CATIA 电子船在海洋石油112FPSO透平改造中的应用

郝杰 朱鹏

（中海油能源发展采油服务公司技术中心 天津 300457）

CATIA 电子船在海洋石油112FPSO透平改造中的应用

郝杰 朱鹏

（中海油能源发展采油服务公司技术中心 天津 300457）

本文主要阐述了CATIA软件的配管、机械、电气等模块在海洋石油112FPSO透平改造管线设计和电缆托架设计过程中的应用，探讨了CATIA电子船在FPSO改造设计中的方法和一般步骤，证明了CATIA电子船在FPSO三维设计领域的可行性，对今后CATIA电子船如何运用到FPSO的科学管理中具有一定参考价值。

三维设计；透平改造；CATIA；海洋石油；112FPSO

1 前言

为了提高海洋石油112FPSO供电能力，充分利用现有伴生气，海洋石油112FPSO需要增加一台透平发电机。由于采油服务公司已经用CATIA软件按照1：1的比例完成了海洋石油112FPSO CATIA电子船的建模工作，故决定本次透平改造项目三维设计工作在海洋石油112FPSO CATIA电子船基础上完成。

2 工作任务

本次透平改造三维设计需要在海洋石油112FPSO六模块右舷和二模块右舷分别增加透平发电机、燃气压缩机各一座及其附属设备若干同时完成相关配管及电缆托架布置。根据要求，需要完成如下工作：

2.1 在CATIA电子船上建立并布置各设备模型；

2.2 按照相关标准规范完成管线和电缆托架设计；

2.3 对所有新增模型进行干涉检查；

2.4 出管线ISO图和电缆托架布置图。

3 任务分析

3.1 软件能力

本次透平改造三维设计使用的CATIA软件是法国 Dassault°System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。

在造船工业方面，CATIA也提供了许多优秀的解决方案，包括专门的船体产品和船载设备、机械、配管和电气等解决方案。船体设计解决方案已被应用于众多船舶制造企业，类似General Dynamics,Meyer Weft和Delta Marin，涉及所有类型船舶的零件设计、制造、装配。General Dynamic Electric Boat和Newport News Shipbuilding使用CATIA设计和建造美国海军的新型弗吉尼亚级攻击潜艇。中国广州的文冲船厂也对CATIA进行了成功地应用。它们使用CATIA进行三维设计，完全取代了传统的二维设计。[1]

由此可见，CATIA软件完全能够胜任本次透平改造三维设计工作。

3.2 工作分解

为了能够完成此次透平改造三维设计工作，需要解决的问题有：首先，由于海洋石油112FPSO日常维护中的部分改造成果未在CATIA电子船中更新，使得CATIA电子船已经和真实的FPSO不能完全相符，需要重新调研将海洋石油112FPSO CATIA电子船进行完善。其次，要对比本次透平改造项目技术规格书中所用到的管件、管附件、阀门和电缆托架等标准规范是否与海洋石油112FPSO建造时相同？如果相同，本次透平改造三维设计工作就可以沿用原CATIA电子船的各种库文件，如果不同需按照本次使用的技术规格书中的要求重新建立标准库文件。再次，当模型与现有FPSO一致后需要对本次透平改造项目新增加的透平发电机、燃气压缩机及其附属设备进行建模，并根据现场的位置关系进行布置。还需按照相应的标准规范对各系统管线和电缆托架走向进行设计。所有模型建立完毕后，还需对模型进行干涉检查。经干涉检查无误后，需按照要求对管线和电缆托架出图。在管线出图方面，由于国内船厂习惯出小票图，这与海洋石油112FPSO上部模块管线要求出ISO图不一致，故需要考虑如何从CATIA软件中抽管线ISO图。电缆托架出图相对容易，与以往出图方式基本上没有差异。

4 实施过程

4.1 模型和FPSO一致性检查

为了让原CATIA电子船和现有FPSO是1：1的关系，需要出海调研，这包括：需要对原CATIA电子船进行完善以及对本次透平改造项目需要涉及到的相关模块进行核对。现在FPSO六模块右弦有一台设备V－4320及其附属管线等是海洋石油112FPSO投产后新增的原CATIA电子船没有，故需要对其进行实际测量。同时，需要按照管线ISO图和电缆托架布置图对此次透平改造所涉及到的管线接口和电缆托架走向进行校对。只有完成了以上调研工作并对相关模型进行完善后才能保证CATIA电子船和真实的FPSO是1：1的关系。

4.2 标准规范

由于本次透平改造三维设计是在原有FPSO基础上的改造项目，经过核对技术规格书后得知本项目所涉及到的标准规范与海洋石油112FPSO建造时相同，故本次透平改造三维设计工作就可以沿用原CATIA电子船开发过程中建立的各种库文件。本项目所设计到的相关标准规范包括：

4.3 三维建模

三维建模工作主要分为3部分，具体包括：机械设备建模与布置、管线设计、电缆托架设计。机械设备建模与布置主要需要按照该设备厂家设计图纸完成该设备模型建立，并根据FPSO上的实际情况完成该设备的布置。管线设计和电缆托架设计需要专业工程师按照管线设计和电缆托架设计的相关标准规范参照P&ID图以及现场实际情况进行设计。在CATIA上进行管线和电缆托架设计、设备布置比较直观、方便、准确，专业间协调、干涉检查而产生的矛盾在施工前基本做到消除，大大提高施工质量和进度。[2]

图1 透平发电机整体设计图

图2 过滤器三维设计图

4.4 干涉检查[3-4]

在进行路径规划过程中，干涉检查是一项必不可少的任务，是与虚拟装配和路径规划密切相关的核心内容之一。因为干涉检查是虚拟设计中对所设计内容是否可装配、所规划的路径是否安全可达、设计是否正确合理的判断依据之一，也是虚拟装配中比较重要的一个研究内容。干涉检查一般包括静态干涉检查和动态干涉检查。静态干涉检查是指在虚拟装配环境下，检查各装配体之间的相对位置关系是否存在干涉，装配公差设计是否合理；动态干涉检查是指装配体在装配运动过程中(包括拆卸过程)，其运动包络体是否存在运动干涉。动态干涉检查保证了装配体及相关人员、工具等在正常施工过程中不与周围物体发生碰撞干涉。

4.5 出图工作

所有的模型建立完毕并通过干涉检查后，就要进行出图工作了。本次透平改造三维设计项目要求管线必须出ISO图，电缆托架出电缆托架布置图，格式为.DWG。经过不断的探索和研究，在出图方面最终选择了通过以Autodesk Inventor软件为接口，把CATIA设计的数据导入到Autodesk Inventor软件中，通过Autodesk Inventor软件直接出管线ISO图和电缆托架布置图的方式来完成。

图3 管线ISO图

图4 电缆托架布置图

结语

CATIA电子船在海洋石油112FPSO透平改造中的应用表明：首先，将CATIA软件在航天、航空、汽车等制造领域中的先进成熟技术引用到FPSO三维设计领域是可行的，这些技术能对海洋工程的设计有着非常独特的借鉴。[5]其次，CATIA在FPSO三维设计中的应用为提高企业设计和生产效率，降低成本起到了明显的作用。最后，采油服务公司通过本项目的实施，掌握了一套运用CATIA电子船完成上部模块三维改造设计的方法，为今后类似项目的实施积累了宝贵的经验。

[1]肖贵英.TRIBON与CATIA船体模型交互技术研究.哈尔滨工程大学硕士学位论.200901.

[2]王如川.CATIA V5船舶解决方案在管舾装领域的应用.舰船科学技术.2007,29(2).

[3]姚竞争，韩端锋，李健.基于CATIA系统的虚拟装配仿真研究.船舶工程.2011年第1期，总第33卷.

[4]曾柳杨.基于CATIA/CAA的虚拟装配约束关系分析与干涉检查研究【D】.南京：南京航空航天大学.2005.

[5]陈宁，高霆，王军.基于CATIA的船舶机舱三维设计方法研究.CAD/CAM与制造业信息化.2004.