軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

胡海峰，李曉瑾，王宏讓，李 平

（西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100）

0 引言

軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能指標(biāo)要求高，主要體現(xiàn)在比沖高、響應(yīng)快、干濕比高；整個(gè)系統(tǒng)為適應(yīng)總體要求安裝布局空間小，加注貯存時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)要求能夠預(yù)包裝、免維護(hù)。因此，具體的系統(tǒng)及組件設(shè)計(jì)工作必須以滿足這些要求為目標(biāo)。系統(tǒng)及組件設(shè)計(jì)論證過(guò)程涉及到霧化、燃燒、傳熱、流體、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、磁場(chǎng)、控制與調(diào)節(jié)等多學(xué)科、多邊界、多領(lǐng)域，物理過(guò)程復(fù)雜，需要進(jìn)行流場(chǎng)模擬、工作過(guò)程仿真、系統(tǒng)回饋精度和響應(yīng)等多個(gè)方面的優(yōu)化，同時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)各種主要結(jié)構(gòu)的選擇方案更具多樣化和復(fù)雜化，諸多關(guān)鍵部件存在多場(chǎng)耦合問(wèn)題。為滿足上述設(shè)計(jì)需求，需要先進(jìn)的設(shè)計(jì)、仿真工具支持。

數(shù)字化技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種綜合設(shè)計(jì)方法，它是一種基于產(chǎn)品計(jì)算機(jī)模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法；數(shù)字化樣機(jī)將不同工程領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)模型結(jié)合在一起，從外觀、功能和行為上模擬真實(shí)產(chǎn)品[1]。該技術(shù)是以并行工程思想為指導(dǎo)，以CAX/DFX （Computer Aided X/Design for X Abilities）技術(shù)為基礎(chǔ)，以協(xié)同仿真技術(shù)為核心的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。

軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，許多先進(jìn)的CAX/DFX數(shù)字化設(shè)計(jì)分析工具已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并對(duì)液體軌姿控動(dòng)力設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展起到了積極推動(dòng)作用[2-6]。然而，現(xiàn)有CAX/DFX設(shè)計(jì)體系是校驗(yàn)型而非設(shè)計(jì)型[7]，現(xiàn)行體系適合于方案凍結(jié)后的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，對(duì)于之前階段，缺乏一種針對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)快速的綜合設(shè)計(jì)環(huán)境。

2000年NASA啟動(dòng)了先進(jìn)工程環(huán)境項(xiàng)目（Advanced Engineering Environment,AEE）[8]。該項(xiàng)目目標(biāo)是開(kāi)發(fā)支持新一代運(yùn)載火箭協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)和環(huán)境，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)門(mén)戶和設(shè)計(jì)過(guò)程管理、設(shè)計(jì)與工程分析工具集成以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)分布、并行、協(xié)同的研發(fā)設(shè)計(jì)方式。采用Modelcenter的集成系統(tǒng)框架，NASA將全美境內(nèi)6個(gè)工程設(shè)計(jì)中心進(jìn)行了協(xié)同集成，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和有效共享，大幅提高了設(shè)計(jì)效率。數(shù)字化設(shè)計(jì)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用推廣也得到了國(guó)內(nèi)學(xué)者的重視。北京航天一院研發(fā)中心侯雄、趙雯等人開(kāi)展了VATA虛擬發(fā)射試驗(yàn)系統(tǒng)研究，采用中間件實(shí)現(xiàn)了不同異構(gòu)軟件間的交互集成；恒潤(rùn)、?；?、安世亞太等軟件公司則開(kāi)展了不同設(shè)計(jì)建模軟件CAD（Pro/E、UG、CATIA），不同CAE仿真分析軟件之間的數(shù)據(jù)交互深度集成，形成了各個(gè)不同的多場(chǎng)仿真軟件平臺(tái)如ANSYS Workbench、Comsol Multiphysics等。上述不同的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展的研究突破了相關(guān)底層技術(shù)，形成了適用于各自領(lǐng)域需要的軟件產(chǎn)品。但是，軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，組合件及系統(tǒng)仿真專業(yè)性很強(qiáng)，尚缺乏統(tǒng)一的面向該系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)工具。

為提高軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，提升設(shè)計(jì)水平，提出了構(gòu)建軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的構(gòu)想。該平臺(tái)以動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，以集成化設(shè)計(jì)環(huán)境為支撐，實(shí)現(xiàn)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息集成、過(guò)程集成和應(yīng)用集成，實(shí)現(xiàn)以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)的協(xié)同仿真。通過(guò)該平臺(tái)首先完成系統(tǒng)、組合件數(shù)字化論證設(shè)計(jì)，開(kāi)展針對(duì)組合件性能仿真，在滿足性能要求前提下開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)性能仿真分析，得到整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)字化樣機(jī)，通過(guò)對(duì)樣機(jī)開(kāi)展虛擬試驗(yàn)預(yù)示其性能，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供理論支持。最后，通過(guò)實(shí)物樣機(jī)試驗(yàn)開(kāi)展對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能的全面驗(yàn)證，修正最終設(shè)計(jì)。通過(guò)整理歸納數(shù)據(jù)庫(kù)，將工程研制經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)規(guī)范準(zhǔn)則等基礎(chǔ)資料形成知識(shí)庫(kù)，該知識(shí)庫(kù)服務(wù)于上述設(shè)計(jì)、仿真整個(gè)過(guò)程。上述所有工作均在統(tǒng)一集成環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)分析了構(gòu)建平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)：設(shè)計(jì)過(guò)程協(xié)調(diào)管理、設(shè)計(jì)活動(dòng)數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)管理、知識(shí)庫(kù)構(gòu)建及推送應(yīng)用，并對(duì)各關(guān)鍵技術(shù)提出了相應(yīng)的解決方案。

1 基于數(shù)字化樣機(jī)的集成設(shè)計(jì)平臺(tái)框架

集成設(shè)計(jì)框架為軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和各種計(jì)算機(jī)輔助軟件 (CAX/DFX)提供集成的運(yùn)行操作環(huán)境，包括統(tǒng)一的用戶界面風(fēng)格、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式定義、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理和設(shè)計(jì)過(guò)程管理等。平臺(tái)框架示意圖見(jiàn)圖1。

數(shù)字化樣機(jī)是由不同工具開(kāi)發(fā)的，甚至是異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體[9]，軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)字化樣機(jī)主要包括組合件推力室、燃?xì)獍l(fā)生器、閥門(mén)、貯箱等產(chǎn)品CAD模型、組合件產(chǎn)品功能和性能仿真模型等?；跀?shù)字化樣機(jī)的集成設(shè)計(jì)平臺(tái)將設(shè)計(jì)技術(shù)與仿真技術(shù)緊密集成，在設(shè)計(jì)階段即對(duì)組合件產(chǎn)品性能進(jìn)行全方位仿真與評(píng)估，并基于數(shù)字化樣機(jī)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和過(guò)程管理，從而實(shí)現(xiàn)信息集成、應(yīng)用集成和過(guò)程集成。

整個(gè)系統(tǒng)依托不同層次的硬件支持同時(shí)服務(wù)于不同的用戶對(duì)象。

圖1 軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)框架示意圖Fig.1 Frame of integrated design platform for orbit divert and attitude control propulsion system

1）資源層 提供平臺(tái)運(yùn)行的資源庫(kù)環(huán)境，涵蓋軌姿控系統(tǒng)、組合件設(shè)計(jì)規(guī)范、系統(tǒng)及組合件設(shè)計(jì)/仿真數(shù)據(jù)庫(kù)、產(chǎn)品數(shù)字化模型庫(kù)，還包括材料、推進(jìn)劑等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、凝練設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與試車(chē)分析結(jié)果的服務(wù)于設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)、服務(wù)于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的模型庫(kù)等基礎(chǔ)資源庫(kù)。

2）服務(wù)層 采用通用數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)資源層的直接訪問(wèn)，并維護(hù)后臺(tái)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程任務(wù)的規(guī)約，形成針對(duì)不同設(shè)計(jì)階段的服務(wù)模塊，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用不同的模塊服務(wù)于不同的設(shè)計(jì)、仿真分析過(guò)程。具體包含了組合件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析、復(fù)雜工況仿真等多種與產(chǎn)品研發(fā)密切相關(guān)的軟件工具。這些工具是開(kāi)展軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真分析的基礎(chǔ)工具，譬如流動(dòng)仿真服務(wù)：推力室、閥門(mén)、管路等專業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件向系統(tǒng)提出請(qǐng)求，開(kāi)展流動(dòng)模擬；系統(tǒng)激活服務(wù)層中的流動(dòng)仿真服務(wù)開(kāi)展組合件具體的性能模擬。

3）集成層 為服務(wù)層提供集成環(huán)境，主要包括面向工程師專業(yè)應(yīng)用的專業(yè)設(shè)計(jì)、仿真應(yīng)用集成平臺(tái)。專業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一軟件入口/出口、優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真流程驅(qū)動(dòng)，同時(shí)包括不同服務(wù)接口轉(zhuǎn)換映射功能，譬如系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要調(diào)用資源層知識(shí)指導(dǎo)設(shè)計(jì)，需要將設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)知識(shí)的需求轉(zhuǎn)換為對(duì)底層資源庫(kù)的查詢或其他服務(wù)。

4）樣機(jī)層 在集成層基礎(chǔ)上構(gòu)建，面向終端用戶（設(shè)計(jì)人員），主要實(shí)現(xiàn)構(gòu)建各種層次的專業(yè)應(yīng)用，具體可以劃分為幾何樣機(jī)、功能樣機(jī)和性能樣機(jī)。以幾何樣機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)功能樣機(jī)和性能樣機(jī)共同描述產(chǎn)品多方面的特性。幾何樣機(jī)泛指設(shè)計(jì)過(guò)程中形成的三維幾何模型，包括組合件產(chǎn)品模型、系統(tǒng)整機(jī)幾何模裝；功能樣機(jī)定義為系統(tǒng)級(jí)的整體性能預(yù)示結(jié)果；性能樣機(jī)定義為對(duì)不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能分析的預(yù)示結(jié)果。隨著產(chǎn)品研制進(jìn)程的不斷推進(jìn)，樣機(jī)層包含的內(nèi)容逐步豐富、粒度逐步細(xì)化，功能樣機(jī)和性能樣機(jī)從最初依賴經(jīng)驗(yàn)和大量假設(shè)的低精度模型，轉(zhuǎn)化為以幾何樣機(jī)為基礎(chǔ)的高精度模型；幾何樣機(jī)從總體結(jié)構(gòu)方案布局過(guò)渡到總體方案骨架，最終細(xì)化為詳細(xì)設(shè)計(jì)模型、直至虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

5）應(yīng)用層 針對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)不同設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)論證、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等提出的具體功能要求。應(yīng)用層由軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具軟件、仿真軟件、系統(tǒng)管理模塊和可視化模塊構(gòu)成，各應(yīng)用子系統(tǒng)和設(shè)計(jì)工具根據(jù)各自需求向服務(wù)層提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并對(duì)服務(wù)層所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后將結(jié)果傳遞回服務(wù)層加以存儲(chǔ)和管理。應(yīng)用層直接與用戶交互，支持軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)基于數(shù)字化樣機(jī)的設(shè)計(jì)。

2 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

2.1 設(shè)計(jì)過(guò)程協(xié)調(diào)管理

軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及不同專業(yè)學(xué)科，研制過(guò)程中包括不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員管理、不同研制階段管理、設(shè)計(jì)產(chǎn)品管理、研制流程管理和資源管理等多維度的數(shù)據(jù)管理與協(xié)調(diào)。同時(shí)，由于軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)種類多，設(shè)計(jì)過(guò)程中借用成熟產(chǎn)品或在已有產(chǎn)品基礎(chǔ)上改性設(shè)計(jì)可能性較高，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程協(xié)調(diào)管理提出了更高要求。

通過(guò)對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)研制過(guò)程的分析研究，提出了設(shè)計(jì)角色管理、研制階段管理、設(shè)計(jì)產(chǎn)品管理三維度立體協(xié)調(diào)管理體系，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程管理示意圖Fig.2 Design management process for orbit divert and attitude control propulsion system

設(shè)計(jì)角色管理的對(duì)象包括不同設(shè)計(jì)員、主任設(shè)計(jì)師、質(zhì)量管理人員、科技進(jìn)度管理人員等；研制階段管理的內(nèi)容包括預(yù)研、模樣、初樣、試樣等不同的設(shè)計(jì)階段；設(shè)計(jì)產(chǎn)品管理的內(nèi)容是元器件產(chǎn)品、材料、試驗(yàn)件、原理樣件和正式產(chǎn)品等。不同設(shè)計(jì)維度之間相互交織形成立體的設(shè)計(jì)過(guò)程管理體系，各個(gè)節(jié)點(diǎn)處對(duì)應(yīng)不同的設(shè)計(jì)活動(dòng)，不同設(shè)計(jì)活動(dòng)之間通過(guò)設(shè)計(jì)流程連接。分解到最底層的設(shè)計(jì)活動(dòng)廣義上可以定義為包括輸入、輸出、約束和資源統(tǒng)一模型。具體可以描述為依據(jù)設(shè)計(jì)輸入明確要求，結(jié)合知識(shí)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、仿真模型，依托資源支持在約束條件限制下輸出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的過(guò)程。譬如，根據(jù)系統(tǒng)輸入要求，開(kāi)展推力室設(shè)計(jì)論證過(guò)程，可以理解為推力室設(shè)計(jì)活動(dòng)。主要的輸入包括：系統(tǒng)比沖、響應(yīng)時(shí)間、推力室入口壓力、總體外廓尺寸要求、推進(jìn)劑類型及質(zhì)量等。推力室設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展設(shè)計(jì)，借助專門(mén)的軟件如熱力計(jì)算軟件、繪圖軟件、流體仿真軟件、結(jié)構(gòu)仿真軟件等將設(shè)計(jì)員腦海中的設(shè)計(jì)構(gòu)想轉(zhuǎn)換為三維的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

2.2 設(shè)計(jì)活動(dòng)數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)管理

軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證過(guò)程中，遵循設(shè)計(jì)-仿真-試驗(yàn)-設(shè)計(jì)反復(fù)迭代的過(guò)程。通過(guò)仿真校核設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)為設(shè)計(jì)提供改進(jìn)方向，通過(guò)實(shí)物樣機(jī)試驗(yàn)考核設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能同時(shí)修正仿真模型。隨著仿真水平的提高，盡可能地通過(guò)仿真手段替代或減少實(shí)物樣機(jī)真實(shí)試驗(yàn)。

組件設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到流動(dòng)、燃燒、傳熱、結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)等多學(xué)科、多領(lǐng)域物理問(wèn)題，需要進(jìn)行流場(chǎng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、磁場(chǎng)等多個(gè)方面的數(shù)值模擬，形成不同的仿真數(shù)據(jù)文件。譬如推力室設(shè)計(jì)論證過(guò)程中涉及充填仿真模擬、推力室殼體強(qiáng)度校核、推力室燃燒過(guò)程預(yù)示及推力室熱-流-固等多學(xué)科耦合分析仿真等內(nèi)容，不同模型仿真過(guò)程將產(chǎn)生不同的分析結(jié)果文件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)平衡、起動(dòng)、關(guān)機(jī)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性分析等仿真內(nèi)容，為預(yù)示系統(tǒng)性能也將開(kāi)展對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬，形成對(duì)應(yīng)的分析文件。動(dòng)力系統(tǒng)研制過(guò)程中不同設(shè)計(jì)及仿真流程中產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)，譬如系統(tǒng)設(shè)計(jì)形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)、組合件設(shè)計(jì)形成的三維模型數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真得到的數(shù)據(jù)、流場(chǎng)仿真得到的數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)仿真得到數(shù)據(jù)等。不同設(shè)計(jì)階段對(duì)上述數(shù)據(jù)還有不同的版本管理等工程需求。這些數(shù)據(jù)的量很大、類型多，需要提供有效的數(shù)據(jù)管理方法。

通過(guò)對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程分析，提出3 V數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)活動(dòng)中數(shù)據(jù)流示意圖Fig.3 Data flow of design activities

將設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)、物理樣機(jī)有序地組織起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的利用和有效管理。同時(shí)不同的設(shè)計(jì)過(guò)程（如系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組合件設(shè)計(jì)）和設(shè)計(jì)階段（概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)）之間形成小的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的最大化利用。設(shè)計(jì)平臺(tái)通過(guò)不同設(shè)計(jì)軟件最終形成數(shù)字化樣機(jī)。在生成數(shù)字化樣機(jī)過(guò)程中綜合利用仿真、虛擬試驗(yàn)及物理樣機(jī)驗(yàn)證等工具形成外圈的數(shù)據(jù)循環(huán)。在具體的組件論證過(guò)程中包括設(shè)計(jì)、仿真小循環(huán)。形成系統(tǒng)后，開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)的虛擬試驗(yàn)形成中循環(huán)。通過(guò)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、組合件設(shè)計(jì)，構(gòu)建具有通用的軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)和組合件級(jí)的仿真分析、虛擬試驗(yàn)項(xiàng)目以及物理樣機(jī)的試制和試驗(yàn)，獲得相應(yīng)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，將這些反饋給設(shè)計(jì)平臺(tái)，修正和完善設(shè)計(jì)、仿真的相關(guān)模型和參數(shù)。

數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)版本、數(shù)據(jù)權(quán)限、分析和對(duì)比、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系、數(shù)據(jù)譜系、數(shù)據(jù)歷程、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)等。通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程為主線，關(guān)聯(lián)不同設(shè)計(jì)階段形成的各類數(shù)據(jù)。

2.3 知識(shí)庫(kù)構(gòu)建

知識(shí)庫(kù)是服務(wù)軌姿控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要支撐[10]。目前，國(guó)內(nèi)外液體軌姿控技術(shù)發(fā)展迅速，積累的素材也漸漸豐富，具體包括系統(tǒng)類資源、組合件類產(chǎn)品資源以及服務(wù)于設(shè)計(jì)仿真的基礎(chǔ)應(yīng)用資源庫(kù)，如材料數(shù)據(jù)、推進(jìn)劑物性數(shù)據(jù)等。這些基礎(chǔ)素材量比較大，具體的存儲(chǔ)由于專業(yè)不同導(dǎo)致保存相對(duì)較為孤立同時(shí)比較零散，存儲(chǔ)的介質(zhì)數(shù)字化利用程度不高，同時(shí)知識(shí)沒(méi)有開(kāi)展系統(tǒng)化的整理歸納。如何將這些寶貴經(jīng)驗(yàn)沉淀下來(lái)，是集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要研究?jī)?nèi)容。應(yīng)用知識(shí)工程技術(shù)，建立基于軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)工程知識(shí)庫(kù)，提高具體工程設(shè)計(jì)中知識(shí)庫(kù)利用率。結(jié)合軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)研制的實(shí)際過(guò)程，知識(shí)庫(kù)應(yīng)服務(wù)于不同設(shè)計(jì)專業(yè)、不同設(shè)計(jì)階段。通過(guò)分析軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)工程知識(shí)庫(kù)及應(yīng)用系統(tǒng)，知識(shí)庫(kù)應(yīng)包括知識(shí)與支撐數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取、知識(shí)管理和知識(shí)應(yīng)用等4大部分，具體如圖4所示。

圖4 知識(shí)庫(kù)框架示意圖Fig.4 Framework of knowledge database

從數(shù)據(jù)流向分析，首先對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行交換、整合與歸類，然后通過(guò)知識(shí)發(fā)現(xiàn)接口利用知識(shí)表示方法實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)以及智能管理，之后通過(guò)知識(shí)推理、知識(shí)推送為用戶提供知識(shí)的檢索和軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)應(yīng)用，最后運(yùn)用知識(shí)反饋檢查知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用效果，形成閉環(huán)的改進(jìn)提升。

知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)包含關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化實(shí)體模型庫(kù)、文件系統(tǒng)及遺留信息系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存放產(chǎn)品模型、系統(tǒng)模型、文檔元數(shù)據(jù)、項(xiàng)目信息和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理信息等。參數(shù)化實(shí)體模型庫(kù)以參數(shù)化三維實(shí)體形式存放實(shí)體模型。文件系統(tǒng)庫(kù)存放產(chǎn)品文檔，包括文本文檔、仿真結(jié)果、Pro/E模型等。知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)是整個(gè)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)分析研究，提出3個(gè)層次的知識(shí)庫(kù)組織模式：系統(tǒng)級(jí)、組件配套級(jí)和組合件級(jí)。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)了解整個(gè)系統(tǒng)概況、詳細(xì)信息，包括系統(tǒng)方案論證、設(shè)計(jì)等信息。組合件級(jí)包括組件的所有相關(guān)信息，具體包括方案論證、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證等信息。通過(guò)組合件配套表映射系統(tǒng)和組合件之間的關(guān)系。

2.4 知識(shí)推送應(yīng)用

知識(shí)推送是在知識(shí)庫(kù)基礎(chǔ)上對(duì)知識(shí)的智能利用。設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到相關(guān)的參數(shù)或模型不熟悉或需參考時(shí)，知識(shí)庫(kù)能夠自動(dòng)將庫(kù)中與之相關(guān)的內(nèi)容抽取提煉，呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員以便更好地服務(wù)設(shè)計(jì)人員。為解決該問(wèn)題，本文提出自動(dòng)分析推送和流程推送2種模式，見(jiàn)圖5所示。

圖5 知識(shí)推送示意圖Fig.5 Diagram of knowledge push system

自動(dòng)分析推送采用了半機(jī)器智能模式，針對(duì)不同的人員自動(dòng)推送更接近用戶的知識(shí)。系統(tǒng)時(shí)刻在為自動(dòng)分析推送收集大量的用戶日志，包括點(diǎn)擊、瀏覽、搜索等習(xí)性，并結(jié)合用戶的關(guān)鍵字、分組以及所處的角色進(jìn)行分析，從知識(shí)庫(kù)中根據(jù)3層體系關(guān)鍵詞，結(jié)合知識(shí)匹配度以及用戶匹配度規(guī)則篩選出最適合用戶并達(dá)到推送條件的知識(shí)，自動(dòng)地顯示在用戶的生產(chǎn)環(huán)境中，為用戶的設(shè)計(jì)、仿真等提供更加人性化的幫助。

流程推送將與流程名稱相關(guān)的知識(shí)條目和設(shè)計(jì)筆記等推送到設(shè)計(jì)平臺(tái)。設(shè)計(jì)人員在不同專業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)中建立相應(yīng)的流程后，在知識(shí)推送窗口會(huì)自動(dòng)地將后臺(tái)與流程名稱相關(guān)聯(lián)的知識(shí)顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以隨時(shí)記錄在設(shè)計(jì)過(guò)中產(chǎn)生的新經(jīng)驗(yàn)，以知識(shí)筆記的形式保存到系統(tǒng)中，將隱形知識(shí)顯性化。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)工程需求，規(guī)劃了軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)初步設(shè)想框架。針對(duì)該框架體系，分析了其中的4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)提出了相應(yīng)的技術(shù)解決途徑。具體包括3個(gè)維度的設(shè)計(jì)過(guò)程協(xié)調(diào)管理體系、3V型數(shù)據(jù)流組織模式、3個(gè)層次的知識(shí)庫(kù)管理機(jī)制，同時(shí)對(duì)知識(shí)推送提出了自動(dòng)分析推送和流程推送兩種方法，為知識(shí)庫(kù)更好地服務(wù)于設(shè)計(jì)提供了智能途徑。然而，型號(hào)研制對(duì)數(shù)字化技術(shù)的新需求不斷涌現(xiàn)，數(shù)字化技術(shù)本身處于快速發(fā)展時(shí)期，這必然造成數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)邊規(guī)劃、邊實(shí)施、邊修正的循序漸進(jìn)過(guò)程。因此，該框架體系仍需在實(shí)踐過(guò)程中不斷修改和完善。

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