撰文/齊健

宏華石油：突破來自石油鉆探行業(yè)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
——數(shù)字化整合提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范，規(guī)范帶來效益

撰文/齊健

“歐特克軟件為我們的設(shè)計(jì)部門提供了很大的幫助和支持。就整個(gè)企業(yè)來說，通過應(yīng)用Inventor和Vault，訂單交付周期縮短了，新品上市速度加快了，企業(yè)效益自然也就提高了?！苯邮茈娫挷稍L時(shí)，四川宏華石油設(shè)備有限公司產(chǎn)品研究所設(shè)備室助理機(jī)械工程師李璽如是說。

石油鉆探設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中是比較復(fù)雜的，石油鉆探機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多變且功能需求很多，對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的要求很高。在設(shè)計(jì)過程中，整機(jī)需要涉及到井架、底座等大型鋼結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，絞車、泥漿泵等涵蓋了鏈條、齒輪等機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要部署自動(dòng)化程度相當(dāng)高的石油鉆具處理裝置，例如：頂驅(qū)、液壓貓道和鐵鉆工等機(jī)電液一體化產(chǎn)品。這一系列的設(shè)計(jì)過程包括了普通建模、鈑金、焊接件建模、結(jié)構(gòu)件分析以及運(yùn)動(dòng)分析等多種設(shè)計(jì)手段，幾乎覆蓋了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的所有應(yīng)用。這不僅是對(duì)設(shè)計(jì)人員、制造企業(yè)的挑戰(zhàn)，也是對(duì)設(shè)計(jì)軟件的挑戰(zhàn)。

四川宏華石油設(shè)備有限公司（以下簡稱宏華石油）是一家專業(yè)從事石油鉆采設(shè)備研究、設(shè)計(jì)、制造、成套和技術(shù)服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。產(chǎn)品涵蓋1000至12000米的陸地鉆機(jī)，包括DBS交流變頻數(shù)控電動(dòng)鉆機(jī)、直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、拖裝鉆機(jī)和轉(zhuǎn)盤獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，以及新研制的連續(xù)管鉆機(jī)等20余種型號(hào)規(guī)格，還有各種與之配套的直驅(qū)頂驅(qū)、直驅(qū)泵、游吊系統(tǒng)、固控系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等產(chǎn)品。

宏華石油十分注重對(duì)技術(shù)研發(fā)與設(shè)計(jì)軟實(shí)力的投入。在設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用方面，以AutoCAD Mechanical為基礎(chǔ)軟件，Inventor為升級(jí)軟件，并在大量新產(chǎn)品中試點(diǎn)應(yīng)用了Vault設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)。自1997年公司成立以來，相繼開發(fā)研制出連續(xù)管鉆機(jī)、超級(jí)單根鉆機(jī)、五缸泵、壓裂泵及直驅(qū)頂驅(qū)等一批具有完全自主產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，近年來申請(qǐng)389項(xiàng)專利，其中發(fā)明專利147項(xiàng)，獲得授權(quán)25項(xiàng)，申請(qǐng)實(shí)用新型專利222項(xiàng)，獲得授權(quán)201項(xiàng)。

在整體數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)過程中，宏華石油經(jīng)歷了相當(dāng)長的設(shè)計(jì)軟件考察期。宏華石油的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要集中在結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，對(duì)曲面設(shè)計(jì)的要求有限，因此在購買軟件時(shí)，設(shè)計(jì)部門將關(guān)注點(diǎn)放在了簡單易用、運(yùn)行快捷且性價(jià)比較高的設(shè)計(jì)軟件上。同時(shí)，為了完成企業(yè)整體數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)，宏華石油選擇的設(shè)計(jì)軟件還需要良好適配整套分析、產(chǎn)品發(fā)布以及數(shù)據(jù)管理等相關(guān)產(chǎn)品。

早在2002年，宏華石油就采購了Inventor 5.3，在企業(yè)內(nèi)部開展相關(guān)的試行設(shè)計(jì)工作。經(jīng)過了一段時(shí)間的試用，并多方對(duì)比了其他設(shè)計(jì)軟件在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用情況，結(jié)合企業(yè)自身的設(shè)計(jì)工作和生產(chǎn)施工特點(diǎn)，最終宏華石油決定全面采用Inventor完成對(duì)企業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)的升級(jí)，并通過歐特克設(shè)計(jì)套件完成了企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一的通用設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)。利用歐特克設(shè)計(jì)套件，宏華石油完成了很多新產(chǎn)品的開發(fā)工作，例如頂驅(qū)、鐵鉆工、液壓貓道以及海洋鉆井包等高難度機(jī)電液一體化產(chǎn)品。

通過應(yīng)用Inventor三維設(shè)計(jì)軟件，使新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)的干涉、投影、不合理布局以及結(jié)構(gòu)冗余等情況得到了規(guī)避。標(biāo)準(zhǔn)件庫功能在日常的設(shè)計(jì)工作中也發(fā)揮了很大的作用，通過建立企業(yè)自有的標(biāo)準(zhǔn)化零件庫、材料庫和圖庫，零件的設(shè)計(jì)重用率有了大幅提高。參數(shù)化和模塊化的設(shè)計(jì)方式使工程師有了更多的選擇，參數(shù)化設(shè)計(jì)保證了設(shè)計(jì)的可修改性，大幅減少了設(shè)計(jì)修改和改型設(shè)計(jì)的建模時(shí)間，而模塊化設(shè)計(jì)則在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中很好地保證了產(chǎn)品的準(zhǔn)確性和可維護(hù)性。

大多數(shù)石油鉆探機(jī)械都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)過萬的大型裝配體，在設(shè)計(jì)過程中，由于硬件條件有限，造成的模型運(yùn)行過慢，大大地降低了設(shè)計(jì)效率。Inventor的提取包覆面功能幫助宏華石油實(shí)現(xiàn)了大裝配的設(shè)計(jì)輕量化，解決了這部分問題。通過合理規(guī)劃大裝配設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)子裝配提取包覆面、從子模塊開始輕量化，建立上萬個(gè)零件

的大裝配也變得輕而易舉。

Inventor的應(yīng)用對(duì)宏華石油的設(shè)計(jì)效率提升起到了很大的幫助作用，井架、底座等鋼結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)質(zhì)量明顯改善，絞車、泥漿泵等系列化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大幅縮短。同時(shí)，Inventor還幫助宏華石油建立了鋼結(jié)構(gòu)上面的骨架線理念，實(shí)現(xiàn)了相似零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，并在系列化產(chǎn)品的零件重用方面起到了至關(guān)重要的作用。骨架線的理念使設(shè)計(jì)變更更加方便，在新產(chǎn)品修改和老產(chǎn)品改型的設(shè)計(jì)過程中節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間超過40%。在系列化零件的設(shè)計(jì)中應(yīng)用的參數(shù)化設(shè)計(jì)理念，可以把設(shè)計(jì)修改的時(shí)間壓縮到原來的30%。

在一些工況已知，載荷情況不復(fù)雜的新產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目中，Inventor還能幫助完成一部分結(jié)構(gòu)件分析和有限元分析工作，有效地提升了這些項(xiàng)目的工作效率。

在Vault應(yīng)用方面，歐特克為宏華石油定制了一套基于Vault和Inventor的二維和三維數(shù)據(jù)的共同管理和圖紙查詢系統(tǒng)。基于Vault進(jìn)行二維、三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，通過Inventor完成B0M表的處理并傳遞給工藝。并利用基于Inventor的B0M表序號(hào)處理工具完成相關(guān)的數(shù)據(jù)管理與工藝信息交互。

Vault也為宏華石油提供了全新的協(xié)同設(shè)計(jì)方案，用Vault 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、文件管理以及協(xié)同設(shè)計(jì)等。在宏華石油的很多新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)部門以項(xiàng)目組為應(yīng)用單位，基于Vault服務(wù)器建立起了一套用草圖完成主要數(shù)據(jù)傳遞的協(xié)同方案，通過Vault的復(fù)制設(shè)計(jì)功能避免了重復(fù)設(shè)計(jì)相似零部件，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。

宏華石油利用歐特克設(shè)計(jì)套件建立了自己的完整數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，并不斷在這個(gè)平臺(tái)上摸索出更新、更好的設(shè)計(jì)模式與應(yīng)用方法。李璽表示，對(duì)于歐特克軟件，宏華石油的設(shè)計(jì)部還有很多的期望。他們希望Inventor能夠不斷豐富自己的標(biāo)準(zhǔn)件庫，集成更多的標(biāo)準(zhǔn)件，特別是液壓管路附件部分的標(biāo)準(zhǔn)件。在軟件功能方面，他希望軟件內(nèi)部的模型特征繼承和圖樣傳遞能有突破進(jìn)展，并在分析方面提供更多的功能，提高運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和結(jié)構(gòu)件分析的精度和操作性。希望有更好的軟件幫助宏華石油突破更多來自產(chǎn)品設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。