0 前言
我们知道，对制造企业专业领域的研究，可以通过系统工程和设计来进行。而钢铁企业工艺、技术、质量、备件、产品等的研究，也可使用这一方法，且系统工程和CAD设计是流程优化、改进等的核心技术。尤其是在备件结构设计、设备装配、人机交互设计等上，CAD设计起着决定性的作用，且它通过基于系统工程的CAD设计的实际应用，可有效、快捷地完成相关课题、项目或研究。
1 制造企业应用CAD设计的研究
CAD设计可以帮助设计人员：进行大量的计算、分析和比较，以决定最优设计方案；存储大量的设计信息，并能快速地检索；充分利用CAD设计的各种软件，如AutoCAD、CAXA、Creo、UML等，进行编辑、修改等操作；大幅度地降低工作量和成本，提高工作效率和质量。
CAD设计主要应用于计算机制图、软件设计、人机交互设计、大型工业控制系统开发等。
在没有实施CAD设计之前，制图需要手绘，且难以达到高精度的计算、测量，浪费大量的人力、资源；对于大规模的设计，手工制图是一项浩大的工程且需要严密的组织计划。以20世纪60年代美国洛克希德公司秘密部门“臭鼬工厂”研制的U2侦察机为例就足可证明这些——它总是被击落，虽然不断升级，增补功能，提高性能，可也只是事后的纠正措施。U2的设计捕捉现实顾客需求并不完善（飞机的弱点未及时暴露），没有挖掘到潜在客户的需求（对方的导弹系统性能如何等），以及如何有效应对变更（飞机系统进行应对、设置），这表明大型CAD设计需要系统工程来解决。
无论是机械、电气、建筑等设计，还是大的总体架构或小规格、尺寸设计，亦或是软件流程、信息设计，都可充分使用CAD设计。在现阶段，钢铁制造企业应用CAD设计已经甚是广泛，本钢主要应用AutoCAD、CAXA、UML等软件进行设计。本钢南芬球团链箅机张紧轮见图1、回转窑支座见图2。
图1 链箅机张紧轮图
图2 回转窑支座图
然而，低精度、低规格的设计造成设备故障、停机不断，每年我国各钢铁企业均更换大量的备件，引起的浪费、故障停机实在是太多。目前，在国内钢铁行业，宝钢、首钢等在提高备件质量、改良设计结构上有重大变革和创新，其它钢厂模仿、跟风、小改小革居多，大规模设计和自主创新较少。因而，应用系统工程进行CAD设计是众望所归。
2 制造企业应用系统工程的研究
系统方法是从系统的整体性出发，把分析与综合、分解与协调、定性与定量研究结合起来，精确处理部分与整体的辩证关系，科学地把握系统，达到整体优化。系统方法是企业形成和发展过程的核心力量。我国在军工、民航、电力、钢铁等行业均推行系统方法，尤其是系统工程在高端质量、技术的攻关上起着决定性作用。实际上，技术、质量等专业领域的诸多应用工具、方法都是由系统方法导出的。
系统工程是指用定性和定量相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统的问题，是系统方法运用的大型化和规范化。在钢铁生产、制造的关键工序中，应用系统方法可利用数据获得知识以支持及时和准确的工程与业务决策。尤其是在复杂产品开发中，它能充分解决“许多不同的角色、特殊领域的应用程序、特殊领域的流程、项目总体规划”之间的协作和冲突。IBM应用系统方法甚至是系统工程甚广，尤其是在军工、钢铁、智慧数据中心等都有应用案例，这些都值得我们学习、研究。应用系统方法可节省大量的时间、成本，IBM Rational对系统方法设计与传统方法设计的比较见图3。
图3 IBM Rational中系统方法设计和传统方法设计的比较
系统工程可以应用到所有的制造业。钢铁制造企业应用系统方法，要基于需求的思想展开开发或设计的思路，从架构设计入手，不断迭代、优化和改进，再对部分、具体部件进行设计。下面是IBM Rational对飞机制造业和笔者对钢铁制造业系统工程（方法）应用的举例：
1）IBM Rational对飞机的架构设计参考见图4、图5。
图4 Rational应用系统工程对飞行器高层信息架构的设计
图5 Rational应用系统工程对飞机顶层信息架构的设计
2）笔者从球团的设备维护、产品质量着手，应用系统方法（UML工具设计）进行设计，链箅机箅板更换状态机图见图6、球团矿质量不合品控制活动图见图7。
图6 应用系统方法设计的链箅机箅板更换状态机图
图7 应用系统方法设计的球团矿质量不合格品控制活动图
3）笔者对南芬球团三大主机任意一段热力学平衡应用系统工程分析，如图8。
对链箅机预热Ⅱ段，则有关系式：
图8 应用系统方法分析预热Ⅱ段热力学平衡
注：其中，M(s)为回转窑供热温度场，Q(s)为进预热Ⅱ段口温度场，N(s)为热风阻力损失场，T(s)为出预热Ⅱ段口温度场，P(s)为回热温度场，R(s)为球团吸热温度场预热Ⅱ段温度场为。
3 钢铁企业应用基于系统工程的CAD设计的研究
无论是在高端领域如航天、造船、武器的研制，还是传统或一般的军械制造，若想进行高质量、高效率的设计，一定离不开系统工程和CAD设计。而作为传统企业的钢铁制造业，更应效法军工企业的基于系统工程的CAD设计，更应侧重于整体、架构设计和单元、模块设计，更侧重于系统方法的使用，降低研发的复杂度和提高质量，能很容易地和敏捷生产、制造融合，从而帮助改进设计结构、备件材质、备件选型，并能有效地将机械、电气、热力、流体、动力等学科有机结合。
笔者演绎出三种设计流程：自顶向下设计、自底向上设计和混合型设计。自顶向下设计先从整体、架构设计入手，过程为“系统→子系统→单元、模块化→细化→设计信息输入→处理→设计信息输出”。自底向上设计从捕捉设计输出信息入手，过程为“设计信息输出→逆向运算→设计信息输入→建模→集成→子系统→系统”。混合型设计则是自顶向下和自底向上的结合体。但无论是采用哪种类型的流程设计，测试都要从用户需求阶段开始，这一点与软件开发测试流程有些相似。对于大型开发项目，要尽量确保敏捷、精益和六西格玛等与其融合使用。
实施基于系统工程的CAD设计的可行性也是很高的。第一，系统工程可以容许各种系统方法的使用，且系统方法的应用我们都可以从成功案例中获得。第二，对于系统工程、CAD设计的学习、应用、研究不是很难，工具的使用也不是问题。第三，CAD设计的各种软件的工具完备、功能全面，且应用都很广，如AutoCAD、Creo、UML等软件的最新版本。第四，应用初期是需要进行一定的投入，但是真正实施起来后就可大幅降低人力资源和成本消耗。
对基于系统工程的CAD设计的要求是很明确的。首先，是在系统工程的基础上进行CAD设计，但是要保证CAD设计不要受过多的约束，同时要保证投入成本和设计质量。其次，在进行CAD设计的同时，要保证各单元、模块的兼容性，设计思路要缜密和尽量发散。最后，多注意系统工程或系统方法的应用，以灵活地方式将系统工程和CAD设计进行融合。
使用基于系统工程的CAD设计应注意：第一，系统分解要到位且要简练，系统设计要把握顾客现实需求和潜在客户的要求。第二，要控制各子系统之间的接口开发，提高各单元、模块的独立性，注意模块间的信息联系。第三，要把握设计的数据结构和算法，注意设计结果要符合用户体验。
一般来说，钢铁制造业应用基于系统工程的CAD设计主要在流程优化、备件结构设计、设备装配、大型控制系统开发、人机交互设计等方面。而随着设计、装配精度、物理特性等的不断提高，CAD设计要逐步实现数字化。
下面笔者将举例其应用：
1）本钢矿产品厂柴油管理流程图
图9 柴油管理流程图（卸油、闭环管理模块）
2）设备装配图
图10 链箅机总图
图11 链箅机压辊装配图
4 结论
综上所述，钢铁企业应用基于系统工程的CAD设计的研究结果表明，它能有效地解决如何使用CAD设计、如何使用系统工程、怎样进行基于系统工程的CAD设计的研究，能有效、快捷地解决钢铁企业的课题、项目或研究等。但是，本人对钢铁企业的流程、各专业的研究还比较粗浅，希望行业专家、学者能多提宝贵意见，以便笔者进行更正、改进和完善。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
相关文章
