論航天器數(shù)字化設(shè)計管制模式

精品文檔-下載后可編輯論航天器數(shù)字化設(shè)計管制模式基于三維模型的設(shè)計管理模式

基于三維模型的設(shè)計管理模式以載人航天器三維模型為基礎(chǔ)，搭建一個基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計工作平臺，為三維模型提供一個傳遞環(huán)境。以三維模型為中心，將設(shè)計思想、設(shè)計參數(shù)均反映在三維模型中，直接使用三維模型指導(dǎo)生產(chǎn)，進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)管理。并行協(xié)同設(shè)計平臺搭建如圖1所示的并行協(xié)同設(shè)計平臺，航天器的三維模型分層次分模塊存儲在Intralink協(xié)同設(shè)計平臺下。多個設(shè)計師可以在同一時間、同一設(shè)計空間中，針對航天器三維模型在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同界面上進(jìn)行工作，及時地進(jìn)行設(shè)計協(xié)調(diào)[1]。這使得各分系統(tǒng)人員可以介入總體設(shè)計并確保分系統(tǒng)的技術(shù)要求得到滿足，工藝設(shè)計也可以提前介入，在設(shè)計階段開展可制造分析，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、制造、維護(hù)過程中可能出現(xiàn)的沖突，并將意見反饋給設(shè)計人員。同時，在完成載人航天器某一艙段設(shè)計后即可開展工藝、工裝設(shè)計，無需等待所有艙段的設(shè)計工作完成，使設(shè)計與工藝并行地進(jìn)行工作，縮短了工藝等待時間，從而有效地保證研制質(zhì)量，提高研制效率，降低研制成本?；谌S模型的技術(shù)狀態(tài)管理基于三維模型的技術(shù)狀態(tài)管理以載人航天器三維模型和數(shù)據(jù)庫為中心，覆蓋載人航天器的全部研制階段，如圖2所示。在方案設(shè)計階段，設(shè)計信息一方面以文件的形式存儲在設(shè)計庫中，另一方面反映在載人航天器三維模型中，在三維模型中即可查看航天器當(dāng)前的設(shè)計狀態(tài)。當(dāng)完成航天器的平臺研制后，平臺三維模型隨之建立并受控，在此基礎(chǔ)上，通過適應(yīng)性修改，完成型號三維模型的建立，實現(xiàn)平臺與具體型號的并行管理。在進(jìn)入航天器裝配階段后，設(shè)備、電纜和管路的安裝狀態(tài)信息通過車間看板系統(tǒng)進(jìn)入到AIT實施數(shù)據(jù)庫中，驅(qū)動實物三維模型，使得AIT實施狀態(tài)實時反映在三維模型中，通過查看三維模型即可隨時了解到設(shè)備、電纜以及管路的安裝信息，從而實現(xiàn)基于三維模型的技術(shù)狀態(tài)管理。三維模型受控管理模式為保證三維模型版本的正確性、唯一性，需要對三維模型進(jìn)行嚴(yán)格控制。模型受控通過AVIDM文檔管理系統(tǒng)中的模型說明文件送審流程和Intralink協(xié)同設(shè)計平臺中的模型基線鎖定共同作用實現(xiàn)，如圖3所示。設(shè)計人員完成三維模型設(shè)計后，針對需要受控的模型進(jìn)行基線鎖定，并在Intralink協(xié)同設(shè)計平臺選擇相應(yīng)審批人進(jìn)行審簽，同時在AVIDM文檔管理系統(tǒng)對模型說明文件進(jìn)行審簽流程。設(shè)計人員在兩個流程都審批通過后，為三維模型創(chuàng)建基線，將三維模型進(jìn)行凍結(jié)，從而實現(xiàn)三維模型的受控。

三維下廠管理模式

基于三維模型的設(shè)計管理模式以三維設(shè)計模型為核心，改變了傳統(tǒng)的制造、裝配模式。通過對三維設(shè)計模型的受控管理，將其直接下發(fā)到制造部門，制造部門將受控的三維模型導(dǎo)入到三維工藝編制系統(tǒng)，編制相應(yīng)的三維工藝，指導(dǎo)產(chǎn)品的加工制造。避免了產(chǎn)品三維模型的再建立，保證了設(shè)計部門與制造部門數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，提高了產(chǎn)品的研制質(zhì)量，大大縮減了產(chǎn)品研制周期[2]。基于三維模型的制造模式基于三維模型的制造模式，設(shè)計部門對三維模型進(jìn)行必要的標(biāo)注，將設(shè)計要求、工藝技術(shù)要求、尺寸與公差、材料特性、檢驗要求等統(tǒng)一表達(dá)在三維模型中。通過模型受控的方式將版本唯一的三維模型發(fā)到制造廠，工藝部門接收后直接將設(shè)計模型應(yīng)用到工藝設(shè)計、工裝設(shè)計、數(shù)控編程、車間操作看板、車間檢驗看板等制造環(huán)節(jié)。工藝部門通過與三維模型特征相關(guān)聯(lián)的工藝編輯方式，實現(xiàn)工藝說明與模型展示的有效關(guān)聯(lián)。工藝編制完成后，允許工藝以結(jié)構(gòu)化方式、表格方式等形式輸出，包括工藝卡片、作業(yè)指導(dǎo)卡。由于利用了三維模型，可更直觀來表示工藝過程，使得工人很容易地理解工藝規(guī)程。編制完成的三維工藝信息直接發(fā)放到車間現(xiàn)場，在車間設(shè)置數(shù)字化設(shè)備，指導(dǎo)加工和檢驗。基于三維模型的裝配模式基于三維模型的裝配模式是在航天器三維模型的基礎(chǔ)上，利用Intralink協(xié)同設(shè)計平臺的定制生成標(biāo)準(zhǔn)BOM（BillOfMaterial，物料清單）[3]功能導(dǎo)出裝配設(shè)計信息，以標(biāo)準(zhǔn)excel表格在AVDIM文檔管理系統(tǒng)中存儲并受控，至工藝部門。裝配工藝部門依據(jù)三維模型和BOM信息開展結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計，在BOM信息中提取工藝參數(shù)，結(jié)合預(yù)先定制的結(jié)構(gòu)化與參數(shù)化工藝模板，自動生成參數(shù)化裝配工藝規(guī)程文件。與此同時，工藝部門利用三維模型制作關(guān)鍵工序的三維裝配指導(dǎo)視頻，并在此基礎(chǔ)上加注適當(dāng)?shù)墓に囍笇?dǎo)信息，使其能夠作為裝配操作的輔助指導(dǎo)文件。三維模型、三維裝配指導(dǎo)視頻，與相應(yīng)的裝配工藝工序文本內(nèi)容相掛接和關(guān)聯(lián)，從而使得裝配工序文本內(nèi)容和操作視頻內(nèi)容相互對照，形象、生動地幫助操作人員理解操作的要求和要點，避免產(chǎn)生理解偏差?；谌S模型的裝配模式如圖5所示。管路三維下廠模式載人航天器管路系統(tǒng)形狀復(fù)雜、接口關(guān)系多，而且管路制造精度要求高。采取參數(shù)化、自動化三維快速設(shè)計，不僅可以避免人為低級錯誤，還可大大提高設(shè)計效率。設(shè)計師依據(jù)管路原理參數(shù)關(guān)系表詳細(xì)設(shè)計管路，得到管路三維模型，模型唯一確定了管路的所有形狀信息，達(dá)到精細(xì)化設(shè)計。依靠三維模型，在設(shè)計過程中即可充分考慮制造工藝性、裝配工藝性以及管路系統(tǒng)閥體操作工效性，得到最優(yōu)的設(shè)計結(jié)果。將設(shè)計完成的管路三維模型給制造部門和裝配部門，制造部門使用管路三維模型作為輸入，應(yīng)用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行管路的數(shù)字化制造，而無需在實際艙體上進(jìn)行取樣，提高了生產(chǎn)效率。裝配部門參考管路三維模型與航天器數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行裝配工藝的編制，指導(dǎo)操作人員進(jìn)行安裝，保證設(shè)計意圖的實現(xiàn)。電纜三維下廠模式采用三維數(shù)字化方式進(jìn)行電纜設(shè)計及下廠，能夠大大提高設(shè)計效率、降低人為失誤率，優(yōu)化電纜鋪設(shè)路徑，提高設(shè)計質(zhì)量，得到更加精確的電纜長度值，減少電纜重量[4]。電纜的三維下廠模式如圖7所示，電纜三維設(shè)計分為電氣原理設(shè)計和電纜三維模型設(shè)計兩部分。完成電氣原理設(shè)計后，通過軟件自動生成艙段接點表、電纜連接關(guān)系表以及下廠節(jié)點表。電纜三維模型設(shè)計采用自頂向下的設(shè)計方法，以電纜連接關(guān)系表作為輸入條件，通過建立電纜骨架模型的方法實現(xiàn)電纜設(shè)計過程中的參數(shù)傳遞及數(shù)據(jù)管理，并進(jìn)行電纜路徑的規(guī)劃，在此基礎(chǔ)上結(jié)合電纜連接關(guān)系，建立詳細(xì)的電纜三維模型。建立電纜三維模型后，進(jìn)行干涉檢查及走向優(yōu)化，并自動生成電纜分支長度圖。設(shè)計完成電纜三維模型后，在Intralink協(xié)同設(shè)計平臺中完成模型的受控，使用模型說明文件對需要成形制造的電纜進(jìn)行專門說明。將電纜三維模型、分支長度圖及模型說明文件給電纜制造部門，指導(dǎo)制造部門進(jìn)行電纜工藝設(shè)計及加工；同時電纜的三維裝配模型給裝配部門，指導(dǎo)裝配部門進(jìn)行電纜裝配工藝設(shè)計及實施，最終實現(xiàn)電纜三維數(shù)字化的快速設(shè)計、精細(xì)化制造及可視化裝配。直屬件三維下廠模式直屬件是載人航天器上不可或缺的一部分，它的設(shè)計加工制造具有典型性和通用性，研究直屬件三維下廠模式對其他產(chǎn)品的三維下廠具有重要的參考意義。直屬件三維下廠模式如圖8所示，設(shè)計部門對直屬件進(jìn)行三維設(shè)計，按照三維標(biāo)注相關(guān)規(guī)范進(jìn)行三維標(biāo)注，并在三維模型中添加相應(yīng)的設(shè)計信息，如名稱、、產(chǎn)品、材料、階段標(biāo)記等。三維模型設(shè)計完成后，為保證制造部門的生產(chǎn)需求，生成相應(yīng)的輕量化模型（*.pvz），并在Intralink協(xié)同設(shè)計平臺中實現(xiàn)三維模型和輕量化模型的受控。在設(shè)計過程中，工藝人員對三維模型進(jìn)行工藝審查，設(shè)計師可根據(jù)工藝審查意見及時修改三維模型。三維模型修改完成后，設(shè)計人員將受控三維模型的版本號填入裝配直屬件配套表，形成模型說明文件，并在AVIDM文檔管理系統(tǒng)中實現(xiàn)受控。制造部門接收到受控的三維模型和模型說明文件后將其導(dǎo)入工藝系統(tǒng)中，工藝人員在此基礎(chǔ)上編寫工藝文件，工藝文件及簡化三維模型傳遞到車間加工看板，工人依此進(jìn)行加工、檢驗。

應(yīng)用效果

基于三維設(shè)計模型的數(shù)字化設(shè)計管理模式在某型號的載人航天器研制過程中進(jìn)行了實際應(yīng)用，采用數(shù)字化設(shè)計管理模式能夠有效地提高研制效率，減少產(chǎn)品研制過程中因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而形成的中間環(huán)節(jié)，系統(tǒng)地提高了產(chǎn)品研制過程中的質(zhì)量保證能力，縮短了研制周期。數(shù)字化設(shè)計管理模式相比傳統(tǒng)二維模式，差錯率大大降低。在傳統(tǒng)二維設(shè)計模式下，設(shè)計過程中經(jīng)常出現(xiàn)緊固件設(shè)計不合理，設(shè)備和結(jié)構(gòu)之間干涉、管路固定點不足，電纜分支長度余量偏長等問題。在數(shù)字化設(shè)計管理模式下，通過三維模型進(jìn)行直觀的設(shè)計和干涉檢查，能夠有效地避免以上問題，降低設(shè)計差錯率。同時，對比傳統(tǒng)二維模式與數(shù)字化設(shè)計管理模式，研制周期大大縮短。以直屬件、管路、電纜為例，直屬件從設(shè)計到下廠由原來的540人天縮短為240人天，管路從設(shè)計到下廠由原來的450人天縮短為150人天，電纜從設(shè)計到下廠由原來的1080人天縮短為450人天，研制周期僅為原來的40%左右。

結(jié)束語

載人航天