本文全面介绍了生物制药流体工艺系统中常用的三维设计软件，从软件原理、功能操作与应用案例等方面进行了全面分析与比较，为三维可视化设计在生物制药工程中的应用提供了很好的选择。

在 生物制药流体工艺系统的设计阶段，化工制图必不可少，尤其是以工程软件作为支撑的计算机绘图得到了设计院和工程公司的广泛应用。计算机绘图的硬件系统是指 用户可进行计算机绘图作业的独立硬件环境。硬件系统主要由主机、输入设备（包含键盘、鼠标和扫描仪等）、输出设备（包含显示器、绘图仪和打印机等）、信息 存储设备（包含硬盘、软盘和光盘等）、网络及多媒体设备组成（图1）。计算机绘图软件种类繁多，常见的有AutoCAD、Pro/Engineer、 CADWORX、SolidWorks、CAXA和PIDCAD等。其中，AutoCAD、Pro/Engineer和CADWORX等软件是生物制药流 体工艺系统中最常用的3种工程绘图软件，本文将进行重点介绍。

图1 计算机绘图的硬件系统

AutoCAD

AutoCAD 是美国Autodesk公司开发的一种交互式绘图软件，它是用于二维设计、三维设计与绘图的系统工具。AutoCAD具有完善的图形绘制功能和强大的图形 编辑功能，可采用多种方式进行二次开发或用户定制，并可进行多种文件格式的转换。它具有较强的数据交换能力，支持多种硬件设备和多种操作平台，具有很强的 通用性、易用性，适用于各类用户。

AutoCAD提供了绘图窗口和文字窗口，通常在绘图窗口和状态栏之间显示其部分文本窗口和命令行。在 AutoCAD系统中为用户提供了许多的操作命令，用户可以使用键盘在命令行中的提示符“Command：”后输入AutoCAD命令。此外，用户还可以 使用“Esc”键来取消操作，用向上或向下的箭头使命令行显示上一个命令行或下一个命令行。鼠标最基本的功能实现是使用其左、右两个键和滚轮。鼠标左键主 要是选择对象和定位功能，鼠标右键主要是弹出快捷菜单功能，滚轮主要用来缩放和移动图样。AutoCAD有很多的绘图命令、编辑修改命令、尺寸标注命令及 显示控制命令，这里主要介绍最常用的一些命令，其他命令的使用方法类似，可按提示去操作，输入相关信息即可。同时，AutoCAD还提供了很多辅助绘图工 具，常用的有正交、对象捕捉、以及在绘图前进行设置图层、线型等，辅助绘图工具使得无论在绘制图形过程中，或图形输出过程中均能方便地得到所需图形。

AutoCAD具备强大的二维绘图能力，例如，在生物制药流体工艺系统的设计中，常采用AutoCAD软件绘制P&ID流程图、电路图等；同时，AutoCAD还具备三维绘图的能力，图2是采用AutoCAD三维设计软件绘制的纯化水机组模型。

图3 Pro/Engineer三维设计图

Pro/Engineer

Pro/Engineer 绘图软件简称Pro/E，它是美国PTC公司推出的三维CAD/CAM系统，历经多年的发展与推广，已成为当今世界上最流行的高端CAD/CAM软件之 一，其全新的设计理念已成为CAD领域的新标准。PTC公司的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，并可实现对大型装配体的管理、功能仿 真、制造、产品数据管理等等。Pro/Engineer应用软件还提供了全面、集成紧密的产品开发环境，它是一套由设计至生产的机械自动化软件，同时也是 一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。

Pro/E模块众多，功能涵盖产品的三维设计与装配、工程图自动生成、结构分析、运动仿真、动画制作、模具设计、钣金设计、数控加工、管道设计、产品数据管理等，广泛应用于制药、机械、电子、航天航空、汽车、模具、工业产品造型、家用电器和玩具等设计生产领域。

图4 CADWorx三维设计图

Pro/Engineer 的基本功能包括参数化功能定义、实体零件设计及组装造型、三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图等。Pro/Engineer软件自带标准件 库，包含螺栓、螺母、螺钉、螺柱、键、销、垫圈、挡圈、密封圈、弹簧、型材、法兰等常用零部件，模型数据可被直接调用。以Pro/Engineer等三维 造型软件为中心，进行简单的中小型模具计算机设计，可完成模柄、上下模座、落料凹模、冲孔凸模、卸料板、凸凹模固定板、导柱导套等23个所有标准件与非标 准件的零件造型。在生物制药流体工艺系统的设计中，常采用Pro/Engineer软件绘制基础的零配件，图3是一个典型的上模座三维设计图。

CADWorx

CADWorx应用软件是美国Intergraph公司基于AutoCAD平台研发的可完全兼容AutoCAD命令的三维工厂设计软件，CADWorx应用软件采用全新的建模模式，它已成为企业、科研院所和设计院比较流行的一种三维应用软件。

CADWorx 应用软件具有完备的规范元件库和管道等级文件，软件内置有150#﹑300#﹑600#﹑900#、1500#和2500#管件的详细规范，同时具有国内 的JB，HG，SY，GB等系列规范，为适应不同的工作需要，这些规范可以复制或修改。用户可以方便快捷地定义自己的元件库和管道等级文件，3D建模功能 可以很方便地建立结构模型、建立用户的管架和框架，也可以建立各种设备、容器以及空调系统。3D模型布管可以通过搭积木方式建立，也可以使用自动选择布管 工具，画一条简单的二维或三维多段线，然后用内设的自动布管功能增加管子或弯头，可以在任意角度﹑任意方向布管，可以用对焊﹑承插焊、螺纹或法兰等连接方 式迅速而方便地建立管道模型。同时，CADWorx应用软件可以自动生成立面图、剖视图、轴测图和应力分析轴测图。

图5 SolidWorks三维设计

CADWorx具备强大的三维绘图能力，在生物制药流体工艺系统的设计中常采用该软件绘制整个生物配液系统的三维设计组装图，图4是某生物制药企业缓冲液配制间的CADWorx三维设计图。

小结

除 了AutoCAD、Pro/Engineer和CADWorx等绘图软件外， SolidWorks、CAXA和PIDCAD等也是非常有效的二维或三维设计软件。例如，SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开 发的三维CAD系统。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 软件的三大特点，使得它成为非常有效的三维CAD解决方案。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的 软件之一。使用SolidWorks可保证用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。图5是某搅拌反应釜的 SolidWorks三维设计图。

模块化设计的优势在于能提前绘制焊点图并按图组装、质量稳定、即插即用、能满足工厂测试FAT、节省占地 面积、美观大方、形式多样且便于操作等。生物制药企业的设备或系统质量要求高，采用AutoCAD、Pro/Engineer和CADWORX等专业的三 维设计软件进行模块化设计可有效保证系统质量的稳定性，同时，模块化设计能为现代化企业提供参观的亮点，每套设备或系统均需按照客户实际需求进行量身定 制。