□ 楊武濤 □ 張 力 □ 張城熙 □ 趙永生

蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 蘭州 730050

鉆機(jī)是石油行業(yè)的大型機(jī)械產(chǎn)品。隨著制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，用戶(hù)的多樣化、個(gè)性化需求也隨之快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的鉆機(jī)設(shè)計(jì)方法由于設(shè)計(jì)效率低、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)已不能滿(mǎn)足鉆機(jī)更新?lián)Q代的步伐。在這種背景下，“快速響應(yīng)工程”中的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)［1］大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了企業(yè)快速響應(yīng)能力，降低了設(shè)計(jì)成本。起升系統(tǒng)是鉆機(jī)的關(guān)鍵組成部分，本文結(jié)合鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)，建立鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)，有效地提高了設(shè)計(jì)效率，緩解設(shè)計(jì)人員與設(shè)計(jì)任務(wù)之間的矛盾，快速響應(yīng)多樣化個(gè)性化的市場(chǎng)需求，加強(qiáng)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力［2］。

1 起升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程

▲圖1 鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程圖

▲圖2 鉆機(jī)模塊劃分示意圖

鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程如圖1所示，要實(shí)現(xiàn)起升系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)，首先必須建立鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)庫(kù)［3］，模塊數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括兩個(gè)庫(kù)：企業(yè)已有成熟產(chǎn)品庫(kù)中的“三化”（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化）模塊庫(kù)；不符合“三化”模塊時(shí)所設(shè)計(jì)的新模塊而形成的實(shí)例模塊庫(kù)。在應(yīng)用設(shè)計(jì)階段，當(dāng)用戶(hù)提出產(chǎn)品要求后，首先在產(chǎn)品庫(kù)中查找是否存在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的產(chǎn)品，如果沒(méi)有，利用模塊化設(shè)計(jì)方法在“三化”模塊庫(kù)中查找能匹配所需參數(shù)的模塊，隨后對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)，如三維干涉檢驗(yàn)、有限元分析等。若滿(mǎn)足要求則設(shè)計(jì)完成，如果不滿(mǎn)足要求則返回模塊選擇步驟，分析原因，重新設(shè)計(jì)。當(dāng)現(xiàn)有的“三化”模塊庫(kù)中沒(méi)有滿(mǎn)足要求的模塊，可通過(guò)功能模塊的替換和參數(shù)化變型設(shè)計(jì)得到滿(mǎn)足要求的模塊，并將模塊存入模塊庫(kù)；如果始終無(wú)法找到滿(mǎn)足要求的模塊，需要對(duì)相關(guān)模塊重新設(shè)計(jì)，重新設(shè)計(jì)的模塊儲(chǔ)存在實(shí)例模塊庫(kù)中，以供下次設(shè)計(jì)選擇。

2 鉆機(jī)提升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

2.1 鉆機(jī)提升系統(tǒng)模塊劃分

石油鉆機(jī)屬于重型礦業(yè)機(jī)械，是由多種機(jī)械設(shè)備組成，具有多種功能的聯(lián)合工作機(jī)組。整套鉆機(jī)具備八大系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)［4］。由模塊分解原則，如圖2所示，可將鉆機(jī)劃分為對(duì)應(yīng)的八大一級(jí)模塊，然后每一個(gè)一級(jí)模塊又可分為若干二級(jí)模塊，以此類(lèi)推，可以將鉆機(jī)細(xì)分為具有一定功能的模塊。圖3為起升系統(tǒng)模塊的具體劃分。

2.2 模塊的設(shè)計(jì)與組合

在對(duì)鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊劃分之后，便可對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。模塊設(shè)計(jì)的主要工作是模塊的實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模塊的實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括：模塊的功能、結(jié)構(gòu)形式、組裝方式的確定；模塊的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸；模塊的互換模式［5］。

▲圖3 鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊劃分示意圖

▲圖4 鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

▲圖5 模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)登錄界面

模塊組合可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣性，對(duì)選用的模塊進(jìn)行組合，組合成的產(chǎn)品若能充分滿(mǎn)足需求，則可以進(jìn)行產(chǎn)品化，如果不能滿(mǎn)足需求，則需要重新選用模塊，必要時(shí)須重新設(shè)計(jì)模塊，再進(jìn)行組合，直到滿(mǎn)足需求為止。模塊的組合是力求以較少的模塊來(lái)組合成較多的不同功能和性能的產(chǎn)品，使產(chǎn)品可以較好地響應(yīng)市場(chǎng)的需求。

2.3 起升系統(tǒng)模塊編碼

編碼是對(duì)模塊的信息化處理，是利用計(jì)算機(jī)檢索、查詢(xún)、調(diào)用和管理模塊化庫(kù)中模塊時(shí)所使用的代碼。對(duì)模塊編碼最直接的原因是為了更好地利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)來(lái)完成鉆機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)［6］。對(duì)于鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊的編碼可采用數(shù)字加字母的組合方式，例如某絞車(chē)編碼為：1001-45JC，“10”為起升系統(tǒng)的部件編碼，“01”為第1個(gè)絞車(chē)模塊，45JC為絞車(chē)的名稱(chēng)。

3 模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)包括模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模塊管理、用戶(hù)管理三大主要子系統(tǒng)，其功能模型如圖4所示。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是模塊化設(shè)計(jì)思想的主要體現(xiàn)，也是對(duì)各種設(shè)計(jì)資源的具體操作；模塊管理用于管理各種設(shè)計(jì)資源，對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的三化模塊和具體設(shè)計(jì)實(shí)例所歸入新模塊庫(kù)的各類(lèi)模塊的管理，用于實(shí)現(xiàn)模塊的儲(chǔ)存和讀?。挥脩?hù)管理是對(duì)該系統(tǒng)安全使用的權(quán)限設(shè)置。

3.2 模塊數(shù)據(jù)庫(kù)

▲圖6 模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)主界面

▲圖7 滾筒設(shè)計(jì)窗口

模塊數(shù)據(jù)庫(kù)是模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)［7］，可利用可視性編程語(yǔ)言（Visual Basic 6.0）和API技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與程序的連接，借助數(shù)據(jù)庫(kù)軟件（Access 2007）建立模塊數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊得出起升系統(tǒng)部件的具體參數(shù)，通過(guò)查詢(xún)模塊數(shù)據(jù)庫(kù)便可輸出滿(mǎn)足要求的模塊。對(duì)其設(shè)定的訪問(wèn)ADO鉆機(jī)起升系統(tǒng)絞車(chē)模塊數(shù)據(jù)庫(kù)部分程序代碼如下：

……

Adodc1.ConnectionString="Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data

Source="﹠App.Path﹠"QSXT.mdb Persist

Security Info=False"http://通過(guò)ADO控件連接本地起升模塊數(shù)據(jù)庫(kù)

Adodc1.RecordSource="select*from tb_jc"http://讀取絞車(chē)數(shù)據(jù)表

3.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)采用Visual Basic6.0和Access 2007為開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)可視化語(yǔ)言編程，使用戶(hù)能夠控制和訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)的無(wú)縫連接。圖5、圖6是模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)登錄界面和主界面。

3.4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

以7 000 m電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)為例通過(guò)該系統(tǒng)完成起升系統(tǒng)設(shè)計(jì)。按照用戶(hù)要求提取分析得到并輸入鉆機(jī)的特征參數(shù)，通過(guò)系統(tǒng)“參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算”完成起升系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算（圖6）；進(jìn)而完成絞車(chē)等主要模塊的設(shè)計(jì)，圖7為絞車(chē)滾筒的設(shè)計(jì)，完成各模塊設(shè)計(jì)之后（其余數(shù)據(jù)亦可由系統(tǒng)獲得，這里不一一列舉），點(diǎn)擊“模塊方案輸出（P）”，便可通過(guò)讀取模塊數(shù)據(jù)庫(kù)輸出滿(mǎn)足要求的模塊（圖8）。表1給出了絞車(chē)滾筒模塊設(shè)計(jì)值和實(shí)際值的對(duì)比，可知該系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果能較好吻合，誤差小，說(shuō)明此設(shè)計(jì)系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。

▲圖8 方案輸出窗口

表1 絞車(chē)滾筒計(jì)算結(jié)果和實(shí)際值對(duì)比

4 結(jié)論

本文將模塊化設(shè)計(jì)思想應(yīng)用在鉆機(jī)設(shè)計(jì)之中，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了鉆機(jī)起升系統(tǒng)模塊化計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)，并驗(yàn)證了其可行性。該系統(tǒng)便于使用，方便管理，設(shè)計(jì)者可根據(jù)用戶(hù)需求快速完成起升系統(tǒng)零部件的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，使鉆機(jī)從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法提高到模塊化的設(shè)計(jì)。但由于產(chǎn)品實(shí)例數(shù)據(jù)有限，該系統(tǒng)還有諸多改進(jìn)之處，如只是針對(duì)起升系統(tǒng)設(shè)計(jì)并沒(méi)有設(shè)計(jì)鉆機(jī)其它部件；數(shù)據(jù)庫(kù)中的產(chǎn)品模塊也相對(duì)較少。以上這些都是在以后的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。

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