型号数字化研发平台技术现状研究

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1、第二届上海航天科技论坛暨上海市宇航学会2007学术年会型号数字化研发平台技术现状研究李少阳(上海航天系统工程研究所)摘要：本文介绍了欧美航空航天企业在型号产品研究设计阶段对并行工程、协同与集成，多学科优化等技术的应用，以及在此基础上构建的数字化协同研发平台．本文从支撑预研阶段的数字化平台和支撑设计阶段的数字化平台进行论述，讨论了这两种平台技术的构成特点和相互关联．根据上述的研究讨论，给出了面向航天型号研究设计阶段的数字化协同平台构想，对型号协同研发的数字化平台建设从系统上和理论上进行了探索和论述．关键词：数字

2、化平台并行工程协同集成多学科优化一．型号的研制过程图一是航天型号研制的儿个阶段。无论是过去用绘图板绘制工程图，还是今天采用高性能的计算机和功能强人的软件进行工程设计，几十年来型号研制的这种阶段划分模式过。区丑压叵卜臣三H母飞行试验就没有改变过。同样，在型号研制过程中追求更快、更好、更节省的目标也始终没有改变图l工程设计的几个阶段计算机技术的不断发展，并广泛地应用在型号研制的各个阶段，在不同的程度上提高了型号的研制效率。对应着型号研制的各个阶段，日前型号论证和设计的主要工作模式如图二所示。航天型号的研制过程经历

3、了几十年的考验，被证明是有效的。而且这种研制阶段划分模式在一个比较长的时期内很难有新的突破。因此我们把关注点仍然放在型号研制传统的划分模式上，将数字化技术应用在型号研制的各个阶段，以期不断提升型号研制的效率。．用CAD完成几何样机设计．用FEA评价设计质量．CAD工具‘器

4、曙．用样机验证．数学工具行各类试lI．改进性装配关系、．文档1：具查点鲞i荨西功能、件能等验严证ll验证lPDM!●l图2型号研发和设计的主要工作模式为了便于论述我们的观点，我们按照FI己的理解以及对数字化技术应用发展过程的学习研究，对数字

5、化技术应用于型号研制的历程做一大致的划分：第一阶段是甩掉了绘图293第二届上海航天科技论坛暨上海市宇航学会2007学术年会板，应用二维CAD软件绘图和有限元软件进行分析；第二阶段是应用三维CAD软件进行设计和数字化装配，应用大型分析软件如Nastran、ADAMs等进行分析计算：第三阶段是应用PDM对CAD设计的图档和数据进行系统管理，应用数字样机进行产品有关功能、性能的仿真验证。目前我们对数字化技术的应用正处在第三阶段的前期。一个明显的结论是，数字化技术的应用每前进一个阶段，都将使研制工作在效率和质量上提升

6、一个台阶。现在我们关心的是数字化研制的第四阶段是什么?通过对国外航空航天企业应用数字化技术现状的分析，我们认为，并行、协同、多学科优化技术的综合应用将是数字化研制第四阶段的重要组成部分，而且第四阶段是以并行技术和协同技术形成的研制平台技术为特征的。二．方案论证阶段数字化平台技术特点2004年10月的第一届和2006年10月的第二届世界航天领域并行工程与协同设计研讨会先后两次在荷兰Noordwijk的欧空局技术中心召开。通过这两次会议提交的论文资料和研讨内容，使我们对欧美航天界应用并行工程与协同技术的工作模式、

7、取得的成果和技术发展趋势都有了进一步的了解。并行与协同技术首先是在项目的预研和方案论证阶段得到应用并取得成果的。1994年NASA的JPL建设了一个并行与协同设计中心PDC(ProjectDesignCenter)，1998年欧空局技术中心(ESA／ESTEC)建设了类似的并行设计实验室CDF(ConcurrentDesignFacility)。这两个并行协同设计环境先后都获得了成功，像火星探测器、伽利略号导航卫星等一大批航天器都是经由这两个研发环境进行方案论证、经过可行性评估而转入工程研制的。南于这两个并行

8、协同环境取得的一系列成功，使得NASA的其它中心、波音、洛一马等公司，以及日本、法国、意大利、德国等国家宇航局或研究机构仿照或部分拷贝而建立了自己的并行与协

9、一研发环境。ESA构建cDF的初衷，就是为了搭建一个能够对未来航天项目实施快速概念设计、进行可行性研究和评估的环境。CDF就是一个基于并行工程方法的集成设计环境，实现了资源共享、协同设计的目的。下面我们对CDF的组成和工作模式做一概要分析介绍。CDF是一个面向航天型号研制的并行设计实验室，其环境组成如图3所示。图3CDF并行实验室布局图CDF具有的主要特

10、征包括：(a)面向项目团队的并行协同工程；(b)相关工具、工程数据、任务和系统模犁的集成；294第二届上海航天科技论坛暨上海市宇航学会2007学术年会(c)c^D设计、分析仿真、成奉分析，风险评估、计划执行、运行维护等各专业顿域可l司时参与到任务的论证中，如图3所示，cDF设置了20余个专业岗位，包括任务分析、姿轨控、结构、热控、成本分析等。其中许多专业岗位并不是随便地由该领域的某一个自编程序或商业