玻璃钢管道与容器设计技术的最新进展

摘 要：在所有玻璃钢产品中，随着设计技术的不断进步，发展最为迅速的当属玻璃钢管道与容器。本文着眼于国际、国内两大市场，深入分析了玻璃钢管道与容器在设计技术和软件开发方面的现状，分析了我国玻璃钢管道与容器在设计技术方面存在的问题与不足，通过对比找出了国内外存在的较大技术差距，最后针对性地提出了提高玻璃钢管道与容器设计技术水平的有效对策，旨在为切实推动我国玻璃钢管道与容器设计技术水平，缩小国内外设计技术差距提供有益参考。

关键词：玻璃钢管道与容器；设计技术；差距；发展进展；对策

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

0 引言

自1958年玻璃钢工业兴起至今，已有五十多年的历史，最初的玻璃钢管道与容器大多是服务军工的。由于我国玻璃钢管道与容器起步较晚，因此在最初的设计技术时也主要是参考借鉴国外的设计原理和技术标准。20世纪八十年代末，通过引进意大利进口的设备和技术，冀县中意玻璃钢厂尝试着建立玻璃钢生产线，开始生产民用缠绕类的管道与容器，成为我国第一个专业的生产玻璃钢管道与容器的生产厂。但由于20世纪80年代正值改革开放之初，我国生产玻璃钢管道与容器所需的树脂、纤维等原材料比较匮乏，品类较少，因此无法满足生产玻璃钢管道与容器的需求。

1 我國生产玻璃钢管道与容器设计发展历程

最初引进意大利的设备时引进的莲花设计程序进行铺层计算工具的编写，采用的计算理论也源自国外的技术资料和数据。随着我国玻璃钢管道与容器领域技术人员研究的不断深入，在20世纪90年代，学术界李卓球教授与中意玻璃厂负责人岳红军共同编写并出版了《玻璃钢管道与容器》，它的出版成为我国该领域设计理论进一步成熟的重要标志。由于80年代末90年代初我国在该领域的设计技术主要采用手工绘图配合计算器，因而将该阶段玻璃钢管道与容器设计称作图板设计时代。

到了20世纪90年代，随着计算机技术的飞速发展和我国对玻璃钢管道与容器设计理论研究的逐渐深入，我国在吸收借鉴国外标准的基础上制定了相应的行业标准：如玻璃钢化工设备设计规定（HG/T20696-1999）等标准均在这一阶段制定。随着市场经济的发展，生产玻璃钢管道与容器所必需的原材料日益充足，我国利用CAD绘图技术，结合国内实际于1997年建成了第一个1.5万吨级的玻璃纤维拉丝池窖。这一阶段被称作初级CAD时代。

随着研究的深入和技术的发展，21世纪以来，各种原材料富足，生产设备更加先进，技术也日益成熟，我国已经具备出口生产玻璃钢管道与容器的能力。截止2007年底，我国已经拥有56座池窖拉丝，年生产能力高达162万吨，且出现了ERC等高端新产品，具备了出口玻璃钢管道与容器的实力。同时，制订了符合新时期要求的国家标准，如：玻璃纤维增强塑料夹砂管（GB/T21238-2007）等一批标准问世。在技术日渐成熟的同时，我国热固性玻璃钢的产量也在逐年上涨，从1987年的3.2万吨增长到2008年的170万吨，目前我国玻璃钢的产量位居世界第二。除了热固性玻璃钢的产量增长外，不饱和聚酯树脂、玻璃纤维产量均快速增长。2003年至今，我国的玻璃钢管道与容器设计技术发展到CAD自动绘图阶段，通过使用全自动的玻璃钢管道与容器设计软件和有限元分析设计软件，在短短的30分钟内即可完成设计，非常地高效。

2 玻璃钢管道与容器设计技术的主要特征

现代设计技术是以传统设计理论与方法为基础，以计算机广泛应用为标志，具有信息时代特征的一种设计技术。[1] 该技术在玻璃钢管道与容器设计方面的推广应用取得了较好的经济和社会效益，不仅大大缩短了设计周期，降低了企业的经营成本，也使玻璃钢管道与容器的质量得到很大改善。玻璃钢管道与容器设计技术具有以下特点：

一是较高的自动化程度。随着发达国家对工程设计投入力度的加大，计算机在工业生产中得到广泛应用，它将取代传统的手工设计，通过先进的计算机软件来辅助计算机绘图，并通过分析不断对设计修改和优化，逐步实现CAD设计的集成和智能化。近几年，我国各大科研院所和高校加大对计算机设计的研究力度，将研究设计成果推广到各大玻璃钢管道与容器生产企业，取得了较好的成果。CAD和工程数据库的应用，不仅使设计进程加快，设计效率提高，设计质量改善还因能够自动计算生产成本、自动生成图纸为玻璃钢管道与容器设计和生产奠定了坚实的技术基础。

二是较高的精确度。传统的设计所采用的载荷和应力模型使得存在着较大的误差，而目前推广的设计技术由于在描述载荷应力外界环境因素时采用概率设计，使用的分析工具和建模手段更加先进，因而准确度大大提高，玻璃钢管道与容器设计的精确化程度也得到明显改善。

三是具有比较规范的设计文件。玻璃钢管道与容器有了明确、规范化的设计和产品标准，使得设计和生产有章可依。同时还有规范化的计算过程，它通过将诸多参数固定后进行CAD设计，再将设计出的结果进行检测，经比对修订后确保整个设计过程规范统一。玻璃钢管道与容器包括设计图纸、设计表、成本表、力学性能表等规范化的设计文件。

四是具备海量的数据库信息作支撑。玻璃钢管道与容器设计技术是需要具备海量的数据库为支撑的，常见的有设计标准数据库、树脂防腐蚀数据库、纤维数据库以及法兰数据库等，这些数据库的存在使得玻璃钢管道与容器设计有充分的数据依据。

3 国外技术进展介绍

在欧美国家，由于对玻璃钢管道与容器设计投入力度大，研发创新、工艺改进，标准规范，使得这些国家掌握着该领域的核心技术并引领技术创新的风向标。

在复合材料行业常用的有层合结构设计与分析软件、FEA软件、RTM软件、结构优化软件以及联合设计软件包等软件，它们大多基于航空领域的高科技需求。通过不断深入研究，上述程序正在逐渐应用于玻璃钢管道与容器设计之中，而且优势正在进一步凸显。例如DIGMAT目前被广泛应用于工程塑料领域，它具有很强的增强线性和非线性性能的作用，因此这些软件越来越得到青睐，并且成为产品设计创新的原动力。这些软件在产品设计开发和生产中的应用，对于提高产品质量、节省设计开发时间和生产出结构难度更高、体积更大的产品、使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地具有十分重要的作用。目前，昆明中天达玻璃钢开发有限公司就应用上述软件进行玻璃钢的设计研发。

4 我国与发达国家在玻璃钢管道与容器设计方面的差距分析

我国近年来虽在玻璃钢管道与容器研发设计方面取得了一定成绩，有的项目甚至赶超发达国家，但从整体看我国在玻璃钢管道与容器设计方面还存在着不小的差距。

一是缺乏足够的自主研发设计软件。设计软件作为先进生产力的代表者，对于生产出高品质的玻璃钢管道与容器具有举足轻重的作用，但由于我国缺乏自主研发的软件，不能将设计技术成果及时总结，将其转化为生产力，导致我国的自主研发后劲不足，无法与发达国家技术抗衡。

二是对该领域的理论研究不到位。在对玻璃钢管道与容器基础理论研究方面，我國与发达国家存在着较大的差距，这一方面与玻璃钢管道与容器生产企业对基础理论研究重视不足有关，另一方面与缺乏专业的技术人员密切相关。只有具备坚实的基础理论，基于理论进行富有知识含量的设计，应用最新的设计软件，才能为设计出具有较高技术含量的玻璃钢管道与容器奠定坚实的理论基础。

5 缩小与国外差距，实现设计技术发展对策分析

鉴于我国与发达国家在玻璃钢管道与容器设计技术方面存在的显著差异，我们只有高度重视研究成果的总结，不断进行技术创新，注重将理论知识、设计方法与生产制造实际的结合，加大自主研发的力度、注重专业技术人才的培养，才能逐渐缩小差距，实现设计技术的发展与飞跃。

一是要加大自主研发力度，在玻璃钢管道与容器设计方面，设计技术是至关重要的，我们一定要高度重视技术的重要性，不断挖掘、用于探索，学习借鉴国外的先进经验和宝贵做法，才能使我国玻璃钢管道与容器设计、生产跻身世界先进行列。

二是注重对专业技术人才的引进和培养。大多数玻璃钢管道与容器生产企业存在着技术人才短缺的现象，一般一个企业一两名技术人员，他们的技术水平远远跟不上行业发展的速度。这就需要企业加大力度从高校引进专业技术人才，并对人才进行针对性的培训，使其设计理念、理论知识始终处于行业领先水平，这样才能保证所生产的产品具备核心的技术含量。

三是要在理论研究上下功夫。目前，我国对该领域的研究人员数量不多、质量不高，这与大多数研究人员追求经济效益密切相关。然而，设计是基于理论知识的，只有通过对产品动态特性、疲劳强度、可靠性、稳定性等物理试验、仿真试验才能为理论设计提供强有力的基础，否则设计就会成为无根之木，无源之水[2]。

6 结束语

总之，技术创新才能推动玻璃钢管道与容器设计的飞跃，人才培养才能为技术创新提供动力，因此，我们要注重人才培养，加大自主研发力度和理论研究深度。

参考文献：

[1]李国树.玻璃钢管道与容器设计技术的最新进展[J].中国会议：70.

[2]李国树.玻璃钢管道与容器设计技术的最新进展[J].玻璃钢/复合材料增刊（第十八届玻璃钢/复合材料学术年会论文集）2010：177.

作者简介：刘彦章（1979-），男，河北衡水人，本科，昆明中天达玻璃钢开发有限公司总经理，研究方向：玻璃钢在环保、工业中的应用与开发。