精品资料（2021-2022年收藏的）西南石油大学机械CADCAM结业论文

1、石油装备制造CAD系统设计机械CAD/CAM结业论文题 目：石油装备制造CAD系统设计姓 名：学 号：专 业：19目 录摘要I1.CAD技术概述11.1 CAD技术的定义11.2 CAD系统的主要功能11.3构建CAD系统的目的意义22.我国石油装备制造企业的特点及其CAD技术的应用现状32.1 我国石油装备制造企业的特点概述42.2石油装备制造行业CAD技术应用现状53.石油装备制造企业CAD系统方案设计73.1机械CAD系统73.1.1 硬件系统73.1.2 CAD软件系统83.2大中型企业的CAD系统设计103.2.1 硬件系统选择方案设计103.2.2 软件系统选择方案设计123.3中

2、小企业的CAD系统设计133.3.1 硬件系统选择方案设计133.3.2 软件系统选择方案设计153.4企业实施CAD系统的其他注意事项164.结束语17参考文献19摘要随着石油装备制造技术的不断更新，油气田开发竞争的日益激烈和经济全球化格局的形成，对石油装备制造企业来说，他们想要适应适应这一高效率、高技术、高科技的时代，他们必须要采用一系列的先进技术来武装的企业，提高企业的综合竞争能力，而在当代随着计算机技术的发展与应用，计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）成为了最值得采取的技术之一。石油装备制造企业构建CAD系统，主要包括通用机械（标准化）产品的CAD实施和少数用户要求产品的CAD实

3、施。本文基于石油装备制造企业的特点，从机械产品的设计流程，提出在各个阶段，石油装备制造企业实施CAD系统的具体方案和方法，改变了石油机械产品传统设计流程的单向性，提出了反馈修改的设计思路，使得设计方法更加科学化，高效化。同时，还提出了在石油装备制造企业构建CAD系统后，对企业相关专业人员进行技术培训的相关措施，以综合提高企业的竞争能力。关键词：石油装备、CAD系统、参数化、设计流程、系统结构1.CAD技术概述1.1 CAD技术的定义计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD)技术是设计人员在计算机系统的辅助之下，运用各自的专业知识，对产品进行的总体设计、绘图、分析和编写

4、技术文档等设计活动的总称。这是传统设计技术与计算机技术相结合的产物。设计人员通过人机交互操作方式进行产品设计构思和论证，产品总体设计、技术设计、零部件设计，完成有关零件的强度、刚度、热、电、磁的分析计算和零件加工信息(工程图纸或数控加工信息等)的输出，以及技术文档和有关技术报告的编制。目前，CAD技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、石油、建筑等行业。CAD技术的应用提高了企业的产品设计效率，优化了产品设计方案、减轻了技术人员的劳动强度、缩短了产品设计周期、加强设计的标准化。在已经使用CAD技术的企业中，CAD的工作内容主要有以下几个方面：(1)建立产品设计数据库（需求分析数据库）；(2

5、)编写计算设计分析程序库；(3)编写专用程序库；(4) 创建基础图形库； (5)产品计算机辅助设计； (6)产品数据管理等。1.2 CAD系统的主要功能为了实现现代产品的CAD过程，CAD系统需要对给定产品设计的全过程进行信息处理，这包括设计全过程的数值计算、设计分析、绘图、仿真模拟、工程数据管理等各个方面，这就要求CAD系统应该具备以下基本功能：是由产品设计制造的和数据处理程序包、图形信息交换(输入、输出) 和处理的交互式图形显示程序包、存储和管理设计制造信息的工程数据库等三大部分构成的。这种系统的主要功能包括:1. 可使设计计算的过程程序化对于同一类型的产品，如齿轮、轴承、键等，在设计其不

6、同系列的产品时由于计算过程是相同的，只是不同系列相应的参数不同而已，所以为了提高设计计算的效率，应该通过编程的方式，把此类设计计算过程程序化，参数化。2.可实现产品的计算机辅助几何建模几何建模功能是CAD系统的核心功能，主要有以下内容：（1）零件的几何造型功能：要求CAD系统能够在计算机中除能绘制出零件的二维工程图外，还要能绘制出三维几何结构模型，并能够以真实感很强的方式显示零件的三维效果，供用户观测，修改。（2）产品的装配建模功能在计算机中构建产品及部件的三维装配模型，解决三维产品模型的复杂的空间布局问题，完成三维数字化装配并进行装配及干涉分析，分析和评价产品的可装配性，避免真实装配中的种种

7、问题。3.物体质量特性计算功能4.三维运动机构的分析和仿真功能系统应具有研究机构运动学特征的能力，包括运动学和动力学仿真，从而为设计运动机构时，全面了解机构的性能和运动情况，提供直观的、可以仿真的交互式设计技术。5.二、三维图形的转换功能产品的总体设计需要三维图，结构设计用二维图形，并有绘制工程图的功能。7.有限元分析的功能系统应具有对产品结构的静态、动态、强度、振动、热变形等进行分析的能力，以及自动生成有限元网格的能力。8.优化设计功能系统应具有参数优化法，进行方案优选的功能。9.信息处理和信息管理能力系统应具有统一处理和管理有关产品设计、制造以及生产计划等全部信息的能力。1.3构建CAD系

8、统的目的意义在企业中应用CAD技术的意义主要体现在以下几个方面：1.量化效益（1）缩短产品开发周期由于计算机运算速度及数据处理速度极快，用户根据设计目标向计算机发出指令，计算机则根据人的意图做出反应。对特定的机械产品，利用专门的软件或程序，设计速度可以提高几十倍。由于计算机能够直观地将设计结果展示出来，设计者根据计算机的显示可以做出快速的反应。在计算机上修改设计比在图纸上修改要容易得多，而且计算机能提供复制、查询等功能。（2）提高产品设计质量由于计算机精度高和便于优化设计，利用CAD手段，设计人员在具备专业知识的基础上，可以完成更高质量的设计。设计人员利用实体造型可以直观的在计算机中将产品制作

9、出来。采用先进的参数化设计、全相关数据库技术可以最大限度的避免设计上的疏忽。（3）降低生产成本由于CAD技术能够缩短设计、加工和装配的时问，降低废品率，减少库存，所以将大大降低企业的生产成本。（4）节省劳动力，提高工作效益应用传统的机械设计方法，设计者的大部分时间和精力都耗费在装配图和零件工作图的绘制上，因而难于进行深入的研究。应用CAD系统可以使设计人员从繁琐的、重复的工作中解脱出来，从而进行新产品的开发和设计。2.企业的战略效益（1）提高市场的竞争能力。这主要体现在对新产品开发的能力、产品质量的优劣和产品价格等方面。（2）提高了企业的整体水平。CAD技术是一个高科技, 它迫使人员提高素质,

10、导致整个企业面貌改变, 促进企业文明生产。（3）增加企业知名度。增大了与国际合作的机会和可能性, 为企业带来更多的用户和合作伙伴, 提高市场竞争能力。3.社会效益(1)保证按合同交货。这一点对生产配套产品的企业来讲特别重要，如果能及时提供配套的产品，就能使整套设备及时推向市场可以为社会创造更多的财富否则会造成停工待料，影响整个系统的效益。(2)提高产品档次。采用CAD技术能提高设计质量,为生产优质产品打下良好的基础。2.我国石油装备制造企业的特点及其CAD技术的应用现状2.1 我国石油装备制造企业的特点概述我国的石油装备制造企业几乎都是在新中国成立后才逐步发展起来的，当时自主研发的较少，主要以

11、引进吸收为主，整体上起步较晚，但是在改革开放以后，并随着国际油价的飙升，以极其迅速的速度发展起来了。特别是经过近20年来的发展，技术水平越来越高，产品性能越来越好，适应范围越来越广，我国的石油装备也在逐步走向国际市场，并形成了知名品牌，占有了一定的国际市场，如国有企业宝鸡石油机械厂，民营企业宏华石油股份有限公司等。并在当今随着油气田开发技术的急速发展，国际油价在经济危机中居高不下，国际石油装备市场上竞争依然激烈，装备的好坏仍然直接决定着油气田开发的效率。在我国，石油装配制造企业主要体现为以下特点：1. 石油装备制造企业在一定的区域内更加集中，有助于各企业交流与合作我国的石油装备制造企业最初是为

12、油田服务的，它们最初是依靠油田发展起来的，以体现为现在围绕油田而发展。并在我国主要形成了几个集中区域：在陕西宝鸡以宝鸡石油机械厂为代表一系列生产厂家（此处有长庆油田），环渤海湾石油装备制造企业（整过环渤海湾是以油区），四川东北地区石油装备制造企业（气田），中原地区装备制造企业（中原油田，江汉油田）等地区，这种区域性的聚集特点有助于各企业相互交流和合作，可以从整体上提高我国石油装备制造水平。2. 产品类型多样化，适用范围更加广泛伴随着我国石油工业的发展, 我国石油机械制造企业从无到有, 从小到大, 从单一品种到门类齐全, 从高精尖石油装备主要依靠进口到国产化, 应该说我国石油机械取得了长足进展。

13、以重大石油机械装备为例, 石油开采用的三抽设备(抽油机、抽油杆、抽油泵) 、热洗车、采油车、修井机、洗井车等, 勘探用的物探钻井机、测井绞车, 钻井工程使用的电动钻机及配套装备等国内都可以生产, 国产石油机械种类结构已经形成系统化、专业化, 改变了主要依靠进口的局面, 而且部分产品已出口到中东、中亚，甚至俄罗斯、美国等国家。产品既可以在气候寒冷的西伯利亚地区使用，也可以在温差巨大的中亚、中非地区使用。3. 装备制造技术发展迅猛，制造技术的科技水平越来越高尽管我国石油机械起步较晚，但随着市场需求的发展，装备制造科技含量水平越来越高，数控机床、加工中心、专业化生产线已近被引入到企业中，使得产品的质

14、量也越来越高。而传统的手工操作机床基本已被淘汰。4. 产品的复杂程度越来越高由于油气田开发技术的发展，特别是水平井、大位移井、斜井的需要，石油机械的复杂程度越来越高，特别是新近开发的产品。传统的机械制造很难满足部分产品的设计要求。5. 企业类型多样化长期以来石油装备制造企业都属于国有企业，由国家计划生产。但近年通过国有企业的改制和石油装备制造行业的发展，企业类型出现了多样化，有大型的国有企业、股份制企业、民营企业，也有规模较小的私营企业和专业服务公司。企业类型的多样化促进了市场的健康发展，有利于提高整过行业的水品。6. 相关从业人员知识文化程度越来越高随着我国高等教育的发展，从事石油装备的人才

15、队伍也在逐步增大，知识结构越来越合理，专业化水平越来越高。7. 以自主研发为主，以引进吸收为辅由于我国科技教育的快速发展，人才队伍专业水平的提高，在石油装备制造方面，拥有自主知识产权的产品越来越多，最具有代表性的是9000m，12000m，超深井钻机的研制成功。2.2石油装备制造行业CAD技术应用现状我国是在上世纪80年代初，开始在石油机械行业推广应用CAD技术。经过20多年以来的努力，CAD技术得到了较快的发展，主要表现在如下几个方面：（1）一些重点企业、研究院所和石油院校陆续建立起一批中型机、小型机系统和专门应用软件的工作站。一般的企、事业单位也建立了微机系统。这些系统为石油机械行业推广应

16、用技术打下了良好基础。据不完全统计, 目前石油系统已有一些单位引进了一系列中型计算机及其CAD系统, 如5080绘图系统, 主要用于石油机械装备的设计与开发。还有多套小型机系统, 专门的工作站等, 以及相应的CAD软件, 例如I-DEAS,ADAMS,PRO/engineering等。建立起一大批以微机为主及相应外围设备组成的CAD系统。(2)计算机绘图技术在石油机械装备设计中得到较广泛的应用。宝鸡石油机械厂已将抽油机、F系列钻井泵等产品共近万张图纸输人了计算机，建立了专用图形库。西南石油大学钻头研究室，长江大学井下工具及研究室都相应建立了自己的CAD系统，并建立了专用图形库。江汉第四石油机械

17、厂，济南柴油机厂，都已开始采用计算机辅助设计。（3）开发了一些重要产品的软件。例如,江汉石油钻头股份公司研制和开发出了钻头的CAD软件, 并实现CAD/CAM的一体化；西安石油大学和南阳第二石油机械厂共同研制出了游梁式抽油机CAD软件；西南石油大学钻头研究室开发了三牙轮钻头、金刚石钻头的CAD软件；长江大学井下工具及开发研究室开发出了涡轮钻具用支承节CAD软件等。在这些软件中, 一些典型的现代设计方法, 如优化设计方法等被采用。（4）工程分析方法在石油机械关键零部件设计中开始广泛应用。石油机械中常用的工程分析方法有模态分析法、有限元方法和有限差分法等。这些方法的典型应用有：石油钻机井架、三缸单

18、作用钻井泵的模态分析、石油钻井防喷器、石油开发用的酸化压裂泵泵头、液力偶合器、涡轮钻具用新型叉口式万向节、石油空压机车的压缩机气缸、牙轮钻头整体和石油钻井用钻具等的有限元分析；石油机械装备关键零部件过渡段形状优化设计；涡轮钻具用涡轮叶栅二元、三元流场分析, 石油矿场用离心泵叶轮的三元流场分析等。（5）计算机仿真技术开始在典型石油机械的科研工作中发挥作用。牙轮钻头是最早采用计算机仿真技术的。较早应用计算机仿真的是牙轮钻头机械钻速计算机仿真研究。其次是套管损坏机理计算机仿真研究。盘式刹车一自动送钻系统的性能仿真研究。涡轮钻具工作性能计算机仿真研究已取得了成功。虽然石油机械CAD技术发展很快，但仍要

19、看到它起步较晚，与国内外先进水平相比存在较大的差距，还存在一些问题。总的应用水平与国外同行业相比还相差很远，如我国石油机械行业中应用开发CAD技术主要用微机设备。CAD软件开发以二次开发为主，即在引进国外的CAD基础软件的基础上，开发适应石油机械需要的CAD应用软件。很少有专门用于石油机械一次开发的CAD基础软件。此外, 设计、制造和管理一体化的石油机械集成CAD软件也不多见，许多装备制造企业中采用的都是很初级的CAD软件。专门工作站上的CAD系统的应用还很有限，也有一些企业单位存在CAD系统设备档次低, 设备老化问题严重,企业领导重视不够, CAD技术应用与开发的资金不足, 高级CAD技术专

20、业人员缺乏等问题。3.石油装备制造企业CAD系统方案设计3.1机械CAD系统CAD系统由一系列的硬件和软件系统组成。硬件系统由计算机、外围设备组成，包括主机、存储器、输入/输出设备、网络通信设备及各种辅助设备；软件系统包括系统软件、支撑软件和应用软件。CAD的系统组成如图3.1所示。 图3.13.1.1 硬件系统典型CAD系统的硬件主要以下设备：（1）计算机(主机)； (2) 图形终端和字符终端； (3) 外存储器，如软盘、硬盘和光盘等； (4) 输入装置，如鼠标、键盘、数字化仪、扫描仪等； (5) 输出装置，如打印机、绘图机等； (6) 计算机网络。网络将以上各个硬件连接在一起，以实现硬、软

21、件资源共享以及各设备之间的通信和信息交换。这些硬件设备的连接关系如图3.2所示图3.2由CAD系统设计完好后产生的数据通过计算机网络传给其他CAD系统或CAM系统，最终以保障在硬件上实现CAD的功能。3.1.2 CAD软件系统CAD软件系统软件是CAD系统的核心。从CAD系统的发展趋势来看，软件占据着愈来愈重要的地位，软件的购置成本目前也大大超过了硬件。典型的CAD软件系统可以分为三个层次，即系统软件、支撑软件和应用软件，如图3.3所示。图3.3系统软件包括操作系统、高级语言编译系统等。系统软件是与计算机硬件直接关联的软件，它起着扩充计算机的功能和合理调度与运用计算机的作用。系统软件有两个特点

22、：一是公用性；二是基础性，各种支撑软件及应用软件都需在系统软件支撑下运行。支撑软件是在系统软件基础上研制的，它包括进行CAD作业时所需的各种通用软件。开发CAD/应用软件时需要有特殊的支撑软件环境。支撑软件包括图形支撑软件、有限元分析软件和数据库管理系统等。系统软件和支撑软件是同计算机一起购进的，可形成CAD系统的二次开发环境，用户在此环境下移植或自行开发所需要的CAD应用软件来完成特定的设计和制造任务。应用软件则是在系统软件及支撑软件的支持下，为实现某个应用领域内的特定任务而编制的软件。CAD系统的功能和效益最终反映在CAD应用软件的水平上，而高水平的CAD应用软件又必须以高水平的开发环境为

23、基础。硬件系统和软件系统是CAD系统必不可少的两个方面，有了这两方面一个完整的CAD系统才能完成其基本功能。机械产品的CAD过程，实际上就是通过计算机（包括相应的软件）把产品设计的全过程用更高更科学的形式加以综合，并用相应的软件表示。产品传统的设计过程为：方案论证，总体设计、技术设计、详细设计、试生产，性能试验、修改定型。这种过程是一个不断探索，多次循环，逐渐深化的求解过程，故其周期长、工作量大、费用高。现代产品的CAD过程是用计算机进行上述过程的设计，利用交互设计技术，在完成一个阶段后把结果以图形方式显示在显示器上或用打印机、绘图仪输出，供设计者直观判断。设计者判断后进行某方面的修改，可立即

24、把修改参数输入计算机，计算机对新数据进行处理后再输出结果，再判断，再修改，多次反复直至达到理想的结果为止，最后输出工程图纸或数控加工信息。设计过程应用仿真技术对产品性能进行模拟，发现问题可实时修改，不必等样机试验后发现问题再修改。这不仅节省时间和经费，更重要的产品可获最佳性能和设计一次成功的可能性。3.2大中型企业的CAD系统设计对于在石油装备制造行业的大中型企业来说，其资金比较雄厚，财政后盾坚实，可承担风险的能力大，企业品牌在国内外较好，代表着国内石油装备行业发展的状况，并且能够得到国家和政府的扶持。所以对这一类企业而言，在总体上，构建CAD系统，不但要满足经济性，而且还要尽可能的缩短同世界

25、发达国家先进的CAD系统的差距。打破一些国家对某些产品的垄断。3.2.1 硬件系统选择方案设计石油装备其使用的环境恶劣，其工作时载荷不定，并要受到外界许多因数干扰，所以在对其的设计过程中要做许多分析，故数据处理量大，其生成的结果文件所占的计算机硬盘空间大。所以CAD系统的计算机应该选择微型机或者工作站，一方面是满足运算速度的要求，另一方面是满足存储容量的要求。同时由于石油机械产品的复杂性，同一产品的设计过程需要不同技术人员参与，对于详细设计的硬件资源可以选用微型机，以避免浪费。其他硬件设备，CAD系统是由多台计算机组成的，它们的相互通信需要建立局域网。还有一些相应的输入输出设备，如，扫描仪，绘

26、图仪等。对于一专门从事石油装备加工的大中型企业，考虑到其长期的发展，其CAD硬件系统必须满足经济性的同时还要保证长期实用性。由此，可以设计的出大中型CAD系统的硬件布置如图3.4所示。图中所示为三层结构的硬件系统，它可以处理很复杂石油机械的各种模拟仿真，数值分析。最底层为高端微型机，这一层计算机除了配备常规计算拥有输入输出设备外，额外还配有扫描仪，图文打印机。这一层的计算机主要做上一层计算机分下来的细化工作，包括需求分析程序的编制，分析计算程序的编制，工程零件图的绘制，实体的三维造型，技术文件的编写。因为工作站的运行成本和噪音较微机更大，若在工作站上作这些工作，对操作人员的身体危害更大，底层硬

27、件采用这种结构更符合HSE要求。当分配下来的工作被完成并编制成为一定的文件后，通过局域网回传给中间工作站，待下一步处理。中间层为工作站，这一层的计算机外围设备配备有键盘、鼠标、绘图仪、图文打印机、大容量存储设备、扫描仪、数字化仪。这一层计算机基本上可以完成较复杂机械的CAD过程。它除了可以完成底层设备的工作外，还可以进行三维装配，各种模拟仿真（动力学、运动学、虚拟样机等），各种数值分析（关键部件的有限元分析、流场分析、热分析、空气动力学分析等），生成相应的结果文件。并可以将工程图纸输出供实际生产使用。也可以通过局域网将数据文件传入到顶层工作站，以便顶层工作站统一管理。该层工作站的计算机在处理较

28、大量的数据时，可以通过专用网络相互实时通信，同时协同做同一工作不同方面。 图3.4最顶层为高性能工作站。它的外围设备与中间层工作站相同。它除了可以完成中间工作站的工作外，还可以对复杂机械设备进行模拟仿真、各种数值分析。同时存储整过CAD系统的各种数据，管理CAD系统与其他系统的数据交流和其他用户网络的数据交流。此外，也可以通过局域网络，与中间层工作站协同工作，实时处理大流量数据流。3.2.2 软件系统选择方案设计在现代CAD系统中，软件地位越来越重要。前面已述CAD软件系统的组成部分，在针对于图3.4所示的硬件系统，其各种软件的选择如下。（1）系统软件的选择底层的微型计算机可采用微软正版的微型

29、计算机系统操作软件即可。因为该系统对其他软件的兼容性很好。中间层的工作站可采用专门的工作站系统软件，该系统软件应该具有实时通信的功能或者能够支撑实时通信系统软件，例如UNIX操作系统加上X-Windows窗口系统，是工作站上最流行的软件运行平台和开发环境。顶层的工作站则要采用专门的服务器系统软件，它除了要具有管理整过CAD系统的功能，还要拥有实时通信的功能或能支撑实时通信软件。（2）支撑软件的选择支撑软件包括图形支撑软件、有限元分析软件和数据库管理系统等。对于底层微型计算机给以配置小型的图形支撑软件，如AutoCAD、pro/E等，以完成工程零件图、部件装配图、零部件的三维实体造型。在底层计算

30、机中不必配置有限元分析软件。中间层工作站要配置完整的图形支撑软件（构建图形工作站），完整的有限元分析软件和数据库管理系统。中间工作站上需要做整机的三维装配，以及整机或部件的仿真，整机或部件的有限元分析。同时，还需要对处理的结果文件进行管理。顶层工作站需要配置比中间工作站功能更为强大的支撑软件，它不仅要能完成中间工作站能完成的工作，还要做一些更为复杂机械设备的相关仿真、分析等工作。（3） 应用软件的选择应用软件则是在系统软件及支撑软件的支持下，为实现某个应用领域内的特定任务而编制的软件。对于底层微型机而言，不必装入应用软件。但是底层微机需要装入一些开发应用软件的编程工具，以完成特定功能程序的编写

31、。中间层工作站则需要装入应用软件，比如开发抽油机专用软件、牙轮钻头设计专用软件，涡轮钻具叶片造型专用软件。中间工作站要做全面的设计分析工作。在面对特定的设计任务是，则可以通过这些软件输入参数，就可以得到相关的设计计算参数。顶层工作站同样需要安装功能更为全面的应用软件。作为大中型石油装备制造企业，应该还有一批专门开发应用软件的团队。相关系列产品应用软件的开发，为设计相关系列产品可以节省许多时间和资金，它使得设计过程参数化，相关系列产品设计只需要输入相关参数即可，缩短设计周期，体高设计的效率。对于上述设计的CAD系统（以图3.4为硬件基础），它主要有几个特点：能够满足复杂石油装备的CAD过程（通用

32、机械业可以）；在同一可模拟的规模下，该系统合理的利用了微型机，建立成本低；采用了实时通信的办法，可以合理有效的利用计算机资源；采用了分级建立的硬件布置，可以方便的分配任务和管理数据；整过CAD系统由一台工作站控制着数据的流入与流出，系统安全性好。3.3中小企业的CAD系统设计中小型石油装备制造企业多是一些近10余年来才发展起来的，并且绝大多数是私有企业，相比较而言，它们的风险承担能力更差，资金方面较大型企业更薄弱，不过生产的灵活性较大，而且采用的多是新近发展的技术和设备，生产的目的只有一个最大限度的最求利益。所以，在为这些企业设计CAD系统时，着重考虑的是经济性问题，其次还要考虑为它们设计的C

33、AD系统与其他CAD系统的兼容性，因为这些企业在偶遇到复杂机械设备时，可能需要求助于比他们更高级更大型的CAD系统。特别是要能识别其他CAD系统的数据格式。3.3.1 硬件系统选择方案设计中小型企业能够加工制造的石油装备，在产品类型上更为单一，复杂程度要低于大中型企业。所以它们的CAD系统要求更为专一，更为简洁。在硬件系统上，可以采用两层结构。如图3.5所示。图3.5顶层计算机采用高性能工作站，这一层的计算机外围设备配备有键盘、鼠标、绘图仪、图文打印机、大容量存储设备、扫描仪、数字化仪等。该层计算机是整过CAD系统的核心，它要将下面一层计算机计算返回的数据加以综合和整理，最终才能投入到实际应用

34、。该层计算机可以完成较复杂机械的CAD过程。它除了可以完成底层计算机的工作外，还可以完成复杂机械三维装配，各种模拟仿真（动力学、运动学、虚拟样机等），各种数值分析（关键部件的有限元分析、流场分析、热分析、空气动力学分析等），生成相应的结果文件。也可以将工程图纸输出供实际生产使用。最底层为高端微型机，这一层计算机除了配备常规计算拥有输入输出设备外，额外还配有扫描仪、图文打印机、绘图仪。该层计算机主要做上一层计算机分下来的细化工作，包括需求分析程序的编制，分析计算程序的编制，工程零件图的绘制，实体的三维造型，简单零件的仿真模拟和分析（如涡轮钻具单级涡轮流场计算分析，井底减速器运动学和动力学仿真，油

35、嘴流场分析，抽油机部件有限元分析等），技术文件的编写，这些数据文件编写好以后要回传给上级工作站。同时，因为中小企业在生产一些简单产品时，要求这些产品的CAD全过程可以在底层计算机上完成。此外，这些计算机群需要建立起专用实时通信的网络，以便在需要时进行协同工作。3.3.2 软件系统选择方案设计中小石油装备制造企业的生产更具有专业化，更加灵活。这种专业化、灵活性体现在CAD系统中，主要是体现在软件系统的配置上，与大中型企业CAD系统一样，它们的软件系统也包括系统软件、支撑软件、应用软件。（1）系统软件的选择底层的微型计算机也采用微软正版的微型计算机系统操作软件MS-Windows窗口系统，该系统对

36、其他软件的兼容性很好。并且，目前许多CAD软件都开发出了在该系统下运行的版本。底层微机系统应该还要有实时通信系统软件，以保证他们能够协同工作。顶层的工作站则要采用专门为工作站开发的的系统软件，如X-Windows或者UNIX系统（UNIX操作系统加上X-Windows窗口系统，是工作站上最流行的软件运行平台和开发环境）。顶层计算机系统软件除了要具有完成机械CAD全过程的功能外，还需要有管理整过CAD系统的功能，与其他网络进行数据交换的功能，以便提高该CAD系统与其他CAD系统的兼容性。（2）支撑软件的选择同大型企业的CAD系统一样，中小企业的CAD系统支撑软件也必须包括图形支撑软件、有限元分析

37、软件和数据库管理系统等。因为底层计算机系统就是一个微型的CAD系统，所以底层微型计算机需要配置上简洁版的上述支撑软件，如AutoCAD、pro/E、ANSYS、Fluent、CFD等，这些软件并不是只装在一台微型机上，可以根据具体生产实践分别装在不同的计算机上，以提高系统运行速度。这样一来底层计算机系统就可以做简单机械的CAD系统，也可以在整个CAD系统中完成给定的分配的工作。顶层工作站要配置完整的图形支撑软件（构建图形工作站），完整的有限元分析软件和数据库管理系统。在该层计算机上需要做整机的三维装配，以及整机或部件的仿真，整机或部件的有限元分析。同时，还需要对下级传来的结果文件进行管理。（3

38、）应用软件的选择应用软件对中小型企业的CAD系统特别重要，是体现其专业化生产的重要标志。这些应用软件多是采用中高级编程语言在系统软件环境下对支撑软件的二次开发得到的，他们具有专有的功能。如专为设计螺杆钻具开发的软件，专为钻机配套设计开发的选型软件。对于该CAD系统而言，底层计算机上选择性安装这些软件，顶层计算机需要完整的安装这些软件。作为中小型企业灵活性的体现也在应用软件上，中小企业生产的产品多是根据市场需求而进行生产的，针对市场新型需求产品，他们可以快速的开发专门应用软件进行设计，所以对于中小企业他们也需要有一批专门的应用软件开发团队。同时，还要注意将同系列产品的设计参数化，以减少设计成本。

39、对于上述设计的中小企业CAD系统（以图3.5为硬件基础），它主要有几个特点：能够满足普通石油装备的CAD过程（特别是通用零部件）；适应了中小型企业生产的专业化和灵活性；采用了分级建立的硬件布置，可以方便的分配任务和管理数据；整过CAD系统由一台工作站控制着数据的流入与流出，系统保密性好。3.4企业实施CAD系统的其他注意事项上述提出了针对大型、中型、小型石油装备制造企业实施CAD系统的方案设计。但作为石油装备制造企业在实施CAD系统时，还要注意以下事项：（1）加强领导, 统筹安排, 树立样板。要使石油机械行业尽快走出经济危机影响的低谷, 取得更好的发展, 从CAD技术上讲, 推广应用技术是重要

40、的途径之一。中国石油天然气总公司物资装备公司可利用石油装备学术团体发布信息, 加强宣传, 使企业领导充分认识到推广应用CAD技术的重要性, 并认识到它可为企业产生可观的经济效益。(2)逐步形成在石油行业网支持下的包括中、小型机、微机和专门工作站在内的网络环境。石油机械行业（包括研究、设计、制造、修理、使用和管理部门）各单位规模不一, 但在技术上相互联系, 在行业范围内发展不同需要的、多层次的网络CAD系统, 这将使各单位的CAD系统之间既独立又能以一定的方式通信与交换信息, 并在一定的条件下实现资源共享。（3）加强石油机械重点装备高档次的CAD应用软件的研制, 并即时用于产品的现代设计。这是深

41、人推广应用CAD技术, 提高产品设计质量的必由之路。（4）继续完善基础数据库的开发工作。CAD技术中的基础数据库（如石油机械设计常用图形库、各种石油机械重点装备的专用图形库、专用工程数据库等）的建设已做了一些工作, 应进一步加以完善并使其标准化和通用化。这类工作有助于推广应用CAD技术, 并应当把它作为石油机械的一项基本建设来抓。（5）提高CAD专业技术人员的素质是推广应用CAD技术的有力保障。经过近十余年以来的发展, 已培养出一批具有一定技能的CAD技术人才, 但这仍满足不了CAD技术飞速发展的需要, 必然要求CAD专业技术人员不断更新有关知识, 提高专业素质。具有较高水平的CAD专业技术人员队伍是搞好CAD技术的开发应用的保障。这也是长期推广应用CAD技术的基本经验。（6）加强横向联合是深人推广应用CAD技术的重要途径。横向联合主要是指石油机械企业单位与院校、研究所和油田的联合, 这样可以互相取长补短, 充分发挥各自的特长和优势, 在互助的基础上共同攻克推广应