北京石油機(jī)械廠

一、參評(píng)企業(yè)基本情況企業(yè)名稱北京石油機(jī)械廠郵編100083企業(yè)地址北京市海淀區(qū)志新路公司網(wǎng)址41號(hào)產(chǎn)品創(chuàng)新項(xiàng)目名稱頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝詈產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新開發(fā)的產(chǎn)品名稱交流變頻頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝詈系列產(chǎn)品項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間2003年1月項(xiàng)目完成時(shí)間2005年12月產(chǎn)品研發(fā)負(fù)責(zé)人鄒連陽職位總工項(xiàng)目總?cè)藬?shù)50項(xiàng)目投資總計(jì)2600萬信息化負(fù)責(zé)人龔皓職位主任企業(yè)簡(jiǎn)介：北京石油機(jī)械廠是一個(gè)有著五十余年歷史的國有中二型企業(yè)，現(xiàn)有員工470名。目前是中國石油天然氣集團(tuán)公司（CNPC）石油鉆采配件一級(jí)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)成員單位、中國石化備品配件資源市場(chǎng)成員廠、中國石油物資裝備出口網(wǎng)絡(luò)成員，也是中油集團(tuán)公司井控設(shè)備液壓控制裝置定點(diǎn)生產(chǎn)廠，企業(yè)擁有自營進(jìn)出口權(quán)北京石油機(jī)械廠地處中關(guān)村高科技園中心區(qū)，具備較強(qiáng)的科技開發(fā)能力。擁有完善的質(zhì)量保證體系，1996年通過了ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，2002年取得了美國石油學(xué)會(huì)APISPEC16D認(rèn)證，成為中國第一家獲得此認(rèn)證的企業(yè)。2003年至2005年北石廠連續(xù)獲得美國石油學(xué)會(huì)APISPEC7、APISPEC8A、APISPEC8C會(huì)標(biāo)使用許可權(quán)。wor.s北京石油機(jī)械廠L

CEMPNGPETROUEUMMACHINERYFACTORY.北京石油機(jī)械廠集開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)為一體，其主導(dǎo)產(chǎn)品包括：頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置系列、螺桿鉆具系列、地面防噴器控制裝置系列、震擊器及加速器系列、鉆柱減震器系列、井下單螺桿抽油泵系列等。產(chǎn)品覆蓋了中石油、中石化、中海油陸上及海上油氣田，同時(shí)出口到美國、加拿大等40個(gè)國家和地區(qū)。北京石油機(jī)械廠在“十五”期間先后承擔(dān)了4項(xiàng)國家重大裝備攻關(guān)科技項(xiàng)目，8項(xiàng)中國石油天然氣集團(tuán)公司科技攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。企業(yè)“十五”目標(biāo)提前實(shí)現(xiàn)，各項(xiàng)經(jīng)營指標(biāo)顯著，2005年產(chǎn)值達(dá)2.61億元，銷售收入達(dá)1.78億元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)1126萬元。北京石油機(jī)械廠承擔(dān)的“交流變頻頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置”產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目以及有北石廠參與的“欠平衡鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用”科研項(xiàng)目分別獲得中國石油天然氣集團(tuán)公司2005年技術(shù)創(chuàng)新一等獎(jiǎng)；為國產(chǎn)9000米鉆機(jī)配套的“DQ90BSC頂驅(qū)裝置”被評(píng)為2005年中國石油集團(tuán)科技十大進(jìn)展。

二、2006中國數(shù)字化產(chǎn)品創(chuàng)新最佳實(shí)踐參評(píng)項(xiàng)目情況（一）通過產(chǎn)品創(chuàng)新項(xiàng)目開發(fā)的新產(chǎn)品簡(jiǎn)介頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是20世紀(jì)80年代以來當(dāng)今石油鉆井工程界的重大前沿技術(shù)與裝備，被譽(yù)為近代鉆井裝備的三大革命性技術(shù)成果之一。過去一直被美國、加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國家的幾家公司壟斷。為了打破國外壟斷，研制具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的頂驅(qū)產(chǎn)品，中石油集團(tuán)確定北京石油機(jī)械廠為頂驅(qū)裝置國產(chǎn)化的實(shí)施單位。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置集成了常規(guī)石油鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤、水龍頭等傳動(dòng)和循環(huán)系統(tǒng)，增加了鉆柱自動(dòng)化處理裝置和鉆柱內(nèi)防噴器，結(jié)合光機(jī)電液及信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鉆井的自動(dòng)化和智能控制，代表了當(dāng)今鉆井工藝技術(shù)裝備較高水平，是重大技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)于超深井、復(fù)雜井等高難度鉆井作業(yè)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于加快油氣勘探、保證鉆井安全、節(jié)約鉆井成本、確保我國能源安全，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展有重要意義。（二）新產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)獨(dú)創(chuàng)的全功能、全功率綜合試驗(yàn)裝置；獨(dú)創(chuàng)的背鉗技術(shù)；獨(dú)創(chuàng)的齒輪箱杯狀結(jié)構(gòu)；獨(dú)創(chuàng)的非圓截面提環(huán)結(jié)構(gòu)；采用先進(jìn)的交流變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，雙電機(jī)一對(duì)一控制；提升系統(tǒng)為獨(dú)具特色的雙負(fù)荷通道；新型的泥漿傘技術(shù)克服了上部循環(huán)系統(tǒng)的泥漿泄漏進(jìn)齒輪箱的難題；采用PLC可編程控制器、ProfiBus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制、光纖通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)控、人機(jī)操作界面（HMI）等諸多先進(jìn)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面智能控制；液壓系統(tǒng)采用微循環(huán)溢流加熱技術(shù)，滿足低溫條件下的使用要求。目前，具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的頂驅(qū)裝置已經(jīng)形成了4000米、7000米、9000米鉆機(jī)配套系列產(chǎn)品，擁有多項(xiàng)國家專利，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。在國內(nèi)多個(gè)油田應(yīng)用，出口到美國、沙特、伊朗、俄羅斯等13個(gè)國家，受到國內(nèi)外用戶的高度評(píng)價(jià)。頂驅(qū)裝置產(chǎn)業(yè)化的成功，是我國石油鉆井裝備制造業(yè)的一件大事，打破了國外壟斷，使國產(chǎn)鉆井裝備參與國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力得到提升。（三）使用的主要數(shù)字化產(chǎn)品創(chuàng)新軟件管理：ERP（易飛）：50點(diǎn)OA（易飛）：100點(diǎn)工作流（易飛）：50點(diǎn)AM：120點(diǎn)CAXA圖文檔：90套開發(fā)設(shè)計(jì)：三維CAD：17套CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)二維CAD：44套CAXA電子圖板CAPP：16套CAXA工藝圖表CAE（Ansys）：l套BOM：1套CAXA工藝匯總表制造：制造：16套CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC（四）這些軟件在實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的創(chuàng)新方面發(fā)揮了哪些重要作用1、三維CAD為北石頂驅(qū)立功勞通常研制這樣的重大裝備需要3年以上的時(shí)間，北石廠由于采用了CAXA三維、二維以及協(xié)同設(shè)計(jì)極大地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，僅用9個(gè)月的時(shí)間就完成了研制的任務(wù)，縮短設(shè)計(jì)周期3倍以上。北石廠總工程師鄒連陽說，在2003年我們研制7000米鉆機(jī)暨配套頂驅(qū)裝置的時(shí)候，從2003年1月立項(xiàng)，2004年1月就完成了整體設(shè)計(jì)，1年時(shí)間完成從設(shè)計(jì)到樣機(jī)，我們將3年時(shí)間變成了1年時(shí)間。2005年北石廠又承擔(dān)國家發(fā)改委重大科技項(xiàng)目，中石油2005年重大科技專項(xiàng)9000米鉆機(jī)暨配套頂驅(qū)裝置，這個(gè)項(xiàng)目在2005年1月14日立項(xiàng)，2005年9月份出產(chǎn)品，10月份產(chǎn)品出現(xiàn)場(chǎng)，12月份產(chǎn)品安裝完成了，我們將三年時(shí)間變成了9個(gè)月。對(duì)頂驅(qū)裝置項(xiàng)目進(jìn)行立項(xiàng)，這個(gè)裝置可能用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法也做得出來，但是我們打算用先進(jìn)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高我廠的立項(xiàng)水平、設(shè)計(jì)水平、設(shè)計(jì)理念水平和設(shè)計(jì)手段水平。因此從立項(xiàng)開始我們就直接從CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件入手，完全摒棄傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，事實(shí)證明我們的嘗試是非常成功的。從我們的親身感受可以把CAXA三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)在頂驅(qū)裝置設(shè)計(jì)中歸納為：一揮而就（快速）一次成功（節(jié)?。┮徊降轿唬▋?yōu)化）。”具體含義：一揮而就，體現(xiàn)在快速。從2005年1月立項(xiàng)，2005年9月就完成了整體設(shè)計(jì)。在短短9個(gè)月時(shí)間就把價(jià)值800萬的頂驅(qū)裝置設(shè)計(jì)出來了！一般傳統(tǒng)設(shè)計(jì)至少需要三年的時(shí)間才能完成，但是我們?cè)诓坏揭荒曛g就完成了從設(shè)計(jì)到做出樣機(jī)的整個(gè)過程。一次成功，設(shè)計(jì)上沒有返工，實(shí)驗(yàn)上沒有失敗。此頂驅(qū)裝置2005年9月進(jìn)行排砂試驗(yàn)，2005年10月份就直接上井工作了。如果我們按照傳統(tǒng)方式做個(gè)樣機(jī)出來試驗(yàn)，沒有問題再生產(chǎn)成品去買，首先樣機(jī)的800萬是肯定要花的，而且如果樣機(jī)不合格，多次返工重新修改和生產(chǎn)樣機(jī)要花多少錢就可想而知了。但是利用CAXA三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件，我們只需要做個(gè)虛擬的樣機(jī)，然后直接做一個(gè)成品。所以一次成功節(jié)省了大量的金錢和時(shí)間，這個(gè)效率非常明顯。一步到位，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)非常直觀可見，可以做看得到想得到的任何東西，由于可以在二維環(huán)境里面直接看到三維樣機(jī)，還可以隨意的翻過來掉過去，上下左右看，能看到所有的想到和沒想到的缺陷，所以產(chǎn)品出來后，從2003年起步，到2006年的今天，三年時(shí)間過去了，90％的設(shè)計(jì)和三年前完全一樣，沒有大的返工率，也沒有重新設(shè)計(jì)，這種一步到位也節(jié)約了大量的時(shí)間和金錢。2、有限元分析提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量針對(duì)北石頂驅(qū)的主承載件：減速箱箱體、主軸、懸掛體、提環(huán)、內(nèi)套等運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行了載荷分析，以下以為9000米鉆機(jī)配套的DQ90BSC北石頂驅(qū)主要承載件為例加以說明。a） 減速箱分析減速箱是北石頂驅(qū)最重要的承載零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工周期長(zhǎng)。項(xiàng)目組運(yùn)用3D數(shù)字化設(shè)計(jì)和有限元分析，對(duì)減速箱進(jìn)行了十幾次反復(fù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析，在確認(rèn)得到最優(yōu)化的結(jié)果后才交付加工，使得試制周期大幅度的縮短。通過有限元分析箱體局部應(yīng)力分布如圖所示。

由應(yīng)力云圖可以可得出，在最大靜載荷作用下，箱體應(yīng)力最大值230MPa產(chǎn)生在內(nèi)套支撐面上，安全系數(shù)為2.26，滿足APISpec8C對(duì)箱體強(qiáng)度的要求。主軸分析通過有限元分析主軸局部應(yīng)力分布如下圖所示。由主軸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可得出，主軸最大應(yīng)力分布在大圓盤跟部，為337MPa,安全系數(shù)為2.45,滿足APISpec8C對(duì)主軸強(qiáng)度的要求。懸掛體分析通過有限元分析懸掛體應(yīng)力分布如下圖所示。由應(yīng)力分布云圖可見，懸掛體吊耳根部附近的應(yīng)力值相對(duì)比較大，加工時(shí)注意對(duì)根部的打磨處理，避免復(fù)雜曲面變化引起的應(yīng)力集中，最大應(yīng)力值為229.5MPa,安全系數(shù)為2.27,滿足APISpec8C對(duì)懸掛體強(qiáng)度的要求。提環(huán)分析提環(huán)的設(shè)計(jì)和加工是90頂驅(qū)研制的瓶頸之一。其難點(diǎn)在于由于結(jié)構(gòu)尺寸限制，很難將應(yīng)力水平降下來，而且在制造中不應(yīng)引起應(yīng)力分布的變化。借助3D數(shù)字化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和有限元分析的幫助，對(duì)提環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終放棄了傳統(tǒng)圓截面提環(huán)結(jié)構(gòu)的方案，形成了非圓截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并申請(qǐng)了專利。在6750kN最大靜載荷的作用下，通過有限元分析提環(huán)應(yīng)力分布局部如下圖所示。由應(yīng)力分布云圖可見，提環(huán)的最大應(yīng)力為309MPa,分布在提環(huán)銷子孔處。屈服強(qiáng)度安全系數(shù)為2.27,滿足APISpec8C所規(guī)定的安全系數(shù)要求。內(nèi)套分析在6750kN最大載荷作用下，通過有限元分析內(nèi)套應(yīng)力分布如下圖所示。由應(yīng)力分布云圖可見，內(nèi)套的最大應(yīng)力分布在其支撐面根部的倒角處，最大應(yīng)力為347MPa；安全系數(shù)為2.37，滿足APISpec8C的要求。3、一體化方案提升北石廠自主創(chuàng)新能力鄒連陽總工說，從我們的實(shí)際工作中的體會(huì)是，信息化是實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新愿望的手段、工具和平臺(tái)。只有把信息化做好了才能自主創(chuàng)新，拋開信息化，說創(chuàng)新是不可能的。所以北石廠非常重視信息化工作，從2002年開始就在CAXA的幫助下制定了信息化目標(biāo)，提出了信息化的整體構(gòu)架：研發(fā)信息化、管理信息化和制造信息化。北石廠在短短的幾年時(shí)間里，實(shí)現(xiàn)了以協(xié)同管理類的CAXA圖文檔軟件為核心平臺(tái)，無縫集成設(shè)計(jì)類、工藝類和制造類的軟件的產(chǎn)品研發(fā)制造管理信息化，在研發(fā)信息化方面實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)(CAXA3DCAD)和數(shù)字仿真與有限元分析；管理信息化方面實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、工作流系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃系

統(tǒng)以及圖文檔管理(CAXAVault)；制造信息化方面實(shí)現(xiàn)了構(gòu)建信息化制造平臺(tái)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAXACAPP/CAM/網(wǎng)絡(luò)DNC)。北石廠根據(jù)自身產(chǎn)品開發(fā)的特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)、工藝、管理過程分為了兩個(gè)方向，即創(chuàng)新型產(chǎn)品組和傳統(tǒng)改型產(chǎn)品組。創(chuàng)新型產(chǎn)品組負(fù)責(zé)的產(chǎn)品都是設(shè)計(jì)初期沒有成型技術(shù)的，絕大部分的設(shè)計(jì)生產(chǎn)都是沒有圖紙可尋，只能是根據(jù)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)指標(biāo)來指導(dǎo)設(shè)計(jì)，那么整個(gè)設(shè)計(jì)過程相對(duì)而言都需要自主創(chuàng)新。三維設(shè)計(jì)的直觀性與可模擬分析性則讓整個(gè)設(shè)計(jì)變得更加簡(jiǎn)單明了，同時(shí)讓企業(yè)爭(zhēng)得了寶貴的時(shí)間并降低了企業(yè)試i1AWon3CAXA兵林設(shè)i+CAXATZHJKCAXA電子曲弧CAXA工莒匯總裏算!悴設(shè)計(jì)T迅舉窯図花黨算!悴設(shè)計(jì)T迅舉窯図花黨技老立檔輜三鍵誼念說計(jì)、三泄較制件設(shè)工藝漩程艮卡片瞄無歿數(shù)據(jù)傳輜.皺扎、人員載計(jì)、有険元分槌、運(yùn)動(dòng)誦同、別s工苗救1§iC總控加工議分配二堆工程甜國CAXA冋率DHCCAXA舸謹(jǐn)工理師CAXA圖文檔管理系統(tǒng) WO1S創(chuàng)新型產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理流程傳統(tǒng)改型產(chǎn)品組則負(fù)責(zé)老產(chǎn)品的改型設(shè)計(jì)，很多時(shí)候都能找到老圖紙來幫助設(shè)計(jì)，相對(duì)而言用二維開始設(shè)計(jì)，借用老圖，讓設(shè)計(jì)過程變得更加容易，同時(shí)輔助以三維設(shè)計(jì)來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行宣傳，用三維數(shù)據(jù)模型來指導(dǎo)用戶了解和使用產(chǎn)品，將提高老產(chǎn)品改型后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。Wutd工藝曲創(chuàng)屋iC總電子囲視技朮立檔輸二繪童趙惜用?二気轉(zhuǎn)三豐迷工藝涼程艮卡片苦Wutd工藝曲創(chuàng)屋iC總電子囲視技朮立檔輸二繪童趙惜用?二気轉(zhuǎn)三豐迷工藝涼程艮卡片苦無張班搽僭輔、n入、入員校星、杳陽無幷靳r運(yùn)朋億氏r刮?工藝最18七總控加工眼分配出応催曲CAXA翱路DWCCAXA哲請(qǐng)工程師傳統(tǒng)型產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理流程設(shè)計(jì)方面，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)(CAXA3DCAD)應(yīng)用在產(chǎn)品研發(fā)中發(fā)揮了重要作用，縮短研發(fā)周期，主導(dǎo)產(chǎn)品的新品種推出時(shí)間由過去的三個(gè)月縮短為目前的一個(gè)月。頂驅(qū)裝置做為光機(jī)電一體化的大型高技術(shù)鉆井裝備，通常研制通常需要3年以上的時(shí)間，而北石廠由于采用了CAXA三維、二維以及協(xié)同設(shè)計(jì)極大地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，僅用一年的時(shí)間就完成了研制的任務(wù)，縮短設(shè)計(jì)周期3倍以上。工藝方面，工藝數(shù)據(jù)管理(CAXACAPP)實(shí)施效果最顯著的是實(shí)現(xiàn)了工藝文件的共享以及版本控制，使得生產(chǎn)系統(tǒng)及有關(guān)部門方便的得到工藝信息。實(shí)現(xiàn)了編制工藝文件過程中對(duì)工藝資源的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。同時(shí)初步實(shí)現(xiàn)與ERP之間的BOM傳遞。將過去單一的工藝表格變?yōu)榱擞袡C(jī)的整體，將過去分散的工藝數(shù)據(jù)形成了一系列方便易査的數(shù)據(jù)庫，極大地提高了企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)能力?！?-|-忌3誌■'-|-忌3誌￡1*廣rxi.;?Fd￡"耳-?

/莎FR>&!-'"QEl-羽A#金戌&--■rrTSI-vSi?i…■J=3仙賂工藝編制及?？偣芾矸矫妫瑘D文檔管理系統(tǒng)(CAXAVault)讓企業(yè)的技術(shù)管理有了可靠的保證，目前圖紙、工藝及其它技術(shù)文件實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上傳輸、網(wǎng)上査詢、網(wǎng)上審核，效果明顯。北石廠以前大量的CAD圖紙和設(shè)計(jì)文件雖然是電子版，但均是按照手工管理方式，沒有進(jìn)行電子化管理，導(dǎo)致大量技術(shù)文件在管理上存在安全隱患。實(shí)施圖文檔管理系統(tǒng)后建立起基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，建立起技術(shù)文件的電子化管理。目前我們已經(jīng)建立了頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置、隨鉆震擊器、減震器、螺桿鉆具、隨鉆測(cè)量裝產(chǎn)品置的文檔結(jié)構(gòu)，建立產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)樹,非常方便地實(shí)現(xiàn)了圖紙共享與査詢，實(shí)現(xiàn)了各種BOM表的自動(dòng)匯總，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)和ERP的相互傳遞，使生產(chǎn)、檢驗(yàn)等部門對(duì)報(bào)表的需要，使所有與產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)制造相關(guān)的人員在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中共享與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)。圖紙的查詢時(shí)間大幅提高，過去手工查詢至少需要半個(gè)小時(shí)，現(xiàn)在通過圖文檔管理系統(tǒng)查詢幾分鐘即可完成，查詢速度