Челябинская область, г. Челябинск МАОУ «Лицей № 142 г. Челябинска», 4 класс
Научные руководители: Рулевская Лидия Павловна, Челябинская область, г. Челябинск, ГБПОУ «КМТ», научный руководитель региональной инновационной площадки, Шатохина Наталья Борисовна, Челябинская область, г. Челябинск, МАОУ «Лицей № 142 г. Челябинска», учитель начальных классов высшей категории
РОБОТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЗАМЕНЫ ТРУБ НА БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ
Изучить преимущества и возможности применения роботизированных систем для автоматизации процесса замены труб на буровых установках и разработать собственную модель роботизированной системы для замены труб на буровых установках.
Изучить историю применения роботизированных систем в нефтегазовой отрасли.
Проанализировать типы роботов, используемых на буровых установках, и их функциональные возможности.
Провести анализ текущих методов замены труб и их недостатков.
Рассмотреть преимущества использования роботизированных систем в процессе замены труб.
Изучить потенциальные области применения роботов в буровой деятельности.
Разработка концепции и конструкции прототипа роботизированной системы.
Безопасность: Замена труб –процесс повышенным риском; роботизация исключает человека из опасной зоны, снижая травматизм.
Эффективность: Автоматизация ускоряет процесс замены, минимизирует простои буровой установки, повышая общую производительность.
Технологический дефицит: Отсутствие в России доступных комплексных решений для полной автоматизации цикла замены труб (существующие аналоги, как ГКШ-8000 «Тимеркул», автоматизируют лишь часть операций).
Тренды отрасли: Глобальный рост инвестиций в роботизацию нефтегазовой отрасли для повышения конкурентоспособности.
В современном мире технологии развиваются стремительными темпами, и роботизация становится неотъемлемой частью многих сфер, включая нефтегазовую промышленность. Буровые установки требуют регулярной замены труб, что является трудоемким и времязатратным процессом. Традиционный подход к этому процессу зачастую приводит к рискам для безопасности рабочих, а также снижению общей производительности. Исходя из данной проблемы, возникла гипотеза о том, что внедрение роботизированной системы для замены труб на буровых установках может значительно повысить эффективность, безопасность и скорость выполнения этой задачи.
В рамках данного проекта были использованы современные методы инженерного проектирования и программирования. Конструкция робота была разработана с использованием модульных компонентов LEGO, что позволило быстро создать рабочий прототип и провести необходимые испытания. Для управления системой были применены микроконтроллеры и датчики, обеспечивающие высокую точность и надежность выполнения операций. Программное обеспечение было написано на языке EV3G и WiringC, что обеспечило гибкость и возможность дальнейшей доработки системы.
Таким образом, данный проект представляет собой комплексное исследование, направленное на создание эффективной роботизированной системы для замены труб на буровых установках, что может значительно повысить безопасность и производительность в нефтегазовой отрасли.
Проведен комплексный анализ применения роботов в нефтегазовой отрасли и на буровых установках.
Разработана концепция комплексной роботизированной системы, выполняющей полный цикл замены труб (включая зажим, вращение, подачу).
Создан функциональный модульный прототип из LEGO, включающий:
Пневматическую систему зажима.
Механизмы вращения (закручивания).
Конвейеры и кран для подачи труб.
Робот-манипулятор для перемещения.
Систему управления на 4х микроконтроллерах EV3.
Систему безопасности: Датчики (касания, цвета, расстояния), авторизация персонала по отпечатку пальца.
Разработано программное обеспечение (EV3G, WiringC) для управления системой по заданному алгоритму (калибровка, проверка готовности, последовательность операций).
Успешно проведены испытания прототипа в условиях, приближенных к реальным, подтвердившие его работоспособность, точность и надежность в выполнении целевых операций.
Масштабирование и промышленный дизайн: Переход от LEGO-прототипа к созданию промышленного образца из специализированных материалов и компонентов.
Повышение автономности: Интеграция более совершенных датчиков (компьютерное зрение, лидары) и алгоритмов ИИ для адаптации к изменяющимся условиям.
Оптимизация и миниатюризация: Улучшение конструкции механизмов, повышение их мощности и надежности при уменьшении габаритов.
Расширение функционала: Добавление возможностей диагностики состояния труб и соединений в процессе работы.
Пилотное внедрение: Тестирование и доработка системы на реальной буровой установке в партнерстве с нефтегазовой компанией.
Коммерциализация: Вывод разработанной роботизированной системы на рынок как инновационного решения для повышения безопасности и эффективности буровых работ.
Видео о проекте
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Учебно-лабораторный корпус, Рубцовская набережная, д. 2/18, холл 3 этажа