宏華石油：突破來自石油鉆探行業的設計挑戰
——數字化整合提升產品設計規范，規范帶來效益

撰文/齊健

宏華石油：突破來自石油鉆探行業的設計挑戰
——數字化整合提升產品設計規范，規范帶來效益

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，幾乎覆蓋了傳統機械設計領域的所有應用。這不僅是對設計人員、制造企業的挑戰，也是對設計軟件的挑戰。

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。產品涵蓋1000至12000米的陸地鉆機，包括DBS交流變頻數控電動鉆機、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，以及新研制的連續管鉆機等20余種型號規格，還有各種與之配套的直驅頂驅、直驅泵、游吊系統、固控系統及電控系統等產品。

宏華石油十分注重對技術研發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，并在大量新產品中試點應用了Vault設計協同平臺。自1997年公司成立以來，相繼開發研制出連續管鉆機、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權的新產品，近年來申請389項專利，其中發明專利147項，獲得授權25項，申請實用新型專利222項，獲得授權201項。

在整體數字化設計平臺建設過程中，宏華石油經歷了相當長的設計軟件考察期。宏華石油的產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，為了完成企業整體數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、產品發布以及數據管理等相關產品。

早在2002年，宏華石油就采購了Inventor 5.3，在企業內部開展相關的試行設計工作。經過了一段時間的試用，并多方對比了其他設計軟件在行業內的應用情況，結合企業自身的設計工作和生產施工特點，最終宏華石油決定全面采用Inventor完成對企業設計平臺的升級，并通過歐特克設計套件完成了企業內部統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品的開發工作，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品。

通過應用Inventor三維設計軟件，使新產品設計過程中容易出現的干涉、投影、不合理布局以及結構冗余等情況得到了規避。標準件庫功能在日常的設計工作中也發揮了很大的作用，通過建立企業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。參數化和模塊化的設計方式使工程師有了更多的選擇，參數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品的設計過程中很好地保證了產品的準確性和可維護性。

大多數石油鉆探機械都是結構復雜，零件數過萬的大型裝配體，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了大裝配的設計輕量化，解決了這部分問題。通過合理規劃大裝配設計，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，實現了相似零件的參數化設計，并在系列化產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，在新產品修改和老產品改型的設計過程中節省設計時間超過40%。在系列化零件的設計中應用的參數化設計理念，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品研發項目中，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的二維和三維數據的共同管理和圖紙查詢系統。基于Vault進行二維、三維設計數據統一管理，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據管理與工藝信息交互。

Vault也為宏華石油提供了全新的協同設計方案，用Vault 進行數據交換、文件管理以及協同設計等。在宏華石油的很多新產品開發項目中，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據傳遞的協同方案，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品設計的挑戰。