技術(shù)進(jìn)展介紹

在歐美國家，由于對玻璃鋼管道與容器設(shè)計投入力度大，研發(fā)創(chuàng)新、工藝改進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得這些國家掌握著該領(lǐng)域的核心技術(shù)并引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)向標(biāo)。

在復(fù)合材料行業(yè)常用的有層合結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析軟件、FEA軟件、RTM軟件、結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件以及聯(lián)合設(shè)計軟件包等軟件，它們大多基于航空領(lǐng)域的高科技需求。通過不斷深入研究，上述程序正在逐漸應(yīng)用于玻璃鋼管道與容器設(shè)計之中，而且優(yōu)勢正在進(jìn)一步凸顯。例如DIGMAT目前被廣泛應(yīng)用于工程塑料領(lǐng)域，它具有很強(qiáng)的增強(qiáng)線性和非線性性能的作用，因此這些軟件越來越得到青睞，并且成為產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新的原動力。這些軟件在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)中的應(yīng)用，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)省設(shè)計開發(fā)時間和生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)難度更高、體積更大的產(chǎn)品、使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地具有十分重要的作用。目前，昆明中天達(dá)玻璃鋼開發(fā)有限公司就應(yīng)用上述軟件進(jìn)行玻璃鋼的設(shè)計研發(fā)。

4 我國與發(fā)達(dá)國家在玻璃鋼管道與容器設(shè)計方面的差距分析

我國近年來雖在玻璃鋼管道與容器研發(fā)設(shè)計方面取得了一定成績，有的項(xiàng)目甚至趕超發(fā)達(dá)國家，但從整體看我國在玻璃鋼管道與容器設(shè)計方面還存在著不小的差距。

一是缺乏足夠的自主研發(fā)設(shè)計軟件。設(shè)計軟件作為先進(jìn)生產(chǎn)力的代表者，對于生產(chǎn)出高品質(zhì)的玻璃鋼管道與容器具有舉足輕重的作用，但由于我國缺乏自主研發(fā)的軟件，不能將設(shè)計技術(shù)成果及時總結(jié)，將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，導(dǎo)致我國的自主研發(fā)后勁不足，無法與發(fā)達(dá)國家技術(shù)抗衡。

二是對該領(lǐng)域的理論研究不到位。在對玻璃鋼管道與容器基礎(chǔ)理論研究方面，我國與發(fā)達(dá)國家存在著較大的差距，這一方面與玻璃鋼管道與容器生產(chǎn)企業(yè)對基礎(chǔ)理論研究重視不足有關(guān)，另一方面與缺乏專業(yè)的技術(shù)人員密切相關(guān)。只有具備堅實(shí)的基礎(chǔ)理論，基于理論進(jìn)行富有知識含量的設(shè)計，應(yīng)用最新的設(shè)計軟件，才能為設(shè)計出具有較高技術(shù)含量的玻璃鋼管道與容器奠定堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。

5 縮小與國外差距，實(shí)現(xiàn)設(shè)計技術(shù)發(fā)展對策分析

鑒于我國與發(fā)達(dá)國家在玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)方面存在的顯著差異，我們只有高度重視研究成果的總結(jié)，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，注重將理論知識、設(shè)計方法與生產(chǎn)制造實(shí)際的結(jié)合，加大自主研發(fā)的力度、注重專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，才能逐漸縮小差距，實(shí)現(xiàn)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展與飛躍。

一是要加大自主研發(fā)力度，在玻璃鋼管道與容器設(shè)計方面，設(shè)計技術(shù)是至關(guān)重要的，我們一定要高度重視技術(shù)的重要性，不斷挖掘、用于探索，學(xué)習(xí)借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和寶貴做法，才能使我國玻璃鋼管道與容器設(shè)計、生產(chǎn)躋身世界先進(jìn)行列。

二是注重對專業(yè)技術(shù)人才的引進(jìn)和培養(yǎng)。大多數(shù)玻璃鋼管道與容器生產(chǎn)企業(yè)存在著技術(shù)人才短缺的現(xiàn)象，一般一個企業(yè)一兩名技術(shù)人員，他們的技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上行業(yè)發(fā)展的速度。這就需要企業(yè)加大力度從高校引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人才，并對人才進(jìn)行針對性的培訓(xùn)，使其設(shè)計理念、理論知識始終處于行業(yè)領(lǐng)先水平，這樣才能保證所生產(chǎn)的產(chǎn)品具備核心的技術(shù)含量。

三是要在理論研究上下功夫。目前，我國對該領(lǐng)域的研究人員數(shù)量不多、質(zhì)量不高，這與大多數(shù)研究人員追求經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。然而，設(shè)計是基于理論知識的，只有通過對產(chǎn)品動態(tài)特性、疲勞強(qiáng)度、可靠性、穩(wěn)定性等物理試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)才能為理論設(shè)計提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)，否則設(shè)計就會成為無根之木，無源之水[2]。

6 結(jié)束語

總之，技術(shù)創(chuàng)新才能推動玻璃鋼管道與容器設(shè)計的飛躍，人才培養(yǎng)才能為技術(shù)創(chuàng)新提供動力，因此，我們要注重人才培養(yǎng)，加大自主研發(fā)力度和理論研究深度。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國樹.玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)的最新進(jìn)展[J].中國會議：70.

[2]李國樹.玻璃鋼管道與容器設(shè)計技術(shù)的最新進(jìn)展[J].玻璃鋼/復(fù)合材料增刊（第十八屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集）2010：177.

作者簡介：劉彥章（1979-），男，河北衡水人，本科，昆明中天達(dá)玻璃鋼開發(fā)有限公司總經(jīng)理，研究方向：玻璃鋼在環(huán)保、工業(yè)中的應(yīng)用與開發(fā)。