论航天器数字化设计管制模式

精品文档-下载后可编辑论航天器数字化设计管制模式基于三维模型的设计管理模式

基于三维模型的设计管理模式以载人航天器三维模型为基础，搭建一个基于网络的协同设计工作平台，为三维模型提供一个传递环境。以三维模型为中心，将设计思想、设计参数均反映在三维模型中，直接使用三维模型指导生产，进行技术状态管理。并行协同设计平台搭建如图1所示的并行协同设计平台，航天器的三维模型分层次分模块存储在Intralink协同设计平台下。多个设计师可以在同一时间、同一设计空间中，针对航天器三维模型在计算机网络的不同界面上进行工作，及时地进行设计协调[1]。这使得各分系统人员可以介入总体设计并确保分系统的技术要求得到满足，工艺设计也可以提前介入，在设计阶段开展可制造分析，及时发现产品的设计、制造、维护过程中可能出现的冲突，并将意见反馈给设计人员。同时，在完成载人航天器某一舱段设计后即可开展工艺、工装设计，无需等待所有舱段的设计工作完成，使设计与工艺并行地进行工作，缩短了工艺等待时间，从而有效地保证研制质量，提高研制效率，降低研制成本。基于三维模型的技术状态管理基于三维模型的技术状态管理以载人航天器三维模型和数据库为中心，覆盖载人航天器的全部研制阶段，如图2所示。在方案设计阶段，设计信息一方面以文件的形式存储在设计库中，另一方面反映在载人航天器三维模型中，在三维模型中即可查看航天器当前的设计状态。当完成航天器的平台研制后，平台三维模型随之建立并受控，在此基础上，通过适应性修改，完成型号三维模型的建立，实现平台与具体型号的并行管理。在进入航天器装配阶段后，设备、电缆和管路的安装状态信息通过车间看板系统进入到AIT实施数据库中，驱动实物三维模型，使得AIT实施状态实时反映在三维模型中，通过查看三维模型即可随时了解到设备、电缆以及管路的安装信息，从而实现基于三维模型的技术状态管理。三维模型受控管理模式为保证三维模型版本的正确性、唯一性，需要对三维模型进行严格控制。模型受控通过AVIDM文档管理系统中的模型说明文件送审流程和Intralink协同设计平台中的模型基线锁定共同作用实现，如图3所示。设计人员完成三维模型设计后，针对需要受控的模型进行基线锁定，并在Intralink协同设计平台选择相应审批人进行审签，同时在AVIDM文档管理系统对模型说明文件进行审签流程。设计人员在两个流程都审批通过后，为三维模型创建基线，将三维模型进行冻结，从而实现三维模型的受控。

三维下厂管理模式

基于三维模型的设计管理模式以三维设计模型为核心，改变了传统的制造、装配模式。通过对三维设计模型的受控管理，将其直接下发到制造部门，制造部门将受控的三维模型导入到三维工艺编制系统，编制相应的三维工艺，指导产品的加工制造。避免了产品三维模型的再建立，保证了设计部门与制造部门数据的关联性，提高了产品的研制质量，大大缩减了产品研制周期[2]。基于三维模型的制造模式基于三维模型的制造模式，设计部门对三维模型进行必要的标注，将设计要求、工艺技术要求、尺寸与公差、材料特性、检验要求等统一表达在三维模型中。通过模型受控的方式将版本唯一的三维模型发到制造厂，工艺部门接收后直接将设计模型应用到工艺设计、工装设计、数控编程、车间操作看板、车间检验看板等制造环节。工艺部门通过与三维模型特征相关联的工艺编辑方式，实现工艺说明与模型展示的有效关联。工艺编制完成后，允许工艺以结构化方式、表格方式等形式输出，包括工艺卡片、作业指导卡。由于利用了三维模型，可更直观来表示工艺过程，使得工人很容易地理解工艺规程。编制完成的三维工艺信息直接发放到车间现场，在车间设置数字化设备，指导加工和检验。基于三维模型的装配模式基于三维模型的装配模式是在航天器三维模型的基础上，利用Intralink协同设计平台的定制生成标准BOM（BillOfMaterial，物料清单）[3]功能导出装配设计信息，以标准excel表格在AVDIM文档管理系统中存储并受控，至工艺部门。装配工艺部门依据三维模型和BOM信息开展结构化工艺设计，在BOM信息中提取工艺参数，结合预先定制的结构化与参数化工艺模板，自动生成参数化装配工艺规程文件。与此同时，工艺部门利用三维模型制作关键工序的三维装配指导视频，并在此基础上加注适当的工艺指导信息，使其能够作为装配操作的辅助指导文件。三维模型、三维装配指导视频，与相应的装配工艺工序文本内容相挂接和关联，从而使得装配工序文本内容和操作视频内容相互对照，形象、生动地帮助操作人员理解操作的要求和要点，避免产生理解偏差。基于三维模型的装配模式如图5所示。管路三维下厂模式载人航天器管路系统形状复杂、接口关系多，而且管路制造精度要求高。采取参数化、自动化三维快速设计，不仅可以避免人为低级错误，还可大大提高设计效率。设计师依据管路原理参数关系表详细设计管路，得到管路三维模型，模型唯一确定了管路的所有形状信息，达到精细化设计。依靠三维模型，在设计过程中即可充分考虑制造工艺性、装配工艺性以及管路系统阀体操作工效性，得到最优的设计结果。将设计完成的管路三维模型给制造部门和装配部门，制造部门使用管路三维模型作为输入，应用数控技术进行管路的数字化制造，而无需在实际舱体上进行取样，提高了生产效率。装配部门参考管路三维模型与航天器数字化样机进行装配工艺的编制，指导操作人员进行安装，保证设计意图的实现。电缆三维下厂模式采用三维数字化方式进行电缆设计及下厂，能够大大提高设计效率、降低人为失误率，优化电缆铺设路径，提高设计质量，得到更加精确的电缆长度值，减少电缆重量[4]。电缆的三维下厂模式如图7所示，电缆三维设计分为电气原理设计和电缆三维模型设计两部分。完成电气原理设计后，通过软件自动生成舱段接点表、电缆连接关系表以及下厂节点表。电缆三维模型设计采用自顶向下的设计方法，以电缆连接关系表作为输入条件，通过建立电缆骨架模型的方法实现电缆设计过程中的参数传递及数据管理，并进行电缆路径的规划，在此基础上结合电缆连接关系，建立详细的电缆三维模型。建立电缆三维模型后，进行干涉检查及走向优化，并自动生成电缆分支长度图。设计完成电缆三维模型后，在Intralink协同设计平台中完成模型的受控，使用模型说明文件对需要成形制造的电缆进行专门说明。将电缆三维模型、分支长度图及模型说明文件给电缆制造部门，指导制造部门进行电缆工艺设计及加工；同时电缆的三维装配模型给装配部门，指导装配部门进行电缆装配工艺设计及实施，最终实现电缆三维数字化的快速设计、精细化制造及可视化装配。直属件三维下厂模式直属件是载人航天器上不可或缺的一部分，它的设计加工制造具有典型性和通用性，研究直属件三维下厂模式对其他产品的三维下厂具有重要的参考意义。直属件三维下厂模式如图8所示，设计部门对直属件进行三维设计，按照三维标注相关规范进行三维标注，并在三维模型中添加相应的设计信息，如名称、、产品、材料、阶段标记等。三维模型设计完成后，为保证制造部门的生产需求，生成相应的轻量化模型（*.pvz），并在Intralink协同设计平台中实现三维模型和轻量化模型的受控。在设计过程中，工艺人员对三维模型进行工艺审查，设计师可根据工艺审查意见及时修改三维模型。三维模型修改完成后，设计人员将受控三维模型的版本号填入装配直属件配套表，形成模型说明文件，并在AVIDM文档管理系统中实现受控。制造部门接收到受控的三维模型和模型说明文件后将其导入工艺系统中，工艺人员在此基础上编写工艺文件，工艺文件及简化三维模型传递到车间加工看板，工人依此进行加工、检验。

应用效果

基于三维设计模型的数字化设计管理模式在某型号的载人航天器研制过程中进行了实际应用，采用数字化设计管理模式能够有效地提高研制效率，减少产品研制过程中因数据转换而形成的中间环节，系统地提高了产品研制过程中的质量保证能力，缩短了研制周期。数字化设计管理模式相比传统二维模式，差错率大大降低。在传统二维设计模式下，设计过程中经常出现紧固件设计不合理，设备和结构之间干涉、管路固定点不足，电缆分支长度余量偏长等问题。在数字化设计管理模式下，通过三维模型进行直观的设计和干涉检查，能够有效地避免以上问题，降低设计差错率。同时，对比传统二维模式与数字化设计管理模式，研制周期大大缩短。以直属件、管路、电缆为例，直属件从设计到下厂由原来的540人天缩短为240人天，管路从设计到下厂由原来的450人天缩短为150人天，电缆从设计到下厂由原来的1080人天缩短为450人天，研制周期仅为原来的40%左右。

结束语

载人航天