计算机辅助设计在生产中的应用（范文模版）

第一篇：计算机辅助设计在生产中的应用（范文模版）

计算机辅助设计机电产品

【摘要】： 随着机械电子学的发展和机电一体化技术的推广，机械电子工程已经成为机械设计、微电子技术、计算机控制及信息技术相互交叉、渗透的学科，其应用已经遍及国民经济的各行各业。从发展趋势来看，必须用系统的观点走机电结合的道路，才能满足各种机电系统的性能设计和分析要求，研究和总结机械电子工程设计的规律和方法。计算机辅助设计是利用计算机硬件、软件系统和辅助设计人员进行工程和产品设计、修改、显示和图形输出的一种现代设计方法。计算机辅助设计的产品设计平台，也是顺应产品设计对现代设计方法的需求这一趋势。在总结机电产品一般性设计方法的基础上，应用模块化分解的办法，使产品设计过程在计算机上得到实现。本文的研究工作主要是针对于CAD作业方面。探讨在机电产品设计过程中，采用计算机现代设计方法，搭建计算机辅助设计平台系统的方法，集成了机电产品设计中需要用到的一般性通用模块。

【关键词】：计算机辅助设计 计算机辅助设计平台 CAD技术 机电产品 应用

一、计算机辅助设计在生产中的应用及现状

20世纪80年代到90年代初，各CAD供应商推出的与CAD系统相配合的初期PDM产品，初步实现了CAD信息的集成，其集成工具主要是专用的CAD系统!CAD技术作为一项被世界各国广泛应用的计算机技术，它是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，也是度量一个企业技术水平的重要标志。[1]利用计算机实现生产设计和生产，是降低成本提高工程设计中的精确强度，加强竞争与夺标能力的有力手段。计算机绘图是建立起某种模式和方法，使计算机领会人的意图，进行科学分析和计算，作出判断和选择，最后输出满意的设计结果和生产图纸。它是设计者向系统输人根据设计要求建立起来的数学模型和设计参数，让计算机去检查有关的资料，并根据相应的公式和标准规范进行计算机优化、显示出设计结果。其还可以在屏幕上对设计结果进行放、缩、旋转、平移等变换。如果用户不满意，可以对设计图形作出修改、剪裁、拼接等处理，直到获得满意的结 1 果，最后由绘图机输出图样。功能和很高的数学精度，其有效位数已完全能够满足工程测量中的需要。在工作期间。可将所有图纸、所有工程量表格及文档进行分类，其重点是对图纸文件利用AutoCAD进行总图的绘制，在以后的工作中，就可以在总图上进行查找，它将更好的减轻测量人员的外业劳动强度，更好地提高测景作业效率和作业精度。

计算机辅助设计在生产中扮演着正面积极的角色，他从各个方面促进了生产的效率。以机械生产为例，目前轴承市场竞争异常激烈，需求不断提高,所需产品结构复杂、精度要求高,交货日期短。轴承设计要求严格,内部尺寸之间有严格的配合关系,并且其要求的生产工艺复杂，加工精度高,所需的工装图纸不仅数量大,而且加工难度大,尺寸要求严格。通常的设计流程是,先设计出草图,根据草图试生产若干件样品,再根据试生产的结果修改图纸,反复几遍,才能最终出正式图。这样不但生产周期长,而且因为反复修改模具、工装,导致生产成本提高。

应用CAD技术可以提高产品设计的质量,缩短设计周期,真正做到辅助设计二维CAD技术虽然可以帮助设计人员把图纸画得规范、漂亮,提高绘图效率，而且以后的图纸修改及管理也很方便。但它与传统的手工绘图一样,对减少产品设计错误、设计更改和返工现象并无重大影响,对企业最需要的设计质量并没有多大的提高。而应用三维CAD进行产品设计,可以方便地设计出所见即所得的三维实体产品模型,所有零件的三维模型可以放在一张图内。[2]而利用三维CAD提供可以方便、快捷地对三维模型进行模拟装配和干涉检查,对重要零部件进行有限元分析与优化设计。所有零件的设计缺陷和干涉部位,可以一目了然地发现出来,无需面对数十张二维图纸苦心冥想其中的关联。

应用三维CAD能够减少产品工装修模次数,降低成本。如某些精密加工行业,产品加工所需的工装不但数量大、规格种类多,而且加工精度要求很高,制造周期较长。通常的做法是根据产品图和操作图,先用二维CAD一笔一笔地绘出工装草图,然后试制、试装,不合适再修改,反复几次,直到达到工艺要求。使用三维CAD设计工装,则可以克服传统绘图的缺点,直观地看到各组成零件的配合情况,甚至可以通过模拟工装的运动过程,在工装投入制作之前发现不合适的部位及时修改,从而提高了工装设计的准确性,减少了修模次数,从而节省了生产成本,产品制造周期也缩短了。

应用三维CAD能够提高产品宣传的效果。利用三维CAD的设计软件高级渲染功能和动画输出功能,能够把已经设计出的产品和各零部件模型,输出成具有照片级真实感的效果图,或者将产品各部件之间的运动和相互的约束关系以动画的形式表现出来,模拟产品的实际工作状态。通过效果图和动画,无需等到产品制作出来,客户就可以“看到”。

二 计算机辅助设计原理及其关键技术

2.1以CAD为基础的CAM/CAE/CAPP集成设计技术

三维CAD为设计领域创造了一个新的空间。三维CAD的模型包含了CAE系统所需的属性，从而使CAD系统能进行CAE工作的前处理和后处理，将信息方便地与CAE系统进行交换，实现CAD与CAE的集成，极大地提高了产品的设计水平和设计质量。CAD/ CAPP/ CAM在过去的几十年中得到了迅速的发展，并在工业界得到了较好的应用。三维CAD能为LAPP和CAM系统提供设计的基础信息，通过特征技术等实现CAD与下游LAPP，CAM等应用系统的信息集成。

2.2计算机集成制造系统的实现技术

基于CIMS理念与内涵的不断拓展，CIMS技术也持续发展，目前，C1MS的技术已经从设计、管理、加工生产等“技术孤岛”发展为集成的CIMS技术体系。主要表现在下述方面：

2.21、总体技术：系统集成技术：包括设计、生产、管理及后勤等于系统间的集成技术，企业中的三要素(人/组织、经营管理和技术)及三流(信息流、物流和价值流)的集成技术等技术。

2.22 标准化技术：包括产品信息标准、过程信息标准，数据交换与格式标准，图形标准及零件库标准等技术。

2.23 企业建模和仿真技术：包括企业功能、信息、工作流、资源及组织模型等建立、确认及其仿真技术。

2.24 CIMS系统开发与实施技术：企业诊断、需求分析、系统设计、组织实施、质t保证及效益评价等技术。三 计算机辅助设计应用于机电产品

计算机辅助设计软件已经给人们的设计工作提供了很大的便利，但其自身仍在不断的完善之中，同时也在向着以下几个方向发展：

3.1 图形交换技术

一个直观的、智能化的工作界面可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。CAD软件是产品创新的工具，务求易学好用，复杂的功能操作简单，简单的功能能够实现自动化。因此，智能化图标菜单、实时生成的造型、动态提示指引等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，触摸输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。3.2虚拟现实技术

虚拟现实技术在CAD中已开始应用，设计人员在虚拟世界中创造新产品，可以从人机工程学角度检查设计效果，可直接操作模拟对象，检验操作是否舒适、方便，及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题，及早看到新产品的外形，从多方面评价所设计的产品。虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程。虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析，以评价其性能，可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等，基于虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实产品制造之前发现并解决问题，从而降低产品成本。虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向。另外，随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展，利用基于网络CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术，实现真正的全数字化设计和制造，已成为机械设计制造业的发展趋势。

三、小结

应用三维CAD系统进行产品开发,从根本上改变了过去手工绘图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式,设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品,大大提高了产品设计的一次成功率,从而不仅缩短了产品的设计周期,提高了设计质量,而且降低了生产成本。这项技术必将提高产品的竞争力,使企业在激烈的市场竞争中获得生存与发展。因此，计算机辅助设计在生产中正在并将持续扮演着重要的角色。

____________________________ 【参考文献】

1、王先逵．计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，2008

2、蔡汉明，陈清奎．机械CAD/CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2005

3、戴欢、戴欣平，计算机辅助集成设计的发展.《新技术新工艺》

4、金光、吴宏、甘勇，计算机集成制造系统（CIMS）的构成与实现技术研究.5、裘建新、王晰巍、范晓春，协同产品设计中计算机辅助设计系统与产品数据管理系统的信息集成.吉林大学学报（工学版）

6、杜娟、田锡天、朱名铨、刘书暖、李建克，基于STEP和STEP_NC的C_省略__CAM_CNC系统集成技术研究.中国学术期刊电子出版社

7、Yang Junyu、Zhao wei，STEP_Integration of CADCAM&CAPP in Numerical Control Machining.China Academic Journal Electronic Publishing House

计算机辅助设计论文题目

班 级： 机制1301 姓 名： 朱涛涛

学 号： 1304061049 成 绩：

第二篇：计算机辅助设计在材料生产中的应用

计算机辅助设计在材料生产中的应用

学 专 姓

院

材料科学与工程 称

防腐131班

名

蓝 文 程

计算机辅助设计在材料生产中的应用

摘要

计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

随着现代计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）在生产中的应用日益广泛，本文主要从计算机辅助设计在材料生产中的应用等方面阐述了其在材料计中的显著优势，并对目前国内企业产品开发过程三维CAD系统应用现状和存在问题进行了分析。

关键词：计算机辅助设计 三维CAD 应用 绪 论

开始于上世纪50年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到70年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、数据管理于一体的智能CAD技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。在今天，CAD技术越来越广泛的用于生产中。CAD技术从二维CAD向三维CAD的过渡

2.1 CAD简介

计算机辅助设计是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于材料、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Computer Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Integrated manufacturing system，CIMS）集于一体。

产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。

以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。

CAD技术正从二维CAD向三维CAD过渡。三维设计软件具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形，工程数据库的管理，生成设计文件等功能。三维CAD技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率得以迅速提高。我国CAD技术的研究、开发和推广已取得较大进展，产品设计已全面完成二维CAD技术的普及，结束了手工绘图的历史，对减轻人工劳动强度、提高经济效益起到了明显的作用。有相当一部分CAD应用较早的企业已完成了从二维CAD向三维CAD转换，并取得了巨大的经济效益和社会效益。随着市场经济的逐步深入，市场竞争日趋激烈，加强自身的设计能力是提高企业对市场变化和小批量、多品种

要求的迅速响应能力的关键。2.2 三维CAD的优势

首先CAD技术以实用的零件实体建模优势和简便的产品造型修改和实体装配图的生成被用在机械设计的多个方面设计软件为三维建模提供了多种工具，包括最基本的几何造型如球体、圆柱等，对简单的零件，可通过对其结构进行分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。对于较复杂的图形，软件提供了草图工具，设计人员可以通过它先勾勒出截面，再拉伸出较复杂的几何形体。为了满足人们不断提高的审美要求，目前主要流行的几款三维设计软件基本上都提供面片模块，该模块为设计人员提供了非常方便的曲面设计工具。对于具有大块曲面的零件，设计师可以方便地对单个面或片体进行变形处理，以达到需要的曲面。

企业生产的产品往往是按系列区分，各系列中每一代产品与上一代产品之间的区别较小，也许只是增加了一个功能部件或是产品造型尺寸上有所改动。三维CAD可以方便地修改一些参数就能达到设计师更改造型的目的。三维CAD在建模中一般使用参数化建模，整个建模的步骤和产品的外型尺寸被参数化，这些参数是与产品的造型直接关联的。若要对尺寸或造型进行局部的更改，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新。这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。

实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的尺寸。方便设计师修改产品设计尺寸。

另外随着技术发展，为了减轻人工劳动强度，提高产品的精度，制造行业装备从普通机床逐步到数控机床和加工中心，模具激光快速成型技术（RPM）等，几乎应用到整个制造行业。这些数控加工装备基本都具有与各三维设计软件的接口。当产品模型在三维CAD软件中完成后，再由CAD软件模拟出加工刀具路径，随后生成数控语言，通过接口输入数控设备中，再由数控设备按照模拟出的加工路径加工产品。

2.3 CAE简介

CAE是三维CAD软件的重要模块，CAE功能包括工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学、运动学仿真等。CAD技术在建模模块完成产品造型后，才能由CAE模块针对设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性进行分析。CAE技术在我国也得到了广泛应用，以汽车制造业为例，国内多家主车厂和汽车设计公司在使用三维CAD软件完成新车型的设计后，进行CAE分析，如干涉检查、钣金成型分析、塑料件拔模角分析、车身强度刚度的测试，在车窗、车门、雨刮器等运动部件上广泛采用CAE模块中的运动仿真功能，计算出零件的运动轨迹，以及零部件在运动中的状态，为设计人员提供直观的参考。这些分析工作大大提高了新车型的可靠度，缩短了新车型的开发周期，减少了返工，节约了研发成本。采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能通过快速重构，得到一种全新的机械产品，大大提高了工作效率。

3计算机辅助设计在材料加工中的应用

材料加工CAD技术是传统材料加工技术与计算机技术、控制技术、信息处理技术等相结合的产物，是材料加工和技术进步和标志。材料加工CAD又可分为铸造成形CAD、塑性成形CAD、焊接成形CAD、注射成型CAD以及模具CAD等几个方面：

3.1 铸造成形CAD

包括铸造工艺CAD以及铸造工装（模具/模板）CAD。前者的主要功能有铸造浇注系统设计，冒口补缩系统设计，冷铁的设计，砂芯的设计，铸造分型面的确定，加工余量的确定，起模斜度的确定，开放浇注系统库、冒口库、冷铁库、芯头库的建立，工艺图的标注与打印等，可以实现铸造工艺的快速准确设计。另外，基于有限分析的优化技术在CAD系统配套使用，例如充型过程模拟、凝固过程模拟、应力应变分析、微观组织模拟等，为制定合理的铸造工艺起到了有力的指导作用。

铸件弃型流动与凝固过程数值模拟在短短十余年的发展过程中，由二维到三维，由简单到复杂，由工作站到微机，由实用化到商品化，为铸造生产提供越来越重要的指导作用。华中科技大学推出的商品化三维模拟软件华铸CAD。这些铸造模CAD软件在铸造生产中取得了显著的效益。已覆盖了铸钢、球墨铸铁、灰铸铁、铸铝和铸铜等各类铸件，大到一二百吨，小到几千克，无论是解决缩孔和缩松，还是优化浇冒口结构，提高生产效率，改进浮渣等方面，都发挥了明显的作用。

3.2 塑性成形CAD

包括冷冲模、冲裁模、弯曲模、拉伸模以及锻造模设计CAD。随着工业技术的发展，产品对模具的需求愈来愈多。传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和提高质量的要求。因此，国外先进工业国家对模具CAD/CAM技术的开发非常重视。早在20世纪60代的初期，国外一些飞机和汽车制造公司就开始了CAD/CAM的研究工作，投入了大量人力和物力。各大公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统，并将其应用于模具的设计与制造。目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。日本丰田汽车公司于1965年将数控用于模具加工。20世纪80年代初期开始用覆盖件冲模CAD/CAM系统。该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADET软件和加工凸、凹模的TINCA软件。利用坐标测量仪测量粘土模型，并将数据送入计算机。将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕

上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在数据库中，TINCA软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。美国的Diecomp公司开发的计算机辅助级进模设计系统PDDC，可以完成冷冲模设计的全过程，包括从输入产品和技术条件开始设计出最佳样图，确定操作顺序、步距、空位、总工位数，绘制带料排样图，输入模具装配图和零件图等，比传统设计提高功效8倍以上。在优化设计方面，利用有限元技术的应力应变分析在塑性成形CAD中已获得较为普遍应用。

我国模具CAD/CAM的研究与开发始于20世纪70年代末，发展也很迅速。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普遍冲裁模、级进模、汽车覆盖模、辊锻模、锤锻模和注塑模等CAD/CAM系统。但直到现在有些系统仍处于试用阶段，尚未在生产中推广应用。为迅速改变我国模具生产的落后面貌，今后应继续加速模具CAD/CAM的研究开发和推广应用工作。

3.3焊接成形CAD 目前，在焊接结构生产的各个环节中计算机得到广泛应用。90年代初，国际焊接学会将这类应用概括为“计算机辅助焊接技术”（CAW）。现在CAW已不限于焊接结构和接头的计算机辅助设计、焊接工装计算机辅助设计、焊接工艺计算机辅助计划、焊接工艺过程计算机辅助管理等以计算机软件为主的许多方面，而且还涵盖了焊接过程模拟、焊接工艺过程控制、传感器以及生产过程自动化等与计算机应用有关的方面。

20世纪80年代提出了计算机集成制造系统的概念。可以认为，CIMS是从订货到加工、直至发货的全部过程的各个步骤都可以从计算机中及时得到必需的信息集成系统。焊接CIMSA系统，自20世纪90年以来在造船、桥梁、建筑、汽车等行业中得到了一些应用。以船舶生产为例，设计人员首先要根据设计标准和用户要求进行初步设计，然后在对结构强度、刚度分析的基础上，还要考虑制造能力，再进行分段的详细设计。这些工作可运用CAD、CAE等软件来实现。焊接生产的计划管理与装配焊接过程设计，则通过计算机的CAPM和CAPP系统来实现。

3.4 注射成型CAD 包括产品图模具型腔图的尺寸转换、标准模架与典型结构的生成、模具零件图和总培育图的生成、模具刚度与强度校核、设计进程管理、模具成本分析与计算等。注射模工艺分析已成熟的商品化软件，可以预测注射成型流动和保压阶段的压力场、温度场、应

力应变场和凝固层的生成，从而有效地指导实际生产。

在西方先进工业国家，注射模CAD/CAE/CAM技术的应用已非常普遍。公司之间模具订货所需的塑料制品资料已广泛使用电子文档，能否具有接受电子文档的模具CAD/CAM系统已成为模具企业生存的必要条件。当前代表国际先进汪洋的注射模CAD/CAE/CAM的工程应用具体表现在如下方面：

（1）基于网络的模具CAD/CAE/CAM集成化系统开始使用。英国Delcam公司在原有软件DUCT5的基础上，为适应最新软件发展及实际需求，向模具行业推出了可用于注射模CAD/CAM的集成化系统。该系统覆盖了几何建模、注射模结构设计、反求工程、快速原型、数控编程及测量分析等领域。系统的每一个功能既可独立运行，又可通过数据接口作集成分析。

（2）微机软件在模具行业中发挥着越来越重要的作用。在90年代初，能用于注射制品几何造型和数控加工的模具CAD/CAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用，如在模具行业中应用较广的美国Pro/E、UGII、CADDS5，法国CATIA、EUCLID和英国的DUCT5等。随着微机技术的飞速进步，在90年代后期，基于Windows操作系统的新一代微机软件，如Solid Works、Solid Edge、MDT等崭露头角。这些软件不仅在采用NURSB曲面三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CAD/CAM软件的优点，并且在Window风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点，深得使用者的好评。

（3）模具CAD/CAE/CAM系统的智能化程度正逐步提高。当前，面向制造、基于知识的智能化功能现已成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。许多软件都在智能化方面做了大量的工作。如以色列Cimatron公司的注射模专家系统，能根据脱模方向优化成分模面，其设计过程实现了加工参数的优化等，这些具有智能化的功能可显著提高注射模的生产率和质量。

（4）三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势。在注射模结构设计中，传统的方法是采用二维设计，即先将三维的制品几何模型投影为若干二维视图后，再按二视图进行模具结构设计。这种沿袭手工设计的方式已不能适应现代化生产的集成化技术的要求，在国外已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设计。与此相适应，在注射过程模拟软件方面，也开始由基于中性层面的二维分析方工式向基于实体模型的三维分析方式过渡，使三维设计与三维分析的集成得以实现。

参考文献

[1]王先逵．计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，2008 [2]蔡汉明，陈清奎．机械CAD/CAM技术[M].北京：工业出版社，2005 [3]姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2002 [4]唐承统, 阎艳.计算机辅助设计与制造[M].北京：北京理工大出版社，2008 [5]刘德平，刘武发.计算机辅助设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2007 [6]李超.CAD/CAM实训—CAXA软件应用[M].北京：高等教育出版社，2003 [7] Zeid，Ibrahim.CAD/CAM theory and practice[M]: McGraw-Hill College,1991 [8]Brahim Rekiek,Alian Delchambre.Assembly Line Design[M].Springer,2006

第三篇：综合录井在生产中的应用和发展

综合录井在生产中的应用和发展

时间：2007-10-01 10:12:27 来源：石油科技论坛 作者：李绍芹 姜春来

摘 要：综合录井是一项成熟的技术，它不仅是判断地层岩性、发现油气层的有力工具，也是预防和防止钻井工程事故的武器。这些年来，随着钻井工艺技术的进步和发展，为之配套服务的综合录井技术，其功能也向前大大延伸，在指导钻聪明井、智能井、水平井方面发挥了越来越明显和重要的作用。

关键词：综合录井 预防事故 地质导向

辽河油田的勘探和开发已经进入中后期。受复杂多变的地质条件的影响以及注水采油工艺的制约，钻井过程遇到许多复杂的井下情况，如何确保安全？“低、深、难、稠、小”的油田地质特点，如何及时发现和实时评价？大规模的实施水平井开发，如何有效控制井眼轨迹，保证在油气层钻进？这些都是辽河油田当前勘探开发迫切需要解决的问题。综合录井技术是一项比较成熟的录井技术，它是多学科、综合性较强的应用技术。应用这项技术可以快速获得各项井下参数，对安全钻井、实时评价储层提供了手段。该项技术在辽河油田得到了广泛的应用，并取得了非常好的效果。

一、综合录井是确保安全钻井的工具

钻井是一项高投入、高风险的工程，存在着大量的模糊性、随机性及不确定性[1]。综合录井是多学科、多技术集成的高科技的产物，它可以提供大量的工程信息，分析判断钻井施工过程中地面、井下各类设备的工作状态，科学指导钻井，及时预报事故隐患，避免事故的发生，提高钻井速度，缩短钻井周期，降低钻井成本。1．监测钻具扭矩参数，判断钻头使用情况

监测钻具扭矩参数，分析其变化情况，是一个评价钻头使用寿命、防止井下钻井事故的非常重要的方法。通过分析扭矩曲线变化特点，能够为认识井下情况提供有意义的信息。

我们把钻头下井使用划分为三个阶段，各阶段的情况是：第一阶段，牙轮钻头下井工作初期，扭矩曲线平滑均匀、低频低幅。初期，钻头轻微有规律地跳动，钻具轻微粘滑，形成均匀扭矩直线。这个阶段可以正常钻进。

第二阶段，钻头使用中期，曲线振幅较大，曲线毛刺、尖峰摆幅增多，且多呈对称分布。这个阶段因为牙轮钻头的牙齿磨蚀，钻具振动，导致钻头过早受损，钻杆疲劳，钻头跳跃加剧从而加速了轴承和牙齿的磨损。因此钻进操作上必须调整钻井参数，如钻压、转盘转数、钻井液性能等，以消除或减少破坏性，如果调整得当，则扭矩曲线平滑均匀，接近于第一阶段。

第三阶段，钻头工作后期，曲线大幅波动，无对称分布，高频高幅。我们通常称为钻头危险期。在这一时期，牙齿断损、牙轮旷动进一步加剧，扭矩曲线摆幅继续加大，但其摆动频率是连续不断的，扭矩曲线显纺纱棒形特征。由于断齿、轴承抱死等现象随时可能发生，必然使钻头跳跃和疲劳加剧，随时可能因钻头受力不均而蹩钻，牙轮掉井，钻具断裂，事故概率增大。因此，应立即起钻更换钻头。在MX 井录井过程中，我们就成功监测到钻头后期出现的异常情况，并进行了预报，为安全施工起到重要作用。该井施工时正常钻压为240kN,悬重1080kN，转盘转速70 转/min,转盘扭矩范围为5～5.5kN·m。当钻进至井深3788.20m时,其他参数未变而转盘扭矩范围变化为9～12kN·m，且波动剧烈。我们及时通知了钻井队工程技术人员,经继续观察发现,钻进至3790.24m时转盘扭矩变化更加剧烈,于是决定立即起钻，起钻后检查发现3 号牙轮轴承抱死。2．利用DC 指数，评价地层特性

DC 指数反映地层的可钻性，它是根据钻时、钻压、转盘转速、钻头直径计算后通过钻头磨损、当量密度等参数校正得到的。可以根据其变化发现异常过渡带，为平衡钻进提供依据，同时，可预防井涌、井喷、井漏，也可以通过压力分析进行地层对比。

在S X 井录井过程中，使用了ALS-2型录井仪提供的软件进行实时压力监测，共发现两段欠压实地层。我们及时将有关情况向工程监督和钻井队进行了详细说明。钻井队采取了相应的措施，在沙一段，把钻井液密度由1.26kg/L 调整到 1.30kg/L，经过多次顺利起下钻和电测证明，井壁维护良好；而在沙一段前，为保护油气层，不提高密度，只是调整其他性能，起下钻和测井作业均出现不同程度的遇阻遇卡，在完井电测期间多次划眼作业，说明了井壁维护不好。该井段电测时，从视电阻率、声波等计算的地层压力梯度1.39kg/L，与录井计算的压力梯度1.40kg/L 基本吻合。3．监测钻井液数据，判断井漏事故

通过综合录井对泥浆池体积及池体积差、出口的相对流量、泵冲数、立管压力等参数的实时监测能及时发现井漏。在XP 井钻至井深3043.20m 时，钻井液体积由83m3 降到为78m3，池体积差由0m3 变为-5m3，相对流量几乎变为0%，对应的立管压力略有降低，但这时的泵冲数没有变化，这说明入口的流量是稳定的，地面工况正常，井下出现钻井液漏失是无疑的。由于综合录井操作员及时地把这一判断汇报给了工程技术人员，工程上采取了相应的技术措施，避免了事故的进一步扩大。

综合录井技术进入辽河油田20多年来，设备不断更新，采集的参数也越来越多。录井人员通过对这些参数综合分析，预报了大量的钻头磨损、钻具刺漏、井漏、遇卡、遇阻及H2S 等事故前兆，为施工单位提前确定方案、采取措施提供了依据，既预防了事故，又节约了钻井成本。

二、综合录井是发现油气储层的利器

录井过程中及时发现、评价油气层是综合录井的重要内容之一。由于地层岩性、构造、岩石物性、岩石结构、油气性质、地层压力、钻井工艺、钻井液性能等诸多因素的不同影响，给现场工程技术人员及时发现和正确评价油气层带来了很多困难。但是，应用综合录井仪解决了这个难题，它可以进行全方位、多参数的实时监测，寻求各种直接或间接的证据，及时发现和评价油气层，克服了以往单一录井方法的局限性。

1．利用全烃资料，及时发现新的油气储层

在人们的认识中，储层应该是砂岩、碳酸岩，后来发展到了火山岩及变质岩。虽然人们不断地改变着想法、看法、认识，然而在人们的认识领域中泥岩是不可能作为一种油气储集层的。但是，我们综合录井在泥岩中发现了好的油气显示。在辽河东部凹陷的Y X 井录井过程中，地质录井认定的是泥岩，但综合录井监测的全烃值较高，达到100.0%，而且各种组分齐全。这种情况说明此套泥岩含有一定的油气。对这口井此套泥岩试油结果，获得了10.85t/d 的原油产量。这口井的试油结果给人们一个启示：不管是什么岩性，只要存在存储空间，都可以成为储层。

2．利用综合录井资料，及时落实油气储层

辽河油区砂岩孔隙性储层中，有些地区的油质较轻，岩屑录井反映出的油气显示差。在钻井过程中，岩屑经钻井液反复冲刷，到达地面后又多次清洗，对岩屑进行荧光检测往往不可能发现油气显示的情况，极易漏掉油气层。此外，裂缝性油气藏主要依靠岩石的裂缝、溶洞、晶孔等作为油气储集的主要场所，非均质性较强，再加上油质较轻，也存在着油气显示不明显的现象。一些浅层气有时也为常规录井所遗漏。但综合录井受储层岩性及油气性质的影响相对较小，所以它在发现和评价轻质油及非碎屑岩层方面具有很大的优势。辽河油田的YQ井，常规录井油气显示不明显，但综合录井的显示则相当明显。综合录井发现的油气显示层位，在完井试油时日产油43.54t。3．利用综合录井资料，落实地层岩性

扭矩曲线形态除与井下钻具工况、井身轨迹质量有关外，还与地层岩性有密切的关系。在井身质量、钻井参数变化不大的情况下，牙轮钻头的扭矩曲线表现为：钻遇泥岩时扭矩值低，曲线变化幅度小；钻遇砂岩时扭矩值偏高、变化幅度大；PDC 钻头一开始钻遇砂岩时就出现高频高幅的震荡曲线，并且曲线的震荡频率、幅度与砂岩粒度有密切的关系，随着砂岩粒度由细变粗，其扭矩曲线的震荡频率和幅度也有变快、增大的趋势。泥岩表现为曲线小幅度、低频率震荡。PDC钻头使用到后期，一般扭矩值升高，但曲线频率和震荡幅度减小。辽河油田的QX井钻进过程中有取心任务，我们通过扭矩曲线的波动预判了砂层的出现，辅助卡准了取心层位。

该井在钻至3200.00～3205.00m时扭矩出现不很明显的砂岩层特征，在钻到3206m 时扭矩曲线出现基本平直的一条直线，录井人员判断还没有钻到取心井段，建议继续钻进。当钻至3212m 时，扭矩曲线呈现高频高幅震荡的态势，引起了录井人员的注意；在钻至3214.50m时，决定停钻循环观察并随之取心。取心证实确实钻到了取心层位，扭矩参数起了重要的作用。

在东部凹陷的小字号井，在揭开粗面岩顶部时，经常因为灰绿色蚀变玄武岩及角砾岩的影响而不能卡准。应用综合录井后，充分地利用钻时及气测全烃值等参数进行判别，大大提高了准确程度。在CM 井钻至井深2887m时，气测全烃由0.36% 升高到0.81%，C1 由0.21% 升高到0.53%，这一气测异常的出现提醒了地质技术人员结合其他资料进行综合分析，最后确认已钻到沙三段粗面岩顶，后经在2895～2895.44m钻井取心及电测证实粗面岩顶面卡取准确。该井由于准确的卡取粗面岩顶界深度，及时地进行了中完作业，重新调整了钻井液密度，最终钻探成功。

综合录井以发现和落实油气显示为主的气测、地质资料收集、整理、油气显示评价等服务于油气地质勘探开发。气体检测和钻井液参数变化监测对及时发现、解释、评价油气层，起着越来越重要的作用。

三、综合录井是打聪明井、智能井、水平井的好帮手

近年来，随着辽河油田开发水平井的增加，综合录井又一项新的功能出现了，那就是地质导向功能。综合录井的地质导向功能就是通过设计的油藏数据信息资料与录井实时录取的数据资料比对，判断在水平井或其他定向井钻井中实钻井眼轨迹与设计轨迹和油气层段的空间关系，为控制井眼轨迹提供信息，确保井眼沿着目的油气层段穿越，提高钻井成功率，降低开发成本。例如，我们在HP 井现场检测时，通过综合录井的水平井地质导向系统发现该井钻至井深1607m（垂深1431.25m）时气测值低于所设的下门限，综合分析认为垂深降得过快，经微调井眼轨迹，在钻至井深1630m 时（垂深1430.01m，垂深向上调整1.24m），气测值便高于所设的下门限。经调整后确保了全井水平段绝大部分在良好的油气层段内钻进，在水平段试油获得了较好的产量。

辽河油田综合录井作业除了上面的水平井井眼轨迹微调之外，还发展了以下功能：井眼轨迹预测技术；数据离散技术，使录井参数沿井身轨迹显示的功能得以实现；井眼轨迹待钻分析技术；邻井防碰技术等。通过这些技术的应用，使辽河油田的科学钻探、聪明打井、发现和落实油气层、评价油气层、保护油气层以及水平井钻井的水平迅速得到提高，为提高勘探开发效率、大规模推广水平井奠定了基础，创造了条件。

第四篇：快速滑轨在生产中的应用

快速滑轨在生产中的研制与应用

◎ 张学木

作者简介:张学木，大学学历，采油技师，采油三矿采油五队副队长

目前，抽油机是石油开采中使用最广泛的采油方式，抽油机皮带做为动力传动部分，将电机所做出的功传递给抽油机减速箱，从而实现抽油机的连续运转。由于运行时间长使皮带磨损，抽油机要适时更换皮带更，更换电机皮

带一般是先卸松四个电机螺丝,然后用一段钢筋为传动杆的顶丝，反复移动钢筋的位置，利用撬杠移动电机的位置，劳动强度大，并且在使用过程中，易使操作人员受伤,费时费工，降低了工作效率。为了解决以上问题，我经反复研究设计了快速滑轨，该装置结构更为合理，提高了工作效率，有效避免了长时间停井，提高了开井时率。

1.快速滑轨结构组成及工作原理

1.1结构组成

如图1与2，该工具组成为管套、管柱、螺杆、螺栓、销钉、齿轮、齿轮套及滑轨。

图1 快速滑轨部件图

图2 快速滑轨组合图

1-管套 2-管柱 3-螺杆 4-螺栓 5-销钉 6-齿轮 7-齿轮套 8-电机 9-滑轨 10-工字钢

1.2快速滑轨工作原理

将管柱穿进管套中,然后将管柱固定在工字钢上, 把电机用电机镙丝固定在滑轨上，再将螺杆、螺栓、齿轮及齿轮套组合在一起后，两头分别固定在电机和压杠上。当电机换皮带时，利用销钉转换齿轮的转动方向，卸松螺杆，然后取下皮带，换上合适的皮带后，只要再利用销钉转换齿轮的转动方向，将螺杆上紧使电机移动到合适位置即可。2.技术创新点：

2.1由于不需要卸松任何螺丝，整个更换过程只需一节40厘米6分管线，简化操作程序，减少隐患；

2.2操作时使用方便，保护操作人员的安全；

2.3缩短操作时间，提高工作效率,降低了工人劳动强度，保证了开井时率。

3.现场应用效果分析

快速滑轨自研制成功后在义99-6使用，现场更换皮带时间由过去的十几分钟缩短到5分钟，从现场应用证明快速滑轨实现了预期的设计功能，有效降低了劳动强度和提高了工作效率及开井时率。

第五篇：浅谈安全意识在生产中的重要性

——浅谈安全意识在生产中的重要性

在我们现实的生活工作中，有句我们经常说的俗语叫“常在河边走哪能不湿鞋”。这句俗语一直以来都被那些行为上有错误的人作为自我解嘲的一种托辞。这些人这么说无非有两个意思，一是说常做一件事情没有不犯错的，二是说一贯干得很好的事情偶尔也有犯错的时候。必然也好偶然也好，最后的结果总有一个，那就是你终究是犯错了。延伸到我们现在的安全生产中，哪一件事故，哪一件违章不是必然和偶然的产物呢？常在河边走难道非得湿鞋不行吗？很多人工作干了一辈子从未出过安全事故，我们可以说他在河边走了几十年都没湿鞋，而有些人呢，他的“鞋”就从来没有干过。为什么？归根到底就是他在干工作的时候根本没有把安全放在心上，换句话就是没有安全意识。可以毫不客气的对那些经常“湿鞋”的人说，你今天湿了鞋觉得无所谓，那天你如果不小心掉进了河里，自己不会游泳，又没人救你，到那时恐怕你连穿鞋的机会都没有了。

这些年我们公司一直把安全工作放在最重要的位置，我们每天也在讲安全、抓安全，各级领导用在安全上的精力可谓是煞费苦心，刘总也经常告诫我们“地基不牢，地动山摇”来说我们的安全工作，可现实总是那么不尽如人意。各种安全违章、安全事故还是不断发生。我们不禁要问为什么会这样呢？是我们安全工作做得还不够好吗？不是！谁敢说我们的安全投入不够多，花的心思太少！究其原因只有一个，那就是我们始终在安全生产上存在侥幸心理，“常在河边走哪能不湿鞋”的心理还根深蒂固的存在我们每个人的脑海里。当我们把安全违章和事故看作是一种必然时，那“湿鞋”就在所难免了。难道我们就真的不能不“湿鞋”或者少“湿鞋”吗？答案是肯定的！我们应该把这句话变成“常在河边走就是不湿鞋”!这就要求我们广大干部员工始终要有安全意识。什么是安全意识？就是企业和个人在管理、生产中把安全放在重要的位置，也可以说任何时候做什么事，首先考虑的安全问题。有了安全的意识，才有安全的行为。通俗一点讲，就是我们在干工作时要始终知道自己在干什么，应该怎么干，干了有什么后果。这就好比我们每天吃饭之前要洗手一样，你每天养成这个好习惯，你就会少生病。安全生产也是这样，你每天把安全意识放在第一位，那你就会少违章少出事故。这就是“常在河边走就是不湿鞋”的真谛所在。有了安全意识还不够，还要有安全防患意识，做到未雨绸缪，防微杜渐，做到我不伤害自己，我不伤害别人，我不被别人伤害。

总而言之，只要我们每个人都牢固树立安全意识，不把安全当成一句空话，那我们的各种违章、各种事故就不会出现在我们的身边，我们就少看到自己和亲人痛苦的表情。有一句话我们都该牢记：人的生命只有一次，我们都要倍加珍惜！

胡英之