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前言

在全球能源格局重塑與國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的大背景下，石油裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力成為國(guó)家能源安全的重要支撐。面對(duì)高端裝備供應(yīng)不足、核心部件大多依賴(lài)進(jìn)口的問(wèn)題，不少石油裝備制造企業(yè)借助數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破口，不僅實(shí)現(xiàn)了石油鉆采設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化替代，更在行業(yè)內(nèi)掀起了一場(chǎng)技術(shù)革新的浪潮。

行業(yè)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

▲待維修更換的石油開(kāi)采設(shè)備零部件

我國(guó)石油裝備制造行業(yè)規(guī)模龐大，但目前在自動(dòng)化鉆機(jī)裝備、深海油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)裝備、超高溫井下工具等高端裝備方面還存在“卡脖子”的技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致這些石油開(kāi)采設(shè)備仍然依賴(lài)于進(jìn)口。設(shè)備在運(yùn)行一定時(shí)間后，其關(guān)鍵零部件都需要進(jìn)行維修或更換，從國(guó)外廠(chǎng)家購(gòu)買(mǎi)備件的話(huà)，存在進(jìn)出口響應(yīng)周期長(zhǎng)且采購(gòu)成本高的問(wèn)題，因此市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)化替代的需求日益迫切，自主創(chuàng)新能力亟待提升。

創(chuàng)新解決方案

為此，國(guó)內(nèi)石油裝備制造企業(yè)通過(guò)自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，積極尋求突破。我們的客戶(hù)即通過(guò)引入中觀的3D掃描技術(shù)，通過(guò)非接觸的激光掃描方式快速獲取零部件3D數(shù)據(jù)，再結(jié)合逆向工程，為石油鉆采設(shè)備提供了一套完整的國(guó)產(chǎn)化解決方案，大大加快了備件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)施步驟

下面我們通過(guò)石油鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的一組裝備，包括變矩器、變速箱、前殼、中殼、后殼等關(guān)鍵零部件，來(lái)詳細(xì)展示如何通過(guò)3D掃描與逆向建模過(guò)程，實(shí)現(xiàn)零部件的精確復(fù)制與高效改進(jìn)。

Step1

我們使用AtlaScan多模式多功能量測(cè)3D掃描儀，首先對(duì)拆分的變矩器零部件進(jìn)行掃描，它以600×550mm的掃描幅面，可以快速捕獲設(shè)備內(nèi)外型面3D數(shù)據(jù)。

Step2

繼續(xù)掃描變速箱獲取其3D數(shù)據(jù)。AtlaScan集成有全球首創(chuàng)的孔位閃測(cè)技術(shù)，針對(duì)多孔位的零部件，使用閃測(cè)功能測(cè)孔極速便捷，并大大提升精準(zhǔn)度。

Step3

再分別掃描前殼、中殼和后殼零部件得到各自的“孿生”3D數(shù)據(jù)。AtlaScan手持掃描角度靈活，即使是腔體內(nèi)部的細(xì)小管件也能輕松采集完整。掃描精度高達(dá)0.01mm，細(xì)節(jié)表現(xiàn)細(xì)膩清晰，再加之增強(qiáng)的網(wǎng)格優(yōu)化功能，邊楞、R角、拐角等的效果更加真實(shí)自然。

Step4

將前述各零部件的3D掃描數(shù)據(jù)合并到同一坐標(biāo)系下，根據(jù)孔位裝配關(guān)系，進(jìn)行虛擬裝配。

Step5

▲各零部件逆向建模過(guò)程

▲逆向數(shù)據(jù)合并得到完整“3D圖檔”

最后將各零部件的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D逆向建模軟件進(jìn)行逆向工程，得到可以用于生產(chǎn)加工的stp格式的“3D圖檔”。

客戶(hù)價(jià)值與成果

▲根據(jù)逆向“3D圖檔”生產(chǎn)的新備件

在該案例中，各零部件的掃描實(shí)施僅耗時(shí)半小時(shí)左右，以極高的效率推動(dòng)了備件的國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)替代，這對(duì)于減少進(jìn)口依賴(lài)、降低采購(gòu)成本、縮短響應(yīng)周期和提升供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性都有重要意義。此外，在備品配件的后端制造環(huán)節(jié)，激光3D掃描技術(shù)依然大有用武之地，它可以對(duì)生產(chǎn)的零部件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，推動(dòng)制造智能化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

結(jié)語(yǔ)

3D掃描技術(shù)在石油裝備領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐，不僅彰顯了我國(guó)制造業(yè)自主技術(shù)的突破，增強(qiáng)了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，也為其他行業(yè)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程樹(shù)立了典范。隨著技術(shù)的迭代進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深化，我們相信，國(guó)產(chǎn)化之路將越走越寬廣，為國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)繁榮持續(xù)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。