李晶
山西应用科技学院 山西太原 030062
摘要：当前，在生产和机械制造等众多领域中，虚拟样机技术获取了十分普遍的应用。从某种意义上来讲，虚拟样机技术会在一定程度上影响着石油生产作业的安全性及工作效率，因此应用虚拟样机技术具有十分重要的现实意义。鉴于此，本文首先介绍了虚拟样机技术在石油机械中运用的重要作用，研究了石油机械虚拟样机技术的体系结构，分析了我国石油机械的技术特点和开发现状，阐述了石油机械运用虚拟样机技术需要解决的相关问题，论述了石油机械中虚拟样机技术的实际运用，以供参考。
关键词：石油；机械；虚拟样机技术
引言：石油机械产品的研制中，设计阶段和产品的成本与性能等方面存在着密切的关联。由于石油机械产品具有较强的技术性，因此需要采用先进的技术对产品进行设计，确保产品良好的性能。而虚拟样机技术集仿真技术、信息技术、计算机技术等多项技术于一身，可以建立产品的三维模型，并针对产品实际的工作情况进行仿真模拟，实现了对产品的优化设计。
一、虚拟样机技术在石油机械中运用的重要作用
（一）给石油机械产品的研发提供了新的模式
采用虚拟样机技术，能够利用计算机建立石油机械对应的三维模型，运用虚拟现实与可视化等多种技术，能够更加快速和直观的作出分析，针对多种不同设计方案进行对比分析，确立出会对石油机械使用性能造成影响的相关参数。与此同时，可以针对各种不同工况之下石油机械产品的性能进行模拟，并做出适当改进。
（二）提升产品质量，缩短产品研发周期
首先，针对产品实施概念设计的过程中，运用系统工程的方式，并针对多种不同方案机械产品各方面性能进行模拟，确立出产品的各相关参数，完成产品的参数化设计，如此能够令设计工作人员更加良好的发挥自身能力，可以根据个性化的需要针对模型作出相应改进和评估。其次，产品图样设计过程中，根据由上至下的基本设计思想，创建部件级的约束层次关联以及相应的几何关联结构，同时确立出具体设计流程，完成部件级的改进。之后，利用变量化及参数化技术创建零件级的主模型，借助这一模型的衍生迅速生成各种不同阶段对应的模型，给机械性能以及加工的仿真提供相关数据信息支持。
（三）实现企业之间的动态联盟
虚拟样机技术是以计算机技术为基础而诞生的一种技术，其属于数字化模型中的一种，利用网络传输产品的相关信息，同时兼具反馈及时和传输速度快的特点，能够令企业之间形成动态联盟。如果可以进行并行设计与制造，参与企业之间信息的交流会更加方便，从而使各企业的优势得以充分发挥，有效规避产品简单重复以及开发效率低等情况的发生，加强国家石油企业的竞争能力。
二、石油机械虚拟样机技术的体系结构
所谓虚拟样机技术，其是以DFX和CAX技术作为基础发展起来的，集先进仿真技术、虚拟现实技术和信息技术等多项技术于一身，可以运用在一些具有一定复杂性的系统内，满足之于系统的优化。
石油机械中虚拟样机技术系统主要包含机械、软件和控制等系统，每个分系统会创建相应的产品模型库，运用虚拟样机技术系统中的相关软件完成行为、功能的建模仿真以及参数设计，从而实现产品的开发与设计。利用动态仿真的方式对石油机械产品实际的工作状况加以模拟，令石油机械产品的设计更为合理。与此同时，对产品进行渲染处理，通过功能、行为及其外观等多个方面对样机加以呈现。
三、我国石油机械的技术特点和开发现状
由于对于能源的迫切需求，为扩大石油的开采规模，国内自上个世纪五十年代成立了多家石油企业，石油机械的发展受到广泛关注。伴随着石油工业的日益发展，国内的石油机械制造行业已逐渐形成了比较完善的机械制造体系，有关的产品涉及油气储运和钻井勘察等众多不同领域。尽管现阶段国内石油机械制造行业总体技术获取了较为明显的提高，且可以独立研制出具有自身知识产权的相关产品。然而相较于国外发达国家而言，国内在机械设计及制造的水平上依然存在很大差距，究其原因是国内的设计方法与研发水平相对落后。伴随机械技术的不断发展，国内渐渐改变了以往手工制图的方式，引进了CAD等计算机辅助制图软件，且可以针对单一的零件实施优化设计，然而随着石油机械研发的日益深入，该项技术也已经无法适应当前市场的实际需求。此种状况下，利用分析技术与虚拟建模两种技术融合的新型技术得以诞生，这便是虚拟样机技术。该项技术在模型建立、动态仿真和研发设计等众多方面都具有十分明显的优势，在油气开发和钻井开采等工程施工中获取了较为良好的运用。
四、石油机械运用虚拟样机技术需要解决的相关问题
确保虚拟样机软件和其它各种软件之间的有效融合与技术支持，例如虚拟样机技术可以运用UG和Proe等三维制图软件中的建模功能，这样可以有效弥补自身的一些不足。第二，因为该项技术是以三维建模作为基础的，因此应对产品的三维几何需要严加定义，创建企业内部产品相关的模型标准。第三，确保产品的标准化，这样可以更加精准地创建虚拟样机模型。
五、石油机械中虚拟样机技术的实际运用
文章通过虚拟样机中的ADAMS软件之于游梁式抽油机这种石油机械实行仿真分析为例阐明石油机械中该项技术的实际运用。一般情况下，具有多种不同方法可以分析游梁式抽油机的实际运动规律，但是不同的计算方式其最终的结果也存在很大差异。对悬点运动规律加以简化处理，使其转换成曲柄滑块运动及简谐运动这两种计算方法是比较常用的，然而两种方式均会产生一定误差。而创建游梁式抽油机对应的虚拟样机模型能够更加便捷地针对这种石油机械进行精准的运动分析，具体分析结果见下表所示。
游梁式抽油机悬点运动规律比较表
虚拟样机获取的悬点运动规律曲线
通过对比分析我们可以得出如下结论：第一，由最终获取的计算结果可以看出，抽油机悬点的速度以及最小、最大位移实际的计算结果并没有相差很多，表明通过针对抽油机主体结构实施简化计算并不会对抽油机相应悬点的位移与速度产生过大影响。第二，通过几种不同方式最终的计算结果表明，悬点的加速度相差相对偏大，能够看出利用ADAMS软件仿真分析的结果和曲柄滑块运动最后的简化结果比较接近，但和简谐运动所获取的结果却存在一定偏差。这是由于和两个条件已经无法得到满足，这时, 。因为通常情况下，对于抽油机来讲，和两个值是不能够忽略不计的，采用简谐运动的计算方法针对游梁式抽油机主体结构实施简化处理会出现很大偏差，尤其是冲程较长时所产生的偏差会更大。但针对曲柄滑块运动分析来讲，尽管，然而相较于仿真分析而言，其所获取结果并不会具有较大误差，能够被看成是近似的计算。第三，由以上计算结果分析，因为多体动力学是虚拟样机技术的理论基础，并不是针对结构实施简化处理。因此，通过对ADAMS软件的运用，采用仿真分析的方式，能够更加进准地对悬点的实际运动规律加以描述。
结束语：综上所述，虚拟样机技术在石油机械产品的研发设计中起到十分关键的作用，我们应大力应用该项技术，促进石油产业的良好发展。
参考文献：
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