Automating Engineering Judgment for Pressure Vessel Design

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一鍵產出 ASME 碟形端板計算簡報：GitHub Actions 與 Docs-as-Code 的完美結合

在壓力容器設計中，「工程判斷」的價值在於如何將複雜的法規邏輯轉化為可靠的決策。本影片展示了如何將 ASME Section VIII-1 UG-32 的碟形端板（Torispherical Head）厚度計算，整合進 GitHub Actions 自動化工作流。 透過 Docs-as-Code 的概念，我們實現了從修改參數到自動產出技術簡報的完整流程。這不僅提升了設計效率，更重要的是建立了可追溯、減少人為失誤的「風險防護網」。 【技術重點】 法規依據： 深入解析 ASME VIII-1 碟形端板計算公式。 工具鏈整合： * 使用 Emacs Org-mode 進行技術文件撰寫。 利用 Common Lisp / Maxima 處理核心工程計算。 透過 GitHub Actions 自動化觸發 CI/CD 流程。 成果輸出： 自動產生網頁版技術投影片（Reveal.js），直接用於客戶溝通與技術審核。

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計算碟形端板的內容積/calculate internal volume of spherically dished

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 為何要計算端板的內容積？     幾何形狀的體積計算的計算公式可以在機械便覽中找到，如圓柱形、四面體形及正六邊形。有人想過碟形端板的公式是什麼嗎？我從事壓力容器設計這方面工作的初期階段，就是要計算碟形端板的內容積。由於客戶合約要求每個桶子的容積不得誤差百分之五，而在此之前公司的工程師未能掌握整個設備的總體積；因為工程師可以計算圓桶形的體積，但是碟形端板無法以簡單的計算式來證明它理論上的體積。因故其設計文件一直無法通過客戶的審核。 一般壓力容器內容積的計算要求及計算方式     如果是固定式容器，一般設備設計時會省去上下端板的容積，以圓桶形體積作為額定容積；但是此次的狀況是客戶要求作為運輸桶槽，其內容物除了受國際規範限制運輸量而且單價昂貴。如此容積的精確度就是此設備設計的重點。那麼之前的工程師是怎麼思考的呢？第一，先定一個內徑後依 碟形端板幾何比例去製作成品；求得一個碟形端板的容積，再控制桶身的長度就可以計算出總體積了。所以在當時他們請現場製作一個端板，再以滿水重扣除空重就可以知道那個端板的體積了。但是實際的生產過程中會有公差產生，在其他端板成形後如何達到品管的需求？或者第二，以 CAD 軟體建造模型，直接計算其體積；實務上我也選擇這個方式，只要有容積數據就好。題外話，終於 autocad 成為正式的輔助工具而不單單只是繪圖軟體了。接下來的問題是，怎麼把這數據用文件敘述出來，也就是如何把端板體積計算寫進強度計算書中？ 使用程式計算碟形端板的內容積     壓力容器專業軟體 PV Elite 會計算其容積，但是一樣沒有顯示出端板容積怎麼計算。這問題一時也無法用言語或文字解釋，在此我使用了 Maxima 程式來解決問題。首先下載 由 各申機械設計工作室 提供的 Maxima 程式： Head_volume.mac 。它是由端板的幾何線條對其對稱軸作積分，再累加各段體積以求得碟形端板的體積。其例子如下方的程式碼以求得所需要的容積。
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如何準備使用者設計需求/UDR

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  壓力容器使用者設計需求表內容說明 壓力容器使用者設計需求表，是用來在設備設計開始之前，整理與確認「這台壓力容器實際會怎麼被使用」的基本資訊。 透過 人、事、時、地、物 五個面向，協助設計端理解使用情境，避免設計假設與實際使用狀況產生落差。 人     壓力容器的所有者或實際使用者     設備主要由哪個單位或人員負責使用與管理 事      這台容器的主要用途     平常操作時的大致壓力與溫度條件     是否有特殊操作情況需要特別考慮     是否需要安全裝置（例如過壓保護）     是否有防火、隔熱或其他使用上的注意事項     是否有登錄或認證方面的需求（例如特定市場或地區的要求） 時     預計使用年限     是否長期連續使用，或有反覆啟停的情況     是否需要考慮長時間使用或重複操作可能造成的影響     是否有基本的防蝕或保護要求 地     容器預計安裝的位置（室內、室外或特定環境）     是否需要考慮風力、地震或其他環境因素 物     容器及主要部件的材料方向或限制     是否有管線連接或開口需求     是否能提供基本尺寸或簡單示意圖，協助理解設備外形 說明與提醒 本表單的目的，在於 協助釐清需求與使用條件 ，作為設計討論與工程判斷的基礎。 內容並非設計定案，也不代表已完成法規或安全審查。 由於壓力容器屬於具有風險的設備，相關內容仍涉及專業設計考量。 若對表單內容有不確定之處，建議在填寫或使用前，先與專業設計人員進行說明與確認。 名稱說明     UDR：壓力容器使用者設計需求     User’s Design Requirements ...
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壓寶計劃：如何設計桶槽的容積刻度尺/ How to design the volume scale of the barrel tank

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 桶槽的容積計算應用：為了證明客戶訂製桶槽其容積符合採購合約的規範，我們需要提出書面資料來證明。所以在《 計算碟形端板的內容積/calculate internal volume of spherically dished 》取得上下端板的容積之後，再加上桶身圓柱體積就可以得到桶槽的總體積。然而在實際使用上客戶有機會將會要求提供容積液位刻度尺；例如消防用水槽在法定規定中必須維持一定的水量，而槽體上要使用液位計標示儲存水量是否達到消防法規的標準。 如何設計刻度尺的尺寸？ 忽略端板的內容積，假設我們使用立式桶槽，和客戶取得共識，以端板的直部與圓角的切線 (TL1) 為基準，到另一端板直部與圓角切線 (TL2) 為桶槽使用容積的計算範圍，可以協議客戶使用時液位的最高點為限，如此因為圓桶桶體的內徑可知，高度可知， TL1 - TL2 距離可知，就可以訂定每格刻度的容積量。 一樣以立式桶槽為主，如果客戶需要知道各水平位置的液體容積時，端板的內容積就可以包括在計算範圍之中，在刻度尺起始點標示包含下端板的容積，再向上設計刻度距離。而下端板型式可以為半球形、半橢圓形、錐形或碟形。通常其桶槽使用的最高點不會到達頂部端板，所以可乎略不計，但是仍然以合約要求為依據。 當刻度與內容積變化不一致時的設計。例如以上提到的消防水槽由於要放置在地下室中，又因為限高的原故，所以必需使用臥桶形式。其刻度尺因為端板的二度曲面加上桶身的圓桶形使得截面積呈現弓形，無法直覺的定義出相對的刻度與內容積的水量。此時可以利用 CAD 工具來幫忙。 流程如下: (1) 建立桶槽內容積的立體模型及略大於此桶槽的方塊立體模型，共二塊模型。 (2) 將方塊中心對齊桶槽內容積模型,並放置於正下方。 (3) 方塊以固定的速度向上與桶槽模型相交，並且使用 CAD 立體模型「交集」的功能，其產生的立體模型即可以計算其高度表示的容積。 (4) 蒐集其高度與容積的數據，即可以取得制定刻度尺所需的資料。 這個過程可以編寫程式取得所需的刻度尺寸。   壓力容器液位刻度與容積評估/ Pressure vessel level scale and volume evaluation    以上桶槽皆以需承受壓力為例，所以桶身都為圓桶形。其他幾何造型的桶槽體積可以利用第三個方式需得刻度尺寸。在化工相關的工程...
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