摘要：本文從井下工具的生產(chǎn)工藝流程進行分析，介紹了井下工具的標準化產(chǎn)線的設(shè)計與實現(xiàn)過程，充分考慮了生產(chǎn)過程的兼容性、精密性、可靠性。技術(shù)上利用設(shè)備的可快速更換性及相似功能設(shè)備的共用性實現(xiàn)了不同規(guī)格產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)。將視覺識別、精密抓取、精確定位等機器人技術(shù)與產(chǎn)線數(shù)據(jù)自動采集、分析、處理、可視化等數(shù)字技術(shù)有機融合起來，實現(xiàn)了產(chǎn)線標準化運行。同時，產(chǎn)線采用精確的扭力控制技術(shù)和水壓測試技術(shù)，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，保證制造過程穩(wěn)定、受控。

關(guān)鍵詞：井下工具，產(chǎn)線設(shè)計與實現(xiàn)，標準化產(chǎn)線

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.18.021

0引言

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，油氣開采行業(yè)的井下工具也得到了不斷的完善和提升，井下工具新技術(shù)的應(yīng)用對于保證油氣開采過程的高效、穩(wěn)定和安全有著重要的意義。為進一步滿足產(chǎn)能、管理和質(zhì)量的要求，智能化生產(chǎn)模式優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，將從井下工具的生產(chǎn)工藝流程進行分析，按照不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成進行設(shè)計，技術(shù)上利用工裝夾緊的兼容性及可快速更換性、相似功能設(shè)備的共用性實現(xiàn)了不同規(guī)格井下工具產(chǎn)品的智能化、標準化生產(chǎn)。

1井下工具產(chǎn)線標準化概述

井下工具產(chǎn)線標準化旨在以自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化賦能研發(fā)、生產(chǎn)、物流、管理全過程，通過人、機器、物料與產(chǎn)線管理系統(tǒng)的協(xié)作，對生產(chǎn)工藝、物料配送、質(zhì)量控制、產(chǎn)品倉儲、數(shù)據(jù)管理、能耗和安全管理等進行標準化管理，達到提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低運營成本的目的。產(chǎn)線的標準化過程重點解決以下問題。

（1）零部件組裝過程中，重點解決“噴砂器部件的小零件組裝兼容性和組裝精度高”的問題。采用專門設(shè)計研發(fā)制造的設(shè)備來組裝密封圈，通過自動化工裝切換可實現(xiàn)待產(chǎn)品的快速換型，采用伺服壓裝設(shè)備壓裝滑套、凡爾、中心管，通過程序控制壓裝精密度。產(chǎn)線可兼容不同產(chǎn)品型號，實現(xiàn)產(chǎn)品組裝的一致性。

（2）產(chǎn)品總裝配過程中，重點解決“產(chǎn)品涂油量、擰扣力矩的精確控制，壓力測試實時監(jiān)控及精確控制”的問題。采用定量注油泵，可實現(xiàn)注油量的精確控制；采用軟毛刷實現(xiàn)涂抹均勻性；采用立式擰扣機兼容多種產(chǎn)品，配置高精度扭力傳感器，轉(zhuǎn)速高低檔自動切換，提升效率的同時確保產(chǎn)品扭矩的一致性；水壓測試設(shè)備配置高低壓柱塞泵及高精度壓力傳感器，保證測試精度；水箱配置多級過濾器，保證用水循環(huán)利用；液壓密封，確保測試的穩(wěn)定性。

（3）數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計中，重點解決“生產(chǎn)過程中研發(fā)圖紙導(dǎo)人、智能排產(chǎn)、生產(chǎn)執(zhí)行、在線品控”等問題。通過APS、MES、EAM、EWM、DSM等系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)線實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、分析和監(jiān)控，優(yōu)化了工藝、減少了人員。

2井下工具產(chǎn)線的標準化設(shè)計

噴砂器和封隔器是產(chǎn)線主要產(chǎn)品，項目需求見表1。

井下工具自動化生產(chǎn)線需求在“橙色云工業(yè)產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)平臺”發(fā)布后，平臺對需求進行AI智能拆分和匹配，通過平臺分析，快速拆分出了密封圈組裝機、人工輔助卡簧組裝設(shè)備、滑套自動壓裝機、自動涂油機、凡爾自動化壓裝機、自動涂油脂機、氣動打標機、擰扣機、水壓測試機、行走機器人、ACV、復(fù)合抓手、定位料框等13個工位及信息采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等子需求，同時，利用橙色云平臺匯聚的33萬+工程師、1萬+工程師團隊，迅速完成智能需求匹配，為每個子需求匹配了專業(yè)的工程師團隊，出具設(shè)計方案、設(shè)備選型、加工、裝配、系統(tǒng)開發(fā)、現(xiàn)場安裝調(diào)試等流程的方案設(shè)計。項目方案設(shè)計部分內(nèi)容如圖1-4。

3井下工具標準化產(chǎn)線的實現(xiàn)

井下工具自動化裝置主要由自動裝配生產(chǎn)線、空壓系統(tǒng)、物料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。

（1）自動裝配生產(chǎn)線包括封隔器和噴砂器自動裝配線、噴砂器分總成裝配線兩條自動裝配線，主要功能是對井下工具封隔器和噴砂器進行裝配，主要由叉車AGV上料系統(tǒng)、料框及料框定位機構(gòu)、搬運機器人、機器人地軌、機器人抓手、涂油脂機、氣動打標機、液壓擰扣機、水壓測試機、密封圈組裝機、輔助工作臺、壓裝機、涂油機組成。

（2）空壓系統(tǒng)主要由雙螺桿式空氣壓縮機、冷干機、除油過濾器及儲氣罐組成，設(shè)備單獨放置，并通過管線引到車間現(xiàn)場設(shè)備上。

（3）物料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主要包括封隔器、噴砂器裝配線物流系統(tǒng)、噴砂器分總成線物流系統(tǒng)，通過料框、料框定位機構(gòu)、叉車AGV、調(diào)度系統(tǒng)等軟硬件，實現(xiàn)井下工具在工序轉(zhuǎn)運中的物料轉(zhuǎn)運自動化。

（4）控制系統(tǒng)主要分為PLC控制系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)、AGV調(diào)度系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

①PLC控制系統(tǒng)：采用遠程控制室中的計算機與現(xiàn)場PLC控制，以實現(xiàn)自動操作和遠程監(jiān)控。遠程控制室主要分為操作控制臺和視頻監(jiān)控控制臺兩部分。操作控制臺主要控制井下工具裝配、試壓和拆卸等工作流程，視頻監(jiān)控控制臺主要控制現(xiàn)場的視頻監(jiān)控裝置。PLC支持工業(yè)以太網(wǎng)和標準的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的通訊，具備自動和手動兩種生產(chǎn)模式。PLC控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。

②上位機系統(tǒng)主要控制下井工具裝配、試壓等工作流程，畫面包含功能：

A.產(chǎn)線運行狀態(tài)顯示功能：包含線體上電機、機器人、專機設(shè)備等運行、待機、報警等狀態(tài)；

B.系統(tǒng)各環(huán)節(jié)參數(shù)管理功能：能對速度、壓力、位置等參數(shù)進行設(shè)置；

C.配方存儲功能：將常用生產(chǎn)型號配方存儲，每次換型在上位機系統(tǒng)中選擇即可；

D.報表存儲及輸出功能：可根據(jù)生產(chǎn)需求，進行班次、批次或者日期等的報表存儲功能，存儲內(nèi)容包含日期、操作人員、生產(chǎn)編號、設(shè)備狀態(tài)等內(nèi)容。輸出功能包括相關(guān)數(shù)據(jù)采集、處理，曲線、圖形、報告自動生成、實時顯示等；

E.數(shù)據(jù)庫存儲功能：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲時間不小于3個月，可以根據(jù)現(xiàn)場需求內(nèi)容進行添加（但限于現(xiàn)場設(shè)備能夠提供的數(shù)據(jù)），以便于后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量追蹤。

③ACV調(diào)度系統(tǒng)主要功能有權(quán)限管控、基礎(chǔ)設(shè)置、任務(wù)調(diào)度、充電管控、狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)日志等，示意圖如圖6所示。

④視頻監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端監(jiān)視設(shè)備（9臺攝像機）、傳輸設(shè)備、后端存儲、控制及顯示設(shè)備（9臺LCD拼接屏）這五大部分組成。前端監(jiān)控設(shè)備攝像機，采用先進的電荷耦合器件CCD圖像傳感技術(shù)。具有自動光圈接口、自動白平衡、電子快門、照度要求、逆光補償、標準清晰度或高解象力等適合多種場合使用的攝像機。終端監(jiān)控設(shè)備順序式視頻音頻切換器，可以對來自2路至12路的攝像機圖像和相應(yīng)的音頻信號按照順序進行切換，其時序切換圖像信號分別在監(jiān)視器上自動順序顯示，切換時間可調(diào)整。亦可手動切換選擇或旁路隔離某一路指定攝像機圖像顯示。針對該項目，把監(jiān)控設(shè)備安裝在專用監(jiān)控室，同時在監(jiān)控屏幕和人機交互界面顯示噴砂器和封隔器的裝配數(shù)量及目標完成情況等信息。同時也可以把監(jiān)控視頻投放到會議室的拼接屏上，如圖7所示。

4結(jié)語

通過對井下工具產(chǎn)品的自動化產(chǎn)線建設(shè)，實現(xiàn)了多品種小批量訂單環(huán)境下的全自動化生產(chǎn)及全自動物流運輸，開創(chuàng)了自動化設(shè)備應(yīng)用的新場景，為工廠自動化建設(shè)的開展提供的參考依據(jù)。同時，在石油裝備市場日益成熟，客戶需求不斷提高的環(huán)境下，持續(xù)深入研究自動化生產(chǎn)模式，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短訂單交付周期，持續(xù)提升生產(chǎn)效率；運用精益生產(chǎn)模式保證制造過程穩(wěn)定、受控，產(chǎn)品質(zhì)量精益求精，企業(yè)能持續(xù)提高運營效率。

作者簡介

趙迎芳，通信作者，本科，高級工程師，主要從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)、工業(yè)設(shè)計協(xié)同創(chuàng)新、智能制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型等領(lǐng)域的研究工作。

郭輝，在職工學(xué)博士，工程師，主要從事制造業(yè)生產(chǎn)線自動化、標準化、智能化改造實施和制造業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究工作。

（責任編輯：袁文靜）