大型航天器地面支持設(shè)備智能平臺建設(shè)和應(yīng)用

張玉美，張錦萊，楊 帥，曹 琛

(天津航天機電設(shè)備研究所 天津市宇航智能裝備技術(shù)企業(yè)重點試驗室，天津 300458)

0 引言

大型航天器地面支持設(shè)備主要用于衛(wèi)星在總裝或部裝時整星或部件的長期和短期停放、設(shè)備安裝和測試，是衛(wèi)星在總裝或部裝時最常用的地面設(shè)備。大型航天器用地面支持設(shè)備——架車研制經(jīng)歷了從無到有、種類由單一到繁多的過程，航天器生產(chǎn)模式已經(jīng)慢慢向信息化轉(zhuǎn)型[1-5]。傳統(tǒng)的設(shè)計手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有科研生產(chǎn)模式和管理水平的需求,現(xiàn)有科研生產(chǎn)進度和先進信息化手段的矛盾日顯突出[6，7]。因此，為了應(yīng)對新的研制任務(wù)，有必要開發(fā)一款智能設(shè)計平臺。智能設(shè)計平臺建設(shè)設(shè)計的意義在于列出全部的規(guī)范化的架車產(chǎn)品，以最少的規(guī)格型號來適應(yīng)未來航天器多型號發(fā)展的需要。

智能平臺的建設(shè)是保證航天器地面支持設(shè)備質(zhì)量可靠性的客觀需要和重要手段[8]。本文以大型航天器地面支持設(shè)備——架車為例，介紹為架車標準化建設(shè)和數(shù)字化建模相結(jié)合構(gòu)建的研制平臺，從而更大程度上縮短架車的研制流程，為大型航天器的測試和轉(zhuǎn)運提供保障。

1 大型航天器地面支持設(shè)備——架車的需求分析

架車是航天器地面支持設(shè)備中數(shù)量最多的設(shè)備之一，在航天器研制中，每顆星(船、艙)一般要求保證有多套架車，未來每年有多顆星船需要發(fā)射或研制，面對航天器新的總裝需求，實現(xiàn)總裝地面機械支持設(shè)備的通用化、系列化、自動化、模塊化是一個迫在眉睫的任務(wù)。架車作為星體裝配的支持設(shè)備一般研制周期較短，為了應(yīng)對短周期的研制任務(wù)，有必要開發(fā)一款智能設(shè)計平臺，來提高設(shè)計師的快速設(shè)計能力。

2 架車傳統(tǒng)設(shè)計方法

目前架車主要分為三類：整星垂直停放架車、艙板翻轉(zhuǎn)架車、太陽翼翻轉(zhuǎn)架車。架車設(shè)計已經(jīng)達到了一個瓶頸狀態(tài)，具體表現(xiàn)為產(chǎn)品種類多、研制周期短、設(shè)計周期長、批量小、人員投入比大、差錯率高。造成這些問題的主要原因在于需求周期短、結(jié)構(gòu)多變和設(shè)計軟件數(shù)字化程度不高。具體來說存在以下問題：

(1)三維模型零部件之間沒有關(guān)聯(lián)，對于同種類型的產(chǎn)品無法實現(xiàn)快速設(shè)計。

(2)二維圖與三維模型沒有建立起一一對應(yīng)的關(guān)系，導(dǎo)致二維圖出圖速度慢。

(3)建模過程參數(shù)填寫過多，導(dǎo)致大量重復(fù)性工作，最終導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計效率降低。

(4)架車的設(shè)計過程沒有固化下來形成規(guī)范，影響設(shè)計和出圖效率。

因此，非常有必要對架車數(shù)字化設(shè)計平臺進行開發(fā)。

3 智能設(shè)計平臺建設(shè)

基于CREO的航天器地面設(shè)備智能設(shè)計平臺開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有參數(shù)化讀寫、裝配層級信息的提取等。航天器地面設(shè)備智能設(shè)計平臺的功能框架如圖1所示。

圖1 航天器地面設(shè)備智能化設(shè)計平臺的功能框架

3.1 軟件登錄

軟件登錄界面如圖2所示。

圖2 登錄界面

3.2 加載模型

利用加載模型模塊，設(shè)計師根據(jù)技術(shù)要求首先雙擊選擇相應(yīng)的架車類別，然后相應(yīng)的架車就加載到軟件中，如圖3所示。

圖3 加載三維模型

3.3 技術(shù)參數(shù)輸入

模型加載后，設(shè)計人員根據(jù)研制技術(shù)要求輸入技術(shù)參數(shù)(如圖4所示)，技術(shù)參數(shù)輸入后，點擊確認信息無誤并更改后，架車模型會根據(jù)參數(shù)進行更新。

圖4 技術(shù)參數(shù)輸入

3.4 材料批量修改

由于航天產(chǎn)品使用材料品種多，以往三維軟件都是對每個零件進行材料編制，而且不能選擇材料，而是由設(shè)計師手動輸入，存在輸入錯誤的風(fēng)險，同時手動輸入大大延長了設(shè)計周期，而智能設(shè)計平臺提前將航天器常用材料及標準號輸入到軟件中，設(shè)計師可以為零件手動選擇相應(yīng)材料，同時，智能設(shè)計平臺可以以部件或組件為整體，進行材料的批量快速選擇，大大縮短了設(shè)計周期，批量材料修改如圖5所示。

圖5 批量材料修改

3.5 圖紙數(shù)量檢查

圖紙數(shù)量檢查模塊的功能是方便設(shè)計師快速識別二維圖的缺失，此功能的增加可以縮短設(shè)計師一天的時間，同時保證了圖紙的完整性，避免后期通過更改單進行零件圖紙的增加，同時，縮短整個產(chǎn)品的研制周期，圖紙數(shù)量檢查功能如圖6所示。

圖6 圖紙數(shù)量檢查

4 智能設(shè)計平臺的應(yīng)用效果

智能設(shè)計平臺推廣使用之后，設(shè)計師僅需在加載模型后進行技術(shù)參數(shù)輸入，再根據(jù)具體技術(shù)要求進行架車局部修改和材料批量修改就能完成架車的智能化設(shè)計。智能設(shè)計平臺的三維模型和二維圖進行了關(guān)聯(lián)，三維模型的修改驅(qū)動二維圖變化，保證了三維模型和二維圖紙的一致性，從而降低了設(shè)計師因為忘記更改二維圖而產(chǎn)生的錯誤。通過智能設(shè)計平臺的應(yīng)用，使架車的設(shè)計周期縮短了30%左右，同時，大大提高了出圖效率，保證了三維模型和圖紙的一致性，從而縮短了產(chǎn)品的研制周期，為航天器的裝配提供了有力保障，對于企業(yè)具有重要意義。