CATIA 電子船在海洋石油112FPSO透平改造中的應(yīng)用

郝杰 朱鵬

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司技術(shù)中心 天津 300457）

CATIA 電子船在海洋石油112FPSO透平改造中的應(yīng)用

郝杰 朱鵬

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司技術(shù)中心 天津 300457）

本文主要闡述了CATIA軟件的配管、機(jī)械、電氣等模塊在海洋石油112FPSO透平改造管線設(shè)計(jì)和電纜托架設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用，探討了CATIA電子船在FPSO改造設(shè)計(jì)中的方法和一般步驟，證明了CATIA電子船在FPSO三維設(shè)計(jì)領(lǐng)域的可行性，對(duì)今后CATIA電子船如何運(yùn)用到FPSO的科學(xué)管理中具有一定參考價(jià)值。

三維設(shè)計(jì)；透平改造；CATIA；海洋石油；112FPSO

1 前言

為了提高海洋石油112FPSO供電能力，充分利用現(xiàn)有伴生氣，海洋石油112FPSO需要增加一臺(tái)透平發(fā)電機(jī)。由于采油服務(wù)公司已經(jīng)用CATIA軟件按照1：1的比例完成了海洋石油112FPSO CATIA電子船的建模工作，故決定本次透平改造項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)工作在海洋石油112FPSO CATIA電子船基礎(chǔ)上完成。

2 工作任務(wù)

本次透平改造三維設(shè)計(jì)需要在海洋石油112FPSO六模塊右舷和二模塊右舷分別增加透平發(fā)電機(jī)、燃?xì)鈮嚎s機(jī)各一座及其附屬設(shè)備若干同時(shí)完成相關(guān)配管及電纜托架布置。根據(jù)要求，需要完成如下工作：

2.1 在CATIA電子船上建立并布置各設(shè)備模型；

2.2 按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完成管線和電纜托架設(shè)計(jì)；

2.3 對(duì)所有新增模型進(jìn)行干涉檢查；

2.4 出管線ISO圖和電纜托架布置圖。

3 任務(wù)分析

3.1 軟件能力

本次透平改造三維設(shè)計(jì)使用的CATIA軟件是法國(guó) Dassault°System公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，居世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的DMU電子樣機(jī)模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。

在造船工業(yè)方面，CATIA也提供了許多優(yōu)秀的解決方案，包括專門的船體產(chǎn)品和船載設(shè)備、機(jī)械、配管和電氣等解決方案。船體設(shè)計(jì)解決方案已被應(yīng)用于眾多船舶制造企業(yè)，類似General Dynamics,Meyer Weft和Delta Marin，涉及所有類型船舶的零件設(shè)計(jì)、制造、裝配。General Dynamic Electric Boat和Newport News Shipbuilding使用CATIA設(shè)計(jì)和建造美國(guó)海軍的新型弗吉尼亞級(jí)攻擊潛艇。中國(guó)廣州的文沖船廠也對(duì)CATIA進(jìn)行了成功地應(yīng)用。它們使用CATIA進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，完全取代了傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)。[1]

由此可見，CATIA軟件完全能夠勝任本次透平改造三維設(shè)計(jì)工作。

3.2 工作分解

為了能夠完成此次透平改造三維設(shè)計(jì)工作，需要解決的問(wèn)題有：首先，由于海洋石油112FPSO日常維護(hù)中的部分改造成果未在CATIA電子船中更新，使得CATIA電子船已經(jīng)和真實(shí)的FPSO不能完全相符，需要重新調(diào)研將海洋石油112FPSO CATIA電子船進(jìn)行完善。其次，要對(duì)比本次透平改造項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書中所用到的管件、管附件、閥門和電纜托架等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是否與海洋石油112FPSO建造時(shí)相同？如果相同，本次透平改造三維設(shè)計(jì)工作就可以沿用原CATIA電子船的各種庫(kù)文件，如果不同需按照本次使用的技術(shù)規(guī)格書中的要求重新建立標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)文件。再次，當(dāng)模型與現(xiàn)有FPSO一致后需要對(duì)本次透平改造項(xiàng)目新增加的透平發(fā)電機(jī)、燃?xì)鈮嚎s機(jī)及其附屬設(shè)備進(jìn)行建模，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的位置關(guān)系進(jìn)行布置。還需按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)各系統(tǒng)管線和電纜托架走向進(jìn)行設(shè)計(jì)。所有模型建立完畢后，還需對(duì)模型進(jìn)行干涉檢查。經(jīng)干涉檢查無(wú)誤后，需按照要求對(duì)管線和電纜托架出圖。在管線出圖方面，由于國(guó)內(nèi)船廠習(xí)慣出小票圖，這與海洋石油112FPSO上部模塊管線要求出ISO圖不一致，故需要考慮如何從CATIA軟件中抽管線ISO圖。電纜托架出圖相對(duì)容易，與以往出圖方式基本上沒(méi)有差異。

4 實(shí)施過(guò)程

4.1 模型和FPSO一致性檢查

為了讓原CATIA電子船和現(xiàn)有FPSO是1：1的關(guān)系，需要出海調(diào)研，這包括：需要對(duì)原CATIA電子船進(jìn)行完善以及對(duì)本次透平改造項(xiàng)目需要涉及到的相關(guān)模塊進(jìn)行核對(duì)。現(xiàn)在FPSO六模塊右弦有一臺(tái)設(shè)備V－4320及其附屬管線等是海洋石油112FPSO投產(chǎn)后新增的原CATIA電子船沒(méi)有，故需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。同時(shí)，需要按照管線ISO圖和電纜托架布置圖對(duì)此次透平改造所涉及到的管線接口和電纜托架走向進(jìn)行校對(duì)。只有完成了以上調(diào)研工作并對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行完善后才能保證CATIA電子船和真實(shí)的FPSO是1：1的關(guān)系。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

由于本次透平改造三維設(shè)計(jì)是在原有FPSO基礎(chǔ)上的改造項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)核對(duì)技術(shù)規(guī)格書后得知本項(xiàng)目所涉及到的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與海洋石油112FPSO建造時(shí)相同，故本次透平改造三維設(shè)計(jì)工作就可以沿用原CATIA電子船開發(fā)過(guò)程中建立的各種庫(kù)文件。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括：

4.3 三維建模

三維建模工作主要分為3部分，具體包括：機(jī)械設(shè)備建模與布置、管線設(shè)計(jì)、電纜托架設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)備建模與布置主要需要按照該設(shè)備廠家設(shè)計(jì)圖紙完成該設(shè)備模型建立，并根據(jù)FPSO上的實(shí)際情況完成該設(shè)備的布置。管線設(shè)計(jì)和電纜托架設(shè)計(jì)需要專業(yè)工程師按照管線設(shè)計(jì)和電纜托架設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范參照P&ID圖以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。在CATIA上進(jìn)行管線和電纜托架設(shè)計(jì)、設(shè)備布置比較直觀、方便、準(zhǔn)確，專業(yè)間協(xié)調(diào)、干涉檢查而產(chǎn)生的矛盾在施工前基本做到消除，大大提高施工質(zhì)量和進(jìn)度。[2]

圖1 透平發(fā)電機(jī)整體設(shè)計(jì)圖

圖2 過(guò)濾器三維設(shè)計(jì)圖

4.4 干涉檢查[3-4]

在進(jìn)行路徑規(guī)劃過(guò)程中，干涉檢查是一項(xiàng)必不可少的任務(wù)，是與虛擬裝配和路徑規(guī)劃密切相關(guān)的核心內(nèi)容之一。因?yàn)楦缮鏅z查是虛擬設(shè)計(jì)中對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容是否可裝配、所規(guī)劃的路徑是否安全可達(dá)、設(shè)計(jì)是否正確合理的判斷依據(jù)之一，也是虛擬裝配中比較重要的一個(gè)研究?jī)?nèi)容。干涉檢查一般包括靜態(tài)干涉檢查和動(dòng)態(tài)干涉檢查。靜態(tài)干涉檢查是指在虛擬裝配環(huán)境下，檢查各裝配體之間的相對(duì)位置關(guān)系是否存在干涉，裝配公差設(shè)計(jì)是否合理；動(dòng)態(tài)干涉檢查是指裝配體在裝配運(yùn)動(dòng)過(guò)程中(包括拆卸過(guò)程)，其運(yùn)動(dòng)包絡(luò)體是否存在運(yùn)動(dòng)干涉。動(dòng)態(tài)干涉檢查保證了裝配體及相關(guān)人員、工具等在正常施工過(guò)程中不與周圍物體發(fā)生碰撞干涉。

4.5 出圖工作

所有的模型建立完畢并通過(guò)干涉檢查后，就要進(jìn)行出圖工作了。本次透平改造三維設(shè)計(jì)項(xiàng)目要求管線必須出ISO圖，電纜托架出電纜托架布置圖，格式為.DWG。經(jīng)過(guò)不斷的探索和研究，在出圖方面最終選擇了通過(guò)以Autodesk Inventor軟件為接口，把CATIA設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Autodesk Inventor軟件中，通過(guò)Autodesk Inventor軟件直接出管線ISO圖和電纜托架布置圖的方式來(lái)完成。

圖3 管線ISO圖

圖4 電纜托架布置圖

結(jié)語(yǔ)

CATIA電子船在海洋石油112FPSO透平改造中的應(yīng)用表明：首先，將CATIA軟件在航天、航空、汽車等制造領(lǐng)域中的先進(jìn)成熟技術(shù)引用到FPSO三維設(shè)計(jì)領(lǐng)域是可行的，這些技術(shù)能對(duì)海洋工程的設(shè)計(jì)有著非常獨(dú)特的借鑒。[5]其次，CATIA在FPSO三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為提高企業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率，降低成本起到了明顯的作用。最后，采油服務(wù)公司通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，掌握了一套運(yùn)用CATIA電子船完成上部模塊三維改造設(shè)計(jì)的方法，為今后類似項(xiàng)目的實(shí)施積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]肖貴英.TRIBON與CATIA船體模型交互技術(shù)研究.哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論.200901.

[2]王如川.CATIA V5船舶解決方案在管舾裝領(lǐng)域的應(yīng)用.艦船科學(xué)技術(shù).2007,29(2).

[3]姚競(jìng)爭(zhēng)，韓端鋒，李健.基于CATIA系統(tǒng)的虛擬裝配仿真研究.船舶工程.2011年第1期，總第33卷.

[4]曾柳楊.基于CATIA/CAA的虛擬裝配約束關(guān)系分析與干涉檢查研究【D】.南京：南京航空航天大學(xué).2005.

[5]陳寧，高霆，王軍.基于CATIA的船舶機(jī)艙三維設(shè)計(jì)方法研究.CAD/CAM與制造業(yè)信息化.2004.