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

撰文/齊健

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

撰文/齊健

“歐特克軟件為我們的設計部門提供了很大的幫助和支持。就整個企業(yè)來說，通過應用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。”接受電話采訪時，四川宏華石油設備有限公司產(chǎn)品研究所設備室助理機械工程師李璽如是說。

石油鉆探設備的設計生產(chǎn)在機械設計領域中是比較復雜的，石油鉆探機結構復雜、類型多變且功能需求很多，對設備的設計與生產(chǎn)的要求很高。在設計過程中，整機需要涉及到井架、底座等大型鋼結構件的設計，絞車、泥漿泵等涵蓋了鏈條、齒輪等機械傳動的設計，同時還需要部署自動化程度相當高的石油鉆具處理裝置，例如：頂驅、液壓貓道和鐵鉆工等機電液一體化產(chǎn)品。這一系列的設計過程包括了普通建模、鈑金、焊接件建模、結構件分析以及運動分析等多種設計手段，幾乎覆蓋了傳統(tǒng)機械設計領域的所有應用。這不僅是對設計人員、制造企業(yè)的挑戰(zhàn)，也是對設計軟件的挑戰(zhàn)。

四川宏華石油設備有限公司（以下簡稱宏華石油）是一家專業(yè)從事石油鉆采設備研究、設計、制造、成套和技術服務的高新技術企業(yè)。產(chǎn)品涵蓋1000至12000米的陸地鉆機，包括DBS交流變頻數(shù)控電動鉆機、直流電驅動鉆機、機械驅動鉆機、復合驅動鉆機、拖裝鉆機和轉盤獨立電驅動鉆機，以及新研制的連續(xù)管鉆機等20余種型號規(guī)格，還有各種與之配套的直驅頂驅、直驅泵、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技術研發(fā)與設計軟實力的投入。在設計軟件應用方面，以AutoCAD Mechanical為基礎軟件，Inventor為升級軟件，并在大量新產(chǎn)品中試點應用了Vault設計協(xié)同平臺。自1997年公司成立以來，相繼開發(fā)研制出連續(xù)管鉆機、超級單根鉆機、五缸泵、壓裂泵及直驅頂驅等一批具有完全自主產(chǎn)權的新產(chǎn)品，近年來申請389項專利，其中發(fā)明專利147項，獲得授權25項，申請實用新型專利222項，獲得授權201項。

在整體數(shù)字化設計平臺建設過程中，宏華石油經(jīng)歷了相當長的設計軟件考察期。宏華石油的產(chǎn)品設計主要集中在結構件設計方面，對曲面設計的要求有限，因此在購買軟件時，設計部門將關注點放在了簡單易用、運行快捷且性價比較高的設計軟件上。同時，為了完成企業(yè)整體數(shù)字化設計平臺的建設，宏華石油選擇的設計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)部開展相關的試行設計工作。經(jīng)過了一段時間的試用，并多方對比了其他設計軟件在行業(yè)內(nèi)的應用情況，結合企業(yè)自身的設計工作和生產(chǎn)施工特點，最終宏華石油決定全面采用Inventor完成對企業(yè)設計平臺的升級，并通過歐特克設計套件完成了企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一的通用設計平臺建設。利用歐特克設計套件，宏華石油完成了很多新產(chǎn)品的開發(fā)工作，例如頂驅、鐵鉆工、液壓貓道以及海洋鉆井包等高難度機電液一體化產(chǎn)品。

通過應用Inventor三維設計軟件，使新產(chǎn)品設計過程中容易出現(xiàn)的干涉、投影、不合理布局以及結構冗余等情況得到了規(guī)避。標準件庫功能在日常的設計工作中也發(fā)揮了很大的作用，通過建立企業(yè)自有的標準化零件庫、材料庫和圖庫，零件的設計重用率有了大幅提高。參數(shù)化和模塊化的設計方式使工程師有了更多的選擇，參數(shù)化設計保證了設計的可修改性，大幅減少了設計修改和改型設計的建模時間，而模塊化設計則在新產(chǎn)品的設計過程中很好地保證了產(chǎn)品的準確性和可維護性。

大多數(shù)石油鉆探機械都是結構復雜，零件數(shù)過萬的大型裝配體，在設計過程中，由于硬件條件有限，造成的模型運行過慢，大大地降低了設計效率。Inventor的提取包覆面功能幫助宏華石油實現(xiàn)了大裝配的設計輕量化，解決了這部分問題。通過合理規(guī)劃大裝配設計，對各個子裝配提取包覆面、從子模塊開始輕量化，建立上萬個零件

的大裝配也變得輕而易舉。

Inventor的應用對宏華石油的設計效率提升起到了很大的幫助作用，井架、底座等鋼結構部件的設計質量明顯改善，絞車、泥漿泵等系列化產(chǎn)品的設計周期大幅縮短。同時，Inventor還幫助宏華石油建立了鋼結構上面的骨架線理念，實現(xiàn)了相似零件的參數(shù)化設計，并在系列化產(chǎn)品的零件重用方面起到了至關重要的作用。骨架線的理念使設計變更更加方便，在新產(chǎn)品修改和老產(chǎn)品改型的設計過程中節(jié)省設計時間超過40%。在系列化零件的設計中應用的參數(shù)化設計理念，可以把設計修改的時間壓縮到原來的30%。

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

在Vault應用方面，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進行二維、三維設計數(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表序號處理工具完成相關的數(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)同設計方案，用Vault 進行數(shù)據(jù)交換、文件管理以及協(xié)同設計等。在宏華石油的很多新產(chǎn)品開發(fā)項目中，設計部門以項目組為應用單位，基于Vault服務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的復制設計功能避免了重復設計相似零部件，大大減少了設計工作量。

宏華石油利用歐特克設計套件建立了自己的完整數(shù)字化設計平臺，并不斷在這個平臺上摸索出更新、更好的設計模式與應用方法。李璽表示，對于歐特克軟件，宏華石油的設計部還有很多的期望。他們希望Inventor能夠不斷豐富自己的標準件庫，集成更多的標準件，特別是液壓管路附件部分的標準件。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展，并在分析方面提供更多的功能，提高運動學分析和結構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)品設計的挑戰(zhàn)。