石油钻机起升系统的模块化设计系统研究与开发

2016-09-29陈悦军孙汉卿解文芳方力平胡海明

甘肃科技 2016年17期

关键词：滑轮绞车钻机

陈悦军，孙汉卿，解文芳，方力平，张　力，胡海明

（1.上海蓝滨石化设备有限责任公司，上海201518；2.上海蓝海科盛石油装备有限公司，上海 201518；3.兰州理工大学机电工程学院，甘肃　兰州730050）

石油钻机起升系统的模块化设计系统研究与开发

陈悦军1，孙汉卿2，解文芳1，方力平1，张力3，胡海明1

（1.上海蓝滨石化设备有限责任公司，上海201518；2.上海蓝海科盛石油装备有限公司，上海 201518；3.兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050）

模块化设计技术是近年来迅速发展并普遍采用的一种现代设计方法。用模块化设计方法代替传统的钻机设计方法，可实现钻机的快速设计。本文以石油钻机起升系统为研究对象，以Window7作为软件开发和运行的操作系统，基于Visual Basic 6.0可视化编程语言和Access数据库技术研究开发了一套计算机辅助模块化设计系统，该研究对于石油企业加快钻机产品开发速度，提高设计效率，降低设计成本具有十分重要意义。

钻机起升系统；模块化设计；数据库；模块管理

随着全球工业的迅速发展，石油资源消耗剧增，全世界范围内出现了石油资源短缺，石油开采难度日益复杂。为提高石油产量，就必须快速设计出满足实际需求的石油钻机以响应市场的需求。石油钻机作为石油行业广泛使用的大型机械设备，具有多种型号、多种规格、且生产周期长。传统的钻机设计方法设计效率低、设计成本高且生产周期长，已不能快速响应市场需求［1］。模块化技术较好地解决了这一矛盾，利用模块化设计技术，将钻机划分为若干模块，建立模块数据库，借助计算机辅助管理，研究开发有效可靠的计算机辅助模块化设计系统，以实现钻机起升系统零部件的快速设计、查询，缩短了设计周期，提高了设计效率，对企业实施模块化战略，制造模块化产品，有十分重要的意义。

1　钻机起升系统模块划分

模块化设计是通过有限的通用化部件（基本模块）组装成满足用户个性化需求的多种功能和用途的产品［2～3］。它包括模块划分和模块选择。模块划分应遵循合理的划分原则。按照产品生命周期、产品复杂程度和模块继承性的三维模块划分原则对钻机进行模块划分。图1为三维维系模块划分示意图。

由钻机的生命周期可知，钻机的模块划分应侧重于设计、制造、装配和维修。按产品复杂程度，钻机属于大型复杂产品，在进行模块划分时，不但要保证模块的完整性和独立性，还要注意模块的层次，按照钻机设计的继承性，所划分的模块要保证模块之间弱耦合，模块内部之间强耦合［4］。最终得到的钻机模块划分方案如图2所示，将钻机分为传动系统模块，动力系统模块，起升系统模块等八大一级模块，其中一级起升系统模块可分为绞车模块和游动系统模块的二级模块等，最终可将钻机起升系统划分为绞车模块，天车模块，游车模块，大钩模块，钢丝绳模块等［5］。

图1　三维维系模块划分示意图

图2　钻机模块划分

2　起升系统模块编码及数据库建立

对钻机起升系统进行模块划分之后，建起升系统模块数据库以实现计算机对模块的管理。为了方便计算机对模块的检索查询，需要对模块进行编码。利用成组技术将模块归类，采用OPITZ编码方法对模块进行编码［6～7］。编码包括用于区分不同模块的识别码和表示模块特征的信息码。在区分不同模块时，识别码可采用模块英文单词或者汉语拼音的首字母命名。如绞车：JiaoChe-JC，天车：TianChe-TC等。特征信息码用来描述模块的具体结构参数和性能特征。钻机起升系统各模块编码的具体形式见表1，每个模块分别对应的特征信息码见表2～5。

表1　钻机起升系统模块主码

表2　绞车模块特征信息码

表3　天车模块特征信息码

表4　游车模块特征信息码

表5　大钩模块特征信息码

表2～5最后一列均为以后扩充预留空间。以ZJ40钻机为例，起升系统模块具体参数在表6中列出，根据以上编码方式，编码如下：

表6　某钻机起升系统模块参数和编码

编码完成之后，建立钻机起升系统模块数据库，数据库中应包括模块质量，制造厂商，模块编码等完整模块信息，以便后期对模块的准确查询的检索。

3　钻机起升系统计算机辅助模块化设计系统开发

以Window7作为软件开发和运行的操作系统，基于VisualBasic钻机起升系统计算机辅助模块化设计系统包括模块设计、模块管理、用户管理三大主要子系统。模块设计是模块化设计思想的主要体现，对各种设计资源的具体操作；模块管理用于管理各种设计资源，实现模块的查询检索；用户管理是对该系统使用者安全使用的权限设置。系统展示如下：

3.1系统登录界面和主界面

系统登录界面如图3所示。输入正确的用户名的和密码，进入系统主界面（图4）。主界面包括菜单栏，主窗口和状态栏。菜单栏主要显示系统的功能，主窗口显示系统名称，设计者，软件授权信息等。状态栏显示系统运行时间，操作用户等信息。

图3　系统登陆界面

图4　系统主界面

3.2模块设计界面

若数据库没有适合的模块，需要对起升系统各部件重新设计。图5为模块设计菜单。“模块设计”子模块包括参数设计计算、绞车模块设计、天车模块设计、和钢丝绳选用等。部分设计窗口如图6～9。可利用该子模块得到各模块的主要参数，后期通过CAE分析等方法来验证设计的合理性，进而将满足要求的模块存入数据库，以备下次设计选用。