模块化在岩棉生产线项目设计中的应用

王晓磊

（中材科技股份有限公司，南京210012）

1 概述

随着社会经济发展和技术进步，设计的方法和用途已经屡见不鲜，模块化设计与标准化设计、系列化设计密切相关，即所谓的“三化”。“三化”互相影响、互相制约，通常会把几种方法结合在一起作为评定设计的质量，是现代化设计的重要手段。模块化设计的思想已渗透到许多领域，例如，机床、家电、计算机等。模块化设计方法已与现代设计方法融合，尤其是在智能化时代的设计，更需要通用的和创新型的产品及生产线模块去更快捷地设计，模块化更容易促进技术创新，为智能制造提供有力的保障。

2 生产线模块化设计的含义

生产线通过采用不同的分段、分流程、分布置、分功能等方法，实现生产线项目的工程化设计更快捷、设计效率更高、设计图纸更贴合现场实际，生产工序衔接更灵活，工艺调整更容易。

模块化就是要对具有独立功能同时变化较小的部分形成一个组块，保持其相对独立，在模块的功能不变的情况下，可以实现模块的组合和模块的创新优化。

一个普通的岩棉生产线工程项目设计主要包括生产线的布置、土建、工艺、设备、控制流程设计等，其中，工艺设计贯穿项目设计的始终，与每个专业设计、流程设计相关。工艺的模块化更加便于推进生产线设备、工艺布置、土建配套的设计模块化，同时，对自动化控制流程和智能制造具有促进作用。长期以来，模块化设计更容易实现生产线的标准化、配套设施标准化、产品的标准化，促进整个行业的进步。

3 岩棉生产线设计模块化的划分

岩棉是一种无机非金属材料，岩棉制品具有优良的绝热性能、防火性能、吸声隔音性能，在建筑、石油、化工、电力、冶金、交通运输、农业等行业都有广泛的应用。岩棉生产线工程项目主要包括工艺工程、公用工程和土建工程3部分（见图1）。其工艺工程主要指岩棉生产线各工艺系统和流程，内容一般包括原料系统、熔制系统、纤维化系统、成形系统、固化系统、板毡处理系统、胶黏剂系统、物流与包装系统。公用工程主要包括给排水系统、配电系统、废气处理系统和污水处理系统，公用工程与工艺工程相辅相成。土建工程根据工艺工程和公用工程而建。到这里不难看出工艺工程在整个项目中的重要性。以工艺工程的模块化设计为主要内容，根据生产线要求可以有以下几种划分方法。

图1 岩棉生产线项目总框架

3.1 以工艺流程划分的模块

岩棉生产线生产工艺流程主要包括原料、熔制、成型、固化、冷却、切割、物流和包装，均可以成为各流程模块。此种分类方法较为常用（见图2）。

图2 岩棉生产流程

原料工艺流程模块主要功能是将原料从原料库分配到原料仓，再进行原料的计量、配制与输送，在这一模块中还可以细分为料仓、给料、计量、输送流程。在实现模块化后，只需对模块内部的流程优化调整，但不会对其他专业资料受影响。

熔制工艺流程模块主要功能是将原料在工业炉中熔化为熔体，其过程简单，但实现方法多样，每种方法也都会形成一种模块。譬如，工业炉的形式和原燃料不同会有多种不同的模块创新与配套。

成形工艺流程模块主要功能是将合格熔体制成纤维，并将纤维按照一定排布形式制成棉毡，这一流程模块包括了纤维形成、纤维收集与排布过程，每个过程也是独自成块。

固化工艺流程主要是将纤维毡固化的烘干过程，其在整个工艺流程中独立。

后处理工艺流程是要将板毡进行切割、贴面、开条、切边等，这一流程模块处理过程相互关联，都是属于切割的过程，切割的方式由切割刀具类型、刀具运行方向确定，可以形成一套完整的切割模块。

铺毡及固化废气处理流程主要是对铺毡工序和固化工序产生的废气的过滤处理系统，其主要通过沉降过滤方式完成，形成独立的沉降过滤模块，过滤模块可以单独也可以联合使用。

3.2 基于平面布置划分的模块

划分为原料、熔制、主线、废气处理、物流与包装、公用，均可以按平面布置形成模块，如图2所示。目前，国内外岩棉的主要流程和布置与图2的流程和布置基本相同，可以看出，整个生产线完全可以按照图2去布置，同时也满足了生产工艺流程，每个模块的功能及定位确定，那么与之配套的工艺、设备、土建及公用工程均完全确定，对于每个专业设计的效率提升和模块的技术创新更加方便。譬如，其中的固化烘干系统，根据生产线产品规格和产能，对设备来说就可以通过增加长度或宽度实现，提高固化效率，只需要在功能模块中调整，不影响其他模块的实现，这对整个生产线设计来说就不需要去整体调整，节省了设计周期。

3.3 以生产系统划分的模块

原料系统、胶黏剂系统、成形系统、固化系统、收尘系统、废气处理系统等，每个系统成为独立、完整的模块，形成了各自的专业模块，形成了整个生产线设计的一个独立设计子项。

4 模块化设计在岩棉生产线项目设计中的具体应用

胶黏剂系统在岩棉生产中起着至关重要的作用，主要是把杂乱无章的短纤维成形过程中在其表面喷上一层胶黏剂，包裹住短纤维，在成形铺毡时使短纤维可以黏结在一起，经过压制和固化，使树脂和纤维牢牢地黏在一起，形成岩棉板（见图3）。从其工艺流程来看，该系统为独立的系统，但与生产线的纤维化系统、固化系统均相关，因此，生产线的稳定就需要胶黏剂系统能够独立稳定，随生产线进行调整和变化。

通过上述分析可以看出要建立胶黏剂系统功能模块，设计时必须充分了解模块的建立方法，通常把该模块细分为配制模块、输送模块。其中，配制模块主要为完成胶黏剂的配制，包括预处理、计量、配制过程，三者分别设立系统组合成一个模块，即所用过程稳定，布置不变，模块基本不变。输送模块连接配制模块和成纤系统，受毡成形模块中质量的影响，但是，以上的模块会在控制程序上调整即可，不会需要整个控制程序的调整。同时，通过输送模块的反馈系统，用来自动调整胶黏剂施加量及配制模块的启动。

图3 胶黏剂系统功能模块（岩棉板）

5 生产线模块化设计的意义

通过上面的实例和分析可以看出，模块无处不在，只是在设计上面要为工艺稳定、布置稳定、配套稳定，这样更容易促进模块化设计的推进，提高设计效率，缩短设计周期，也更加有利于智能化和模块化工厂建设，同时也推进建筑及公用配套的模块化。