鉆機(jī)電控系統(tǒng)再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研制與應(yīng)用

董興華 孫娟 孟慶濱 羅震 李洪波 尋明 劉晶晶

摘 要：為了規(guī)范再制造市場(chǎng)，提高再制造產(chǎn)品質(zhì)量，引領(lǐng)新技術(shù)在再制造領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。因此有必要針對(duì)電控系統(tǒng)再制造的特殊性，對(duì)其再制造升級(jí)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)化，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的基準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)框架、再制造升級(jí)與傳統(tǒng)維修的區(qū)別等領(lǐng)域開展研究，并在國(guó)外某項(xiàng)目上實(shí)踐，應(yīng)用效果獲得用戶認(rèn)可和國(guó)際報(bào)刊報(bào)道。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為助推制造業(yè)綠色發(fā)展給出新的思路。

關(guān)鍵詞：電控系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)，再制造升級(jí)，油氣勘探

1 電控系統(tǒng)相關(guān)再制造標(biāo)準(zhǔn)制定的背景

標(biāo)準(zhǔn)是推動(dòng)創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化、加速成果市場(chǎng)化應(yīng)用的橋梁[1]；同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的推行有利于產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。許多調(diào)查研究表明細(xì)化專業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)可以有效避免技術(shù)層面的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高技術(shù)應(yīng)用過程的操作效率，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，進(jìn)而獲得產(chǎn)品相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的最佳秩序，保障相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》，中國(guó)提出“大力發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，實(shí)施高端再制造、在役再制造”[2]，標(biāo)志著中國(guó)對(duì)再制造產(chǎn)業(yè)的重視上升到戰(zhàn)略高度。石油鉆機(jī)是野外油氣勘探開發(fā)的必備裝備，電氣控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱電控系統(tǒng)）是鉆機(jī)的重要組成部分[3]。電控系統(tǒng)自從20世紀(jì)末逐步在中國(guó)推廣[4]，現(xiàn)在臨近產(chǎn)品退役周期[5，6]，鉆機(jī)配套的電控系統(tǒng)如果隨著鉆機(jī)一同退役，會(huì)因?yàn)檫@些系統(tǒng)中的資源沒有得到最大限度的開發(fā)和利用而造成浪費(fèi)，考慮到電控系統(tǒng)具有較大投資和較高技術(shù)含量，新電控系統(tǒng)的采購成本都是百萬元以上，如果對(duì)現(xiàn)有廢舊電控系統(tǒng)進(jìn)行有效的延壽改造（以下簡(jiǎn)稱再制造[7]）會(huì)造就一個(gè)幾十億元的市場(chǎng)，因此需要構(gòu)建相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為這個(gè)市場(chǎng)提供支撐，引導(dǎo)其良性發(fā)展。

2 電控系統(tǒng)再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制定的意義

2.1 再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性

鉆機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)行的再制造相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三大類（詳見表1），這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)電控系統(tǒng)新品設(shè)計(jì)、制造等相關(guān)工作的規(guī)范化起到了非常重要作用。但電控系統(tǒng)的再制造有其特殊性，隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展，電控系統(tǒng)升級(jí)換代的速度與資源浪費(fèi)之間的矛盾正在日益凸顯，值得關(guān)注的是，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越快，再制造恢復(fù)原型新品的效果就越差，再制造升級(jí)[8]新性能產(chǎn)品的呼聲就越高，若一味推行恢復(fù)原有性能為目的再制造行為，將造成再制造產(chǎn)品滿足不了當(dāng)前市場(chǎng)的需求，甚至造成產(chǎn)品堆積，無法銷售，給企業(yè)造成損失（十幾年前的電控系統(tǒng)無論是自動(dòng)化水平還是安全性，在當(dāng)今市場(chǎng)上與新品都沒有可比性）。同時(shí)由于現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)難以滿足實(shí)際電控系統(tǒng)再制造工作需要，開展相關(guān)新技術(shù)（如：信息化、智能化[9]）及現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性研究勢(shì)在必行。

2.2 現(xiàn)有再制造標(biāo)準(zhǔn)存在的問題

研究表明，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作主要存在以下問題：（1）目前再制造標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)件的“恢復(fù)性再制造”（也就是恢復(fù)設(shè)備原出廠性能為目的）。例如：GB/T 35980-2018《機(jī)械產(chǎn)品再制造工程設(shè)計(jì) 導(dǎo)則》和GB/T 32810-2016《再制造 機(jī)械產(chǎn)品拆解技術(shù)規(guī)范》等，對(duì)電控系統(tǒng)再制造升級(jí)（采用類似再制造的工藝步驟，同時(shí)通過增加新模塊和利用新技術(shù)來提升產(chǎn)品的性能和功能）的內(nèi)容欠缺。（2）再制造升級(jí)各個(gè)環(huán)節(jié)缺乏量化衡量標(biāo)準(zhǔn)（例如：JBT14263-2022《電子電氣產(chǎn)品可再制造性評(píng)價(jià)通則》和ISO 13534《石油和天然氣工業(yè)鉆井和生產(chǎn)設(shè)備提升設(shè)備的檢查，維護(hù)，修理和再制造》給出了宏觀的要求，在具體細(xì)節(jié)上對(duì)電氣設(shè)備再制造升級(jí)研究存在缺失，無法滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和相關(guān)法規(guī)要求），由此造成各方對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解存在差異，導(dǎo)致最終產(chǎn)品質(zhì)量無法得到有效控制。3）鉆機(jī)電控系統(tǒng)再制造升級(jí)方向缺乏引領(lǐng)，影響新技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此，編制再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行，須盡快建立一套科學(xué)完整、應(yīng)用合理的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范鉆機(jī)再制造市場(chǎng)，引領(lǐng)技術(shù)快速發(fā)展，滿足鉆探開發(fā)的綠色、安全、高質(zhì)量需求。

3 鉆機(jī)電控系統(tǒng)再制造升級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)研制

3.1 再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的定義

為了提升再制造產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)范再制造升級(jí)過程和引導(dǎo)再制造升級(jí)相關(guān)新技術(shù)的推廣應(yīng)用，而起草該標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注廢舊產(chǎn)品，并通過模塊化嵌入、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和各類新技術(shù)應(yīng)用，來確保再制造升級(jí)各個(gè)環(huán)節(jié)（如：狀態(tài)評(píng)估、拆解、清洗、制造、試驗(yàn)等）的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，使其最終性能超過原型新品的制造過程，并做到相關(guān)要求有據(jù)可查、資料準(zhǔn)備有章可循，從而規(guī)范再制造市場(chǎng)，滿足油田用戶對(duì)產(chǎn)品更高性能的需要。

3.2 再制造升級(jí)與傳統(tǒng)維修的區(qū)別

針對(duì)市場(chǎng)上“再制造升級(jí)”定義模糊，用戶無法辨別“再制造升級(jí)”和“維修”區(qū)別，從而無法保證再制造產(chǎn)品質(zhì)量，針對(duì)這種情況，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩者的區(qū)別進(jìn)行對(duì)比說明（詳見表2），從標(biāo)準(zhǔn)的高度規(guī)范電控系統(tǒng)再制造升級(jí)市場(chǎng)。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的基準(zhǔn)

需要明確鉆機(jī)電控系統(tǒng)是為油田現(xiàn)場(chǎng)用戶服務(wù)，所以要滿足用戶需求和相關(guān)的法律法規(guī)要求，為此應(yīng)遵循以下原則。

（1）質(zhì)量等同新型新品：標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，以鉆探行業(yè)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，嚴(yán)控準(zhǔn)入門檻，要求電控系統(tǒng)再制造升級(jí)的質(zhì)量特性和安全性能應(yīng)不低于現(xiàn)階段新型新品。

（2）內(nèi)容量化可實(shí)施。針對(duì)電控系統(tǒng)再制造升級(jí)的每個(gè)環(huán)節(jié)都提供量化且可操作的具體內(nèi)容，確保具備可實(shí)施性。

（3）貫穿再制造過程始終。該標(biāo)準(zhǔn)作為檢查、評(píng)審產(chǎn)品設(shè)計(jì)再制造性的依據(jù)，應(yīng)貫穿到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)和后期使用的相關(guān)環(huán)節(jié)，確保引導(dǎo)行業(yè)良性發(fā)展。

（4）可擴(kuò)展性。編制該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不僅要考慮到目前的技術(shù)需求和當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，也要對(duì)未來的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行科學(xué)預(yù)判，便于后期技術(shù)升級(jí)擴(kuò)展。

（5）持續(xù)改進(jìn)：加入再制造升級(jí)后的定期檢查環(huán)節(jié)，來確保使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題能及時(shí)反饋，幫助持續(xù)改進(jìn)再制造設(shè)計(jì)方案。

3.4 具體標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)框架

通過對(duì)用戶的需求分析，該標(biāo)準(zhǔn)（詳見圖1）將內(nèi)容分為三大塊：基本要求、工藝流程和其他。并對(duì)相關(guān)內(nèi)容都進(jìn)行了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)量化；對(duì)相關(guān)附屬要求進(jìn)行了細(xì)化。

3.4.2 基本要求

為了規(guī)范市場(chǎng)，本標(biāo)準(zhǔn)從“資格準(zhǔn)入”“需求清單”和“升級(jí)準(zhǔn)則”3個(gè)方面提出約束，設(shè)置準(zhǔn)入門檻。

3.4.3 工藝流程

（1）為了確保要求具備可實(shí)施性：本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)每個(gè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，逐級(jí)進(jìn)行約束。如：“零部件的拆解”環(huán)節(jié)就提出“總體原則”和“通用要求”，并針對(duì)電氣設(shè)備特點(diǎn)，提出“絕緣電阻專項(xiàng)要求”“工頻耐受電壓專項(xiàng)要求”和“電氣柜（箱）、操作臺(tái)殼體專項(xiàng)要求”等。

（2）有關(guān)再制造升級(jí)新技術(shù)引領(lǐng)：對(duì)目前成熟的技術(shù)（如：保護(hù)功能升級(jí)和控制系統(tǒng)升級(jí)等）和前沿技術(shù)（如：信息化和智能化、節(jié)能和環(huán)保要求等）都做了列示，確保相關(guān)技術(shù)的推廣和良性發(fā)展。

（3）試驗(yàn)驗(yàn)證：按照不同設(shè)備特點(diǎn)，嚴(yán)格按照新品要求提出試驗(yàn)內(nèi)容。并依據(jù)“先設(shè)備再系統(tǒng)”的原則，分別細(xì)化了試驗(yàn)要求。

3.4.4 其他要求

有關(guān)完工文件等內(nèi)容，也分為“標(biāo)識(shí)、包裝、隨機(jī)文件等”逐項(xiàng)提出了可操作的約束要求。

4 鉆機(jī)電控系統(tǒng)再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司自提出加快推進(jìn)服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型的理念后，經(jīng)過多年的積累和多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)用，幾經(jīng)修改完善，并匯總各方專家的意見，形成團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)再制造升級(jí)技術(shù)規(guī)范》，這也是石油鉆探行業(yè)內(nèi)第一部關(guān)于“電控系統(tǒng)再制造升級(jí)”的標(biāo)準(zhǔn)，并在實(shí)際項(xiàng)目中得到應(yīng)用。

截至2023年6月，該團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已在國(guó)外、國(guó)內(nèi)等多個(gè)改造項(xiàng)目上進(jìn)行實(shí)踐，相關(guān)系統(tǒng)目前均運(yùn)行良好，穩(wěn)定可靠。尤其是國(guó)外項(xiàng)目，寶石機(jī)械根據(jù)用戶需求，按照該標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)某舊電控系統(tǒng)（見圖2）進(jìn)行改造，該舊電控系統(tǒng)如果不進(jìn)行改造會(huì)因性能不滿足最新鉆井要求而功能性退役，相關(guān)電氣設(shè)備因沒有達(dá)到使用壽命而造成資源浪費(fèi)。為此寶石機(jī)械引入嵌入式模塊化、無損清洗、壽命評(píng)估和預(yù)測(cè)等技術(shù)，對(duì)該電控系統(tǒng)進(jìn)行再制造升級(jí)改造。再制造升級(jí)前后對(duì)比詳見表3。

此次改造特點(diǎn)如下。

（1）嚴(yán)控產(chǎn)品質(zhì)量，改造后質(zhì)量與第三代新品一致。

（2）本標(biāo)準(zhǔn)提出的新技術(shù)獲得國(guó)外用戶認(rèn)可，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際市場(chǎng)的推廣應(yīng)用。

（3）改造周期相對(duì)于新品制造縮短6 0%的時(shí)間。

（4）改造后設(shè)備在國(guó)外沙漠高溫惡劣環(huán)境下工作性能優(yōu)良，獲得用戶和第三方監(jiān)造的好評(píng)，被國(guó)外報(bào)刊報(bào)道（見圖3[10]）。

5 結(jié) 語

通過對(duì)電控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)和再制造技術(shù)應(yīng)用的介紹，探討“再制造升級(jí)”技術(shù)如何在電控系統(tǒng)中應(yīng)用，對(duì)電控系統(tǒng)最新技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容進(jìn)行調(diào)查分析研究，構(gòu)建了電控系統(tǒng)再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，通過區(qū)分“再制造升級(jí)”和“維修”有助于規(guī)范再制造市場(chǎng)，讓那些有實(shí)力的再制造企業(yè)做大做強(qiáng)。其次，電控系統(tǒng)再制造升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的建立，使今后電控系統(tǒng)再制造升級(jí)工作和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)“有章可循，有標(biāo)可依”，有效指導(dǎo)相關(guān)裝備制造企業(yè)，應(yīng)用再制造技術(shù)，確保再制造產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)為未來新技術(shù)的推廣和良性發(fā)展創(chuàng)造條件?？梢灶A(yù)見該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施必將對(duì)石油鉆機(jī)電控系統(tǒng)的再制造各環(huán)節(jié)規(guī)范化和再制造產(chǎn)品質(zhì)量提升起到重要的指導(dǎo)作用，為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)支持。

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