摘要：随着地球上地下资源不断开采和利用，开采深度和难度不断增加，加上各国关注的深海资源开采研究的广泛开展，VPD技术作为一种全新的开发模式，势必会成为将来产品开发研究的主流。  
关键词：虚拟产品、石油机械、国际化、远程控制、VPD技术

Key words：Hypothesized product、Petroleum machinery、Internationalization、Remote control、VPD technology

1.1石油机械产品的特点

随着中国加入WTO，机械行业的竞争愈发激烈和日趋白热化。机械行业面临着缩短开发周期，减少开发费用的迫切要求；用户对质量，服务也提出了更高的期望，国家法规与世界的同步和接轨等等，所有这些对企业的开发设计手段和方法提出和构成了迫在眉睫、时不待我的变革要求和压力。石油机械产品具有多品种、小批量、资金密集、技术含量高等特点, 设计在产品开发中的地位更加重要。
传统市场格局的变化和来自国外竞争对手的压力,给石油机械开发与设计创新工作提出了新的更高的要求。因此,石油机械产品必须具备以下特点。
1）国际化
全球经济一体化已是大势所趋,人心所向。随着国内越来越多的油田进入国际市场,就要求石油机械产品必须符合国际惯例,与国际先进标准接轨。
2）个性化
由于各油田地质结构不同及用户使用习惯、文化水平的差异, 要求石油机械产品必须具有鲜明的个性及特性, 以适应不同地域、不同客户的需求。
3）功能化
功能单一的产品配套购买累计成本高, 利用率低, 协调工作复杂, 这就要求石油机械产品要具备2种以上的功能。
4）模块化
由于油气田大多处于交通不便利的地区, 钻机等大型设备搬迁运输极不方便, 这就要求石油机械产品向装卸快捷的模块组合型发展。
5）环保化
钻井、固井、压裂施工等钻采作业现场环境差、噪声高, 对人体健康极为不利, 因此, 环保型石油机械产品是社会发展的必然要求。
6）远程控制化
采油、物探等石油部门管理区域大,点多面广,管理成本高,劳动强度大, 而具备远程控制功能的产品能较好地解决上述矛盾, 满足用户需求。
7）机电液一体化
国际先进的石油机械产品大量运用传感技术、自动控制技术、液压技术, 提升了传统产品的科技含量,成为石油机械产品发展的潮流。
因此,积极利用国际上先进的技术平台,提升设计水平,对降低我国石油机械产品成本,提高竞争力是至关重要的。MSC.Software公司提出的VPD（虚拟产品开发）概念，就是对此提出的一揽子解决方案，其涵盖了从PDM到CAD/CAE/CAM/CAT的PLM（产品生命周期管理）的全过程，是达到时间、质量和成本这一既相互依存又相互制约，使金三角得以保持完美平衡的行之有效的解决方案，如图1所示。

图1‘金三角’平衡图
Fig.1 Golden triangle balances
1.2 虚拟产品开发概念
虚拟产品开发（VDP）是实际产品开发过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、装配、性能分析和质量检验等。一个完整的虚拟产品开发系统比较复杂，从体系结构上来说，一般包括人机接口、框架、应用、数据、协议、硬件等多层结构。图1所示是一个虚拟产品开发系统的总体框架。

图2  虚拟产品开发系统总体框架

1.3虚拟产品开发环境

虚拟产品开发的关键是虚拟产品开发环境。虚拟产品开发环境是虚拟模型的运行空间，也是进行产品设计制造，并进行方案分析、模拟、评价的平台。虚拟产品开发环境一般应由以下三部分组成：产品的虚拟设计环境、产品的虚拟工艺设计环境和产品的虚拟制造环境。
在虚拟产品开发中利用WEB的系统技术构建虚拟产品开发体系。其核心内容包括数字化产品建模、产品开发过程数字化建模和产品开发数字化仿真三个方面。
当今机械行业的关键是创新。通过创新建立品牌的差异化和竞争优势。VPD通过支持产品开发全过程，且考虑费用、时间和风险等方面来驱动产品创新。

1.4虚拟产品开发(VPD)技术在石油机械中的应用

我国石油机械制造业是从20世纪50年代初期随着石油工业的发展逐步发展壮大起来的, 经过半个世纪的发展,现已基本建成了一个集科学研究、产品开发、加工制造、质量监测等较完善的产业化体系,产品种类和数量不仅满足了国内石油勘探开发的需要, 并有部分产品打入国际市场, 为我国国民经济的发展做出了重要贡献。
但是,我国石油机械制造业与国外先进水平相比,还有很大差距,其中产品开发水平的差距是重要因素。我国石油机械产品的开发与研制一直处于传统的设计模式下进行，一种新产品通常要经过概念设计、产品设计、样机试制、工业性试验、改进定型和批量生产几个步骤。由于这种基于样机的设计开发模式的致命缺陷，往往使物理样机的反复性试验不够充分，加上设计人员通常不愿修改局部而为整机带来不可欲知的结果，而使投放市场的产品具有先天不足的毛病，严重制约了产品质量的提高，在竞争的市场背景下, 基于物理样机的设计—验证过程严重制约了产品质量的提高、成本的降低和对市场的占有。
20世纪80年代初期,我国石油机械行业开始应用CAD技术,计算机绘图技术在石油机械设计中得到较广泛的应用。但是, 传统的CAD技术和动态仿真技术强调的是部件级的优化,它不能保证系统性能的良好,因为系统级的优化不是部件级优化的简单叠加。
而应用VPD技术，设计人员不必在遵循样机制造、样机试验这个过程，因为他们是思想完全可以通过计算机动态显示出来，借助友好的交互式界面观察设备的外型和结构，还可以虚拟实际工况进行方真测试，对整机进行多学科的虚拟试验研究，实现产品系统的优化设计。
制造业全球一体化在当今已经成为现实。虚拟产品开发（VPD）这一具有时代特征的先进设计理念越来越多地融入到诸多行业的产品开发过程之中。这些行业包括航空、航天、汽车、船舶、电子、石化、土木、能源、交通、医疗、教育以及国防等。
VPD技术始终贯穿“神州”飞船研制过程，帮助飞船轨道舱减重70千克。其它成功的例子还很多，这无疑将对我国石油机械行业具有很重要的借鉴意义。
1.5结束语
随着地球上地下资源不断开采和利用，开采深度和难度不断增加，加上各国关注的深海资源开采研究的广泛开展，一些新型高效的钻采设备的开发迫在眉睫，VPD技术作为一种全新的开发模式，势必会成为将来产品开发研究的主流。目前VPD技术的构成已经成熟，它的应用研究应该加大力度，尤其是石油机械行业更应该优先采用VPD技术。相信，只要经过努力，VPD技术一定会在中国的石油领域开花结果。

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