基于设计结构矩阵的抽油机模块规划方法.pdf

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第6期●设计计算基于设计结构矩阵的抽油机模块规划方法张勇(1．东北石油大学机械科学与工程学院2．浙江大学机械工程学系)摘要为解决抽油机模块化设计中模块划分准则不一致、模块化程度不同等问题，将设计结构矩阵应用于抽油机模块规划当中。以游梁式抽油机为例，采用设计结构矩阵方法将其进行模块划分，其中动力系统、主机构系统、支撑系统和附件为4个虚拟节点，下分l5个模块。对基于设计结构矩阵方法的模块规划过程中设计结构矩阵的建立、撕裂、聚类等问题进行了讨论，且对聚类后的模块化效果进行了分析和探讨。该技术为抽油机模块的规划提供了理论支持与量化

2、方法，也可推广至其他油田装备的设计、制造过程中。关键词设计结构矩阵抽油机模块规划模块化设计0引言1设计结构矩阵(DSM)方法在抽油机模块划分上的应用抽油机是油田装备中比较典型的多部件复合产品，虽然原理相对简单，但其设计和制造涉及机、1．1DSM方法简介电、液等多个学科，包含了能量、信息与物流的转DSM方法最早只是对产品开发过程进行规划移。模块化技术的基本原理是将涉及多学科、较复和分析的一种矩阵工具，后来进一步发展成为一种杂的系统在一定范围内进行解构和重组，形成相对主流的系统表征和分析的建模工具⋯。这一方法独立的模块¨。模块的组合形成性能较优的产将互相作用的元素按一定的次序形成矩阵的行列，品，而

3、模块本身可以单独设计、制造或采购。模块将每一个矩阵节点表达为对应行列元素的关系度化技术在不同的学科领域内得到发展的同时，并未量，通过矩阵变换，分析行列元素的整体作用效形成统一的概念和方法体系。在国内，郭登明、果。将这一方法应用于基于产品零部件的模块规划姜士湖、刘明华、冯定、刘健。等对游梁当中，表达方式简单明了，既能够实现可视化，又式抽油机模块划分进行了探讨，商玉梅等采用可以实现零部件间关联关系的量化。聚类算法提高模块的选用效率。然而，目前的研究1．2研究对象还存在如下问题：笔者的研究以常规游梁式抽油机为对象，进行(1)模块的划分准则不一致。文献[4～7]基于DSM方法的抽油机模块规划研究。中有

4、的结合API标准进行模块划分，有的依据性能1．3DSM矩阵的建立要求划分，有的依据特征分类，有的则根据主参数为寻求零部件之间的关联关系，建立游梁式抽的综合方法，而文献[8]进行的聚类则是针对某油机的DSM矩阵，矩阵的建立满足以下条件：①一特定的零件，以提高其重用率。矩阵中的行列元素为研究对象的组成零部件；②矩(2)模块化程度不同。目前模块划分主要采阵的列为矩阵的行的转置，反之亦然；③采用双向用结合模块化原理的经验划分原则，一般只划分到关联表达，即矩阵对角线的上、下方分别表示双向部件级别，未形成具体的粒度准则，且不可量化。的(相互影响)关联关系；④对角线为零部件与$基金项目：国家“863”计划项

5、目“机电产品与系统模块化设计平台”(2009AA04Z146)。2011年第39卷第6期张勇：基于设计结构矩阵的抽油机模块规划方法执动龇电辑剥猎皮勰柄幽曲槛平杆连其本身的关系，没有实际意义，以填充颜色表示，这时得到的DSM矩阵虽然仍是无序状态，但厘成功轴襞承矩阵中的其他节点为不同零部件的关联关系，以表却是常规游梁式抽油机系统中最关键元素的集合。征关联度的具体数值表示。其中，零部件之间的关1．5DSM矩阵的聚类联度可以采用多种方式进行表征⋯，采用数值进DSM模型矩阵的聚类是DSM方法分析的关行表征的优点是可以通过权重配比体现零部件之间键。国内外学者在研究过程中也提出了诸如遗传算联系的多样性。。法

6、、模糊聚类方法等具体的操作手段。但无论采用建立的游梁式抽油机的DSM模型矩阵如图1何种算法，均需满足以下条件：①具有严格的行列所示。由于采用双向(相互影响)关联关系，矩变换关系；②保证主(分值较大的)联系，弱化阵并非严格的沿对角线对称。关系度量依据上述3次要(分值较小)的联系；③保证聚并单元内部方面以等权重配比，其中空间关系包括装配关系与的高耦合性，避免单元外部的耦合性。常规游梁式空问布置关系，能量关系包括各种能量状态的传递抽油机DSM模型矩阵聚并后的结果如图3所示。和转换，信息关系包括控制关系与原理关系。以分值的大小表示关联的强弱。连杆R碟0支架c尾轴承曲柄。支架轴曲柄销轴承P支尾轴承A游梁

7、支架轴承B驴头减速器N吊迥皮带侍动装置M悬嫱器底座电动机K护栏悬蝇器6吊绳F图3DSM矩阵聚并结果2DSM分析结果讨论图1游梁式抽油机DSM模型从基于DSM方法的常规式游梁抽油机的聚并1．4DSM矩阵的撕裂结果可知，主要关联零部件被聚并为3个紧密关联DSM矩阵的撕裂是指将耦合关联系统中相对独区块，即悬绳系统、主体杆机构以及动力与变速系立的行列元素剥离出来的过程。所谓相对独立元素统。然而这样因关联关