航天产品数字样机概念分析.docx

PAGE 1 PAGE 1 航天产品数字样机概念分析  由于航天工业领域对数字样机的定义和熟悉不统一，造成的数字样机技术应用推广进展缓慢、不同单位对数字样机的管理方法和水平参差不齐、基于数字样机的跨单位协同研制工作开展困难等问题。以航天运载器产品为对象，结合产品研制现状及系统工程模式，从产品研制进程和数字样机应用目的两个维度，提出一种航天产品数字样机的定义和分类方案。以运载器产品研制进程为主线，将数字样机定义为一级、二级、三级和四级样机，根据应用目的的区分，将研制数字样机分为功能、性能和构造样机，一方面规范航天产品数字样机技术状态管理，另外可提高数字样机产品的研制水平。  1引言  进入二十一世纪以来，数字样机技术在航空航天及其它工程领域的应用迅猛发展，驱使传统复杂产品研发进入一个新的发展领域。国内尤其在航空工业领域，数字样机技术的发展和应用日趋成熟，在多个飞机型号的产品研制中，已成功应用数字样机取代传统实物样机，大大缩短了研制周期，削减了研制成本。近些年来，随着计算机建模技术、基于PDM的产品数据管理技术、多学科协同设计技术等数字化产品研制新技术在航天工业领域的广泛应用，航天产品数字样机的发展初见端倪，但对于其概念理解尚未统一；除此以外，航天产品数字样机的研究和应用也主要局限于结构产品，无法满意航天产品复杂大系统研制的需要。  随着计算机建模技术、计算机仿真分析技术、网络技术、并行协同技术等的不断发展，数字化技术在航天产品工程领域的应用间续绽开。近年来，各航天院所间续开展了基于三维模型的结构设计、仿真分析、虚拟装配验证等设计制造工作，数字化技术在航天型号产品研制中的应用成效显著，但仍存在以下几方面问题：  1)应用范围小  目前的数字化技术主要应用于航天产品结构专业设计和验证过程中。通过应用数字化建模及分析工具，在产品主要设计部门，渐渐实现了基于三维模型的结构设计，并且由基于二维图纸的工程发放向“三维模型下厂”的模式转变。电子电气系统设计初步采用数字化工具，尚未完全实现其与结构设计的协同开展；软件产品的设计验证尚未开展数字样机的应用，更多的依靠于基于实物样机的试验验证，开发周期长，质量难以保证。  2)协同性差  目前在产品研制各阶段、各专业已不同程度的实现了数字化技术的应用，并生成大量不同的产品数字化模型，然而，不同专业间的数字化模型难以实现信息共享，尚不能实现基于单一模型的多专业间协同设计。  3)缺乏管控措施  产品各研制单位基于PDM系统进行产品数据管理，主要侧重于产品技术状态管理，详细内容多为产品设计文件和研试文件，部分将三维模型作为附件依附于技术文件，作为产品技术状态描述载体，尚未将数字模型技术状态管理纳入产品数据管理的范畴，使得数字样机质量难以的保证。随着数字化产品设计、验证、制造技术的深入应用，数字化技术在产品设计、制造、售后保障等全寿命周期中的应用日趋增多，有必要将数字模型作为产品数据的一部分加以规范管理。  航天工业领域对数字样机的研究工作已开展多年，各单位对其概念的熟悉和理解受数字化技术应用水平、实际产品特点和企业管理模式影响，存在一定的差异，尚未形成统一标准，这也使得相较于领先的数字化技术应用水平，对于数字样机的技术状态管理模式相对落后，进而造成跨单位、跨专业的基于数字样机的产品研制工作难以开展。  本文以运载器产品研制为对象，以其可行性分析与方案设计、初样、试样和定型四个研制阶段为主线，结合系统工程研制方法，开展运载器数字样机定义和分类研究。本研究充分考虑航天产品的共性特点，具备航天工业领域内的可推广性。  2航天产品数字样机应用模式  应用数字样机的根本目的有两点：第一，通过先进的计算机建模技术，构建数字化条件下的产品模型，该模型反映与实际产品全都的构造、功能和性能信息，基于该数字化模型，在产品设计初期开展必要的设计验证，发觉设计缺陷，优化设计方案，从而保证设计质量，削减设计周期；第二，将传统设计模式下，必需基于物理样机开展的分析验证工作由基于数字样机的虚拟验证取代，削减甚至完全取消设计验证阶段物理样机的生产。  以系统工程为基础，中国航天领域经过不断创新、实践和完善，逐步形成了具有自身特色的传统航天型号产品开发模型，这一模型，以用户要求为起点，描述了系统从要求分析到系统验证的闭环过程，通常被称为航天产品开发“v”字模型，如图1所示。 图1航天产品开发“V”字模型 从该“V”字模型理解，航天产品研制过程可以理解为“自顶向下的设计”和“自底向上的集成”的过程，前者是指依据用户要求，进行产品方案设计，并根据“总体一系统一分系统一单机”的“自顶向下”的过程进行