化工制图CAD实训——AutoCAD Plant 3D 实例教程（杨勇）

本教程以AutoCAD Plant 3D 2020作为绘图软件，以实际化工设计相关的图样为案例，紧密结合化工图样的特点与规范要求，详细介绍AutoCAD Plant 3D软件在化工图样设计及管理中的应用与技巧，包括AutoCAD基本功能、P&ID及Plant 3D等模块的相关绘图功能，以及这些功能在各类化工图样绘制与编辑中的工作流和在相关的化工图样绘制中的应用。在内容的安排上，注重工程图纸的国家标准和化工行业规范、化工制图理论在CAD绘图中有机融合与贯通；同时侧重典型化工图样案例的绘图步骤和说明，以化工设计的过程为参照，逐步介绍化工工艺图、化工设备图和化工布置图等工程图样如何通过软件的各个模块进行绘制和编辑。

化工设计各阶段的设计成果都是通过图纸表达出来的。化工图纸作为工程语言之一，主要包括化工工艺图、化工设备图和化工布置图，是化工领域工程技术上用于表达设计思想和进行技术交流的主要手段。随着计算机辅助设计（CAD）技术的迅猛发展和工程实际需求的不断上升，计算机绘图技术已经被广泛应用于石油、化工等领域。因此，借助CAD技术进行化工制图与设计已经成为工程设计的重要内容，相应的化工制图CAD训练也成为高等院校化工及相关专业必开的一门专业基础课。
AutoCAD Plant 3D 是Autodesk（欧特克）公司开发的一款三维工厂布局设计软件，被广泛应用于工业中管道及仪表流程图（P&ID）和三维工厂（Plant 3D）的设计和编辑。该软件以AutoCAD平台为基础，基于工程项目管理的工作流思想，进行项目相关的图纸和数据库的创建、设计与管理，为设计人员和工程师采用现代CAD进行工厂设计并编制文档提供技术支持。Plant 3D软件由AutoCAD、P&ID和Plant 3D三个模块组成，其中AutoCAD包括二维基础和三维基础绘图功能，具有通常AutoCAD软件的功能和特点；P&ID模块主要服务于工艺流程图的设计与绘制，特别是管道及仪表流程图；而Plant 3D模块主要用于工厂三维设计，包括设备、管道及附件的空间布置与设计，同时可以进行三维工厂模型和等轴测图（ISO图）、正交图形之间的相互转化。基础数据通过数据管理器和等级库在三维模型、P&ID、等轴测图及正交视图之间直接进行交换，确保了信息的一致性和时效性。AutoCAD Plant 3D软件提供教育版授权，目前可以免费注册使用，教学成本低，非常适合高等教育。
本教程编撰过程中先以AutoCAD Plant 3D 2020作为绘图软件，随后以AutoCAD Plant 3D 2022软件进行示例视频录制和部分内容更新。以实际化工设计相关的图样为案例，紧密结合化工图样的特点与规范要求，详细介绍AutoCAD Plant 3D软件在化工图样设计及项目管理中的应用与技巧，包括AutoCAD基本功能、P&ID及Plant 3D等模块的相关绘图功能，以及这些功能在各类化工图样绘制与编辑中的工作流中的应用。在内容的安排上，注重工程图纸的国家标准、化工行业规范、化工制图理论在CAD绘图中有机融合与贯通；同时侧重典型化工图样案例的绘图步骤和说明，以化工设计的实际操作过程为参照，逐步介绍化工工艺图、化工设备图和化工布置图等工程图纸如何通过软件的各个模块进行绘制和编辑。
本教程内容由编者精心策划，是编者近年教学实践和指导大学生化工设计竞赛的经验总结，注重专业规范、制图理论与CAD实践相结合，示例丰富、实用性强。通过本书的学习，既能理解有关化工图纸的国家、行业的标准和规范，也能掌握AutoCAD Plant 3D进行化工图纸绘制的方法与技巧。因此，本教程是一本总结经验、提高技巧的参考工具书，可作为高等院校化工及相关专业的教材，也可作为化工企业职工培训用书，还可作为相关科研、设计和生产单位工程技术人员的参考书。
本教程由杨勇、王东亮主编，朱照琪、季东、李红伟、宫源、张建强等参与部分章节的编写和审阅，并由焦丽慧工程师对全书进行了审阅。在此对严文志、王蕾蕾、丁周园、张玉兰、郑建辉、郑婷婷、封满洲、姚转萍、牛子贤等参与本书编写的同学表示感谢。本教程得到了“兰州理工大学化学工程与工艺红柳特色优势专业建设项目”和“教育部产学合作协同育人项目（No. 201901187021，山东京博控股集团有限公司）”的支持，在此表示衷心感谢。
由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。

编者
2022年3月

《化工制图CAD实训——AutoCAD Plant 3D 实例教程》结合了工业生产和化工设计实际，根据工程图纸的特点和规范要求，系统介绍了AutoCAD Plant 3D 2022软件在化工图纸的设计和管理工作中的应用方法和操作技巧，包括项目（图纸）管理、AutoCAD基本功能、P&ID及Plant 3D模块的相关绘图功能，以及各种化工图样的绘制、编辑修改、管理与输出方法。全书包括基础预备篇、AutoCAD模块篇、P&ID模块篇、Plant 3D模块篇和综合篇5部分，主要内容涵盖化工制图的若干标准和规范、CAD制图的基本知识和技能、P&ID工作流和功能介绍、Plant 3D工作流和功能介绍、等轴测图（ISO图）和正交图形等工作流介绍，以及各模块在化学工程图纸绘制中的应用实例。通过本书的学习及相关案例的训练，可以了解化工工艺图、化工设备图、化工布置图的基本内容和特点，并可以快速掌握AutoCAD、P&ID及Plant 3D模块进行工程图纸绘制与编辑的技巧。同时，还可熟悉项目文件管理、图纸数据管理、创建报告、输出打印的方法，方便化工图样设计和后续使用。
本教程适用于高等教育化工类专业师生，也可供石油与化工等领域从事过程开发与设计的工程技术人员参考使用。

基础预备篇
第1章　绪论 2
1.1 化工设计与化工图纸 2
1.2 化工图纸的分类和制图标准 3
1.2.1 化工制图常用的国家标准和行业规范 3
1.2.2 化工工艺图的内容和深度规范 7
1.2.3 化工设备图的内容和深度规范 11
1.2.4 化工布置图的内容和深度规范 14
1.3 计算机辅助设计绘图与三维工厂设计软件 16
1.3.1 三维工厂设计特点 17
1.3.2 三维流程工厂设计软件概况 18
1.4 化工制图和AutoCAD Plant 3D 19
1.4.1 化工制图的准备工作 19
1.4.2 AutoCAD Plant 3D 模块推荐 19

第2章　AutoCAD Plant 3D快速入门 21
2.1 AutoCAD Plant 3D 简介 21
2.1.1 用户界面 22
2.1.2 项目管理器 23
2.1.3 数据管理器 25
2.1.4 特色界面和功能 25
2.1.5 帮助文档 27
2.2 新建项目与打开项目 28
2.2.1 新建项目 28
2.2.2 打开项目 29
2.3 在项目环境中工作：项目管理与项目设置 30
2.3.1 项目规划与项目管理 30
2.3.2 项目工作流和工作空间选择 31
2.3.3 项目设置 33
2.3.4 组织项目文件和项目图形 34
2.3.5 各类工作流 34

AutoCAD模块篇
第3章　AutoCAD基本功能训练 36
3.1 AutoCAD 模块的工作界面 36
3.2 基本工具介绍与命令汇总 37
3.2.1 “绘图”面板及工具 37
3.2.2 “修改”面板及工具 38
3.2.3 “注释”面板和“注释”选项卡及工具 39
3.2.4 显示控制工具：导航栏 40
3.2.5 辅助绘图工具：状态栏 41
3.2.6 确保模型精度的几种功能 42
3.3 绘图环境设置 44
3.3.1 绘图单位、界限和模型比例 44
3.3.2 图层设置 45
3.3.3 文字样式设置和表格样式设置 47
3.3.4 标注样式设置 49
3.3.5 创建与插入图块 51
3.4 创建图形样板文件 52
3.4.1 创建样板文件 52
3.4.2 样板文件的使用 54
3.5 AutoCAD 基本功能训练实例 55
3.5.1 机械零件图样示例 55
3.5.2 化工零件图纸示例 61

第4章　AutoCAD模块的化工制图实训 65
4.1 化工工艺图CAD 绘制实训 65
4.1.1 PFD图 65
4.1.2 P&ID图 69
4.2 化工设备图CAD 绘制实训 70
4.2.1 化工设备条件图 70
4.2.2 化工设备零部件图与装配图 70
4.3 化工布置图CAD 绘制实训 76
4.3.1 化工设备布置图绘制 76
4.3.2 化工管道布置图绘制 80
4.3.3 化工轴测图绘制 80

P&ID模块篇
第5章　P&ID 设计与绘制实训 88
5.1 漫游P&ID 绘图环境 88
5.1.1 绘图界面 88
5.1.2 工具选项板 89
5.1.3 特性选项板等辅助工具 89
5.1.4 控制P&ID 绘图空间的显示 90
5.2 在项目环境中工作 91
5.2.1 创建或打开项目 91
5.2.2 创建或组织项目图形 91
5.2.3 设置图形特性 91
5.2.4 组织项目文件 93
5.2.5 刷新图形状态并更新工作历史记录 93
5.2.6 保存和发布项目图形 94
5.3 配置 P&ID 绘图环境 95
5.3.1 转换工作空间 95
5.3.2 项目设置简介 95
5.3.3 位号格式设置 97
5.3.4 图层设置 100
5.3.5 创建并应用P&ID图纸样板文件 100
5.4 P&ID 的设计与绘制 101
5.4.1 P&ID绘图的工作流 101
5.4.2 放置设备 102
5.4.3 为设备添加管嘴 103
5.4.4 创建工艺管线 104
5.4.5 验证图形 107
5.4.6 添加在线元件：阀和管件 108
5.4.7 放置仪表和仪表线 109
5.4.8 添加页面连接符 110
5.4.9 P&ID图形验证错误参考 112
5.5 PFD 的设计与绘制 114

第6章　P&ID 的编辑与样式定制 115
6.1 P&ID 元件的编辑与修改 115
6.1.1 编辑P&ID符号 115
6.1.2 P&ID样式的定制：CAD图块转换 115
6.1.3 线组转换为P&ID管线元件 117
6.1.4 设备元件的移动和优化布图117
6.2 线的编辑 119
6.2.1 管线移动和连接 119
6.2.2 编辑草图线 120
6.2.3 创建次工艺管线 122
6.3 在线元件替换 122
6.3.1 阀、调节器和仪表等元件的替换 122
6.3.2 在线元件的端点连接状态 123
6.3.3 从数据管理器将关联注释放置在P&ID图形中 124
6.4 等级库驱动的 P&ID 124
6.5 P&ID 样式定制 125
6.5.1 P&ID符号定制 125
6.5.2 P&ID管线定制 128
6.5.3 新建工具选项板 130

Plant 3D 模块篇
第7章　三维工厂之设备布置 134
7.1 漫游 Plant 3D 绘图环境134
7.1.1 绘图界面 134
7.1.2 工具选项板 135
7.2 在项目环境中工作 136
7.2.1 创建3D 新图并组织项目文件 136
7.2.2 设置Plant 3D 绘图环境 136
7.3 创建结构模型 137
7.3.1 创建栅格 138
7.3.2 创建基础 138
7.3.3 创建杆件并对结构杆件的修改 139
7.3.4 创建平板 144
7.3.5 创建楼梯、扶手及直爬梯 144
7.4 添加设备 148
7.4.1 三维模型与P&ID的映射关系 148
7.4.2 设备菜单 149
7.4.3 使用内置设备建模 149
7.4.4 用户组装设备模型 152
7.4.5 转换AutoCAD 模型和Inventor 设备 155
7.4.6 附着设备和修改设备 158
7.5 设备管嘴的编辑与添加 158
7.5.1 编辑设备管嘴 159
7.5.2 为自定义设备添加管嘴 160
7.6 Plant 3D 设备布置 163
7.6.1 设备布置常用命令 163
7.6.2 设备布置提示和小结 164

第8章　三维工厂之管道布置 166
8.1 管道布置的需要和设计基础 166
8.1.1 管道布置的工作流 166
8.1.2 等级库的选择与查看 167
8.1.3 管道布置的菜单和命令 169
8.1.4 外部参照的使用 170
8.2 创建管道 173
8.2.1 布管相关的概念和命令 174
8.2.2 自动布管：使用布设工具 176
8.2.3 手动布管：使用布设工具 177
8.2.4 基于P&ID 线号布管 178
8.2.5 从管嘴开始布管 179
8.2.6 坡度布管 181
8.2.7 线转换为管道 181
8.2.8 PCF 转换为管道 182
8.3 编辑管道 182
8.3.1 删除不合理的管线 183
8.3.2 创建T型连接和弯管 183
8.3.3 移动、拉伸管道 184
8.3.4 为管道添加保温和焊接 184
8.3.5 指定管道位号 186
8.4 添加管件 187
8.4.1 从P&ID线列表中添加管件 187
8.4.2 在布管过程中添加管件 187
8.4.3 从工具选项板中添加管件 188
8.4.4 编辑管件 189
8.5 添加仪表和自定义零件 190
8.5.1 添加仪表 190
8.5.2 自定义零部件 191
8.5.3 创建和使用自定义零件（占位符零件）的步骤 192
8.6 创建管道支撑 194
8.6.1 管道支撑简介 194
8.6.2 添加管道支撑的方法 195
8.7 项目验证：对照 P&ID 图形验证Plant 3D 模型197
8.8 管道布置提示和小结 199

第9章　正交图形 200
9.1 Plant 3D 正交图形和工作流 200
9.1.1 创建正交图形文件夹 200
9.1.2 使用样板文件 200
9.2 创建设备布置的正交视图 202
9.2.1 创建并编辑正交视图 202
9.2.2 添加正交注释 206
9.2.3 正交BOM 表 207
9.3 创建管道布置图 208

第10章　等轴测（ISO）图形 211
10.1 ISO 简介与设置 211
10.1.1 ISO 样式的用途分类 211
10.1.2 ISO 设置 212
10.1.3 ISO 高级设置 212
10.2 ISO 创建213
10.2.1 ISO选项卡和ISO工作流简介 213
10.2.2 快速ISO  213
10.2.3 加工ISO  215
10.3 ISO 注释216
10.4 自定义ISO 符号 217

综合篇
第11章　数据管理与创建报表 222
11.1 数据管理222
11.1.1 设置数据管理器 222
11.1.2 查看数据 223
11.1.3 从数据管理器将关联注释放置在P&ID 图形 226
11.1.4 自定义视图 227
11.1.5 添加或修改数据 228
11.1.6 数据报告 230
11.2 创建报表233
11.2.1 报告创建器的使用 233
11.2.2 报告创建器的配置 235
11.3 数据管理器与报告创建器比较240

第12章　等级库和元件库 241
12.1 等级库和元件库简介241
12.2 等级库编辑器242
12.3 等级库的创建与修改243
12.3.1 下载与安装元件库 244
12.3.2 创建等级库 245
12.3.3 编辑与制作等级库 249
12.3.4 使用等级库 252
12.3.5 使用固定长度管道等级库 253
12.4 元件库制作简介253

第13章　图形渲染及打印输出 255
13.1 渲染与动画制作255
13.1.1 AutoCAD 渲染简介 255
13.1.2 Navisworks 简介 256
13.2 图形打印和输出256
13.2.1 图形打印设置 257
13.2.2 图形打印 263
13.2.3 发布为图纸集 263
13.2.4 图形输出为PDF格式文件 265
13.2.5 图形输出为JPG/PNG格式图形文件 265
13.2.6 图形应用到Word文档的方法简介 267

参考文献 268