1 引言

    直屬件是連接單機(jī)設(shè)備與艙體結(jié)構(gòu)之間的零件，對其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計是在航天器布局完成后，且一般在航天器進(jìn)入總裝階段才能安裝到位，因此其機(jī)械接口的正確性及設(shè)計周期，直接影響航天器總裝工作能否順利進(jìn)行。

    航天器單機(jī)設(shè)備布局位置不盡相同，機(jī)械接口各異，因此直屬件種類繁多，形狀各異。航天器直屬件傳統(tǒng)設(shè)計方法是根據(jù)設(shè)備及艙體的機(jī)械接口信息，在脫離布局模型的狀態(tài)下完成直屬件的詳細(xì)設(shè)計，按這種方式設(shè)計的直屬件與設(shè)備及艙體之間不存在有效的動態(tài)關(guān)聯(lián)。若設(shè)備及艙體機(jī)械接口發(fā)生變化，不會自動提示設(shè)計約束的改變，直屬件不能及時得到更新，導(dǎo)致最終直屬件機(jī)械接口與設(shè)備及艙體的機(jī)械接口不匹配。因此，如何實現(xiàn)直屬件的動態(tài)關(guān)聯(lián)設(shè)計，確保機(jī)械接口信息的實時傳遞，縮短直屬件設(shè)計周期，提高設(shè)計準(zhǔn)確性，是影響航天器總裝工作的重要問題。

    本文結(jié)合航天器直屬件三維設(shè)計模型體系，采用自頂向下的方法，使設(shè)計層次變得更清晰，實現(xiàn)了邊界約束信息的傳遞、共享、繼承，從而有效解決了直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計時，設(shè)計約束信息實時、有效傳遞的問題，提高了設(shè)計效率和正確性。

2 直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計機(jī)械接口信息傳遞問題的解決途徑

    目前，航天器的三維模型層次從上到下分為航天器模型一艙段模型一艙段的儀器設(shè)備安裝模型，如圖1所示，各航天器可根據(jù)自身特點對該模型體系中每一層的規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)展。

圖1 直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計模型體系

    在圖1的模型體系中，“艙段I區(qū)域3設(shè)備安裝模型”下面的“直屬件裝配總模型及頂層基本骨架”為直屬件設(shè)計層次。直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計時，需要在設(shè)計頂層先構(gòu)造出一個“頂層基本骨架”(Top Basic Skeleton)，隨后的設(shè)計過程基本上都是在這個“頂層基本骨架”的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制、修改、細(xì)化、完善并最終完成整個設(shè)計過程。“頂層基本骨架”成為整個關(guān)聯(lián)設(shè)計過程中機(jī)械接口信息傳遞的紐帶。該模型里面的骨架零件“頂層基本骨架”包含后續(xù)直屬件詳細(xì)設(shè)計所需的所有邊界約束。單機(jī)設(shè)備機(jī)械接口發(fā)生變化時，對該頂層基本骨架進(jìn)行更新，即可實現(xiàn)機(jī)械接口更改后的信息傳遞。在直屬件詳細(xì)設(shè)計時，其機(jī)械接口均與頂層骨架中的邊界約束發(fā)生關(guān)聯(lián)，因此單機(jī)設(shè)備機(jī)械接口的更改信息能夠從頂層基本骨架中自動傳遞到直屬件中。

    “頂層基本骨架”的主要功能包括：①頂層基本骨架可以用來管理大型的裝配設(shè)計，允許只讀出頂層裝配的骨架模型到內(nèi)存中來控制整個產(chǎn)品的設(shè)計及變更；②頂層基本骨架可以增強零件在裝配中的相互關(guān)聯(lián)和依賴性，這些存在于實際裝配之中的相互關(guān)系從最初的總體布局中抽取出來，構(gòu)成頂層基本骨架，為子裝配和零件享用；③設(shè)計變更的傳遞功能。

    2.1 直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計機(jī)械接口信息傳遞過程

    直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計時，采用“自頂向下”的設(shè)計模式，首先，在單機(jī)設(shè)備三維模型中通過“發(fā)布幾何”將單機(jī)設(shè)備的機(jī)械接口的邏輯關(guān)系對外發(fā)布，如圖1所示；其次，在艙段設(shè)備布局完成后，建立直屬件裝配總模型，并在該裝配體下面建立頂層基本骨架零件，通過“復(fù)制幾何”完成單機(jī)設(shè)備的機(jī)械接口信息收集；最后，建立單機(jī)設(shè)備直屬件組件模型和骨架模型，將頂層基本骨架零件中對應(yīng)的單機(jī)設(shè)備的設(shè)計約束條件（包含在發(fā)布幾何中）通過“復(fù)制幾何”的形式收集，并進(jìn)行直屬件的詳細(xì)設(shè)計，整個設(shè)計過程如圖2所示。如果單機(jī)設(shè)備機(jī)械接口發(fā)生變化，只要更新“直屬件裝配頂層基本骨架模型”及“單機(jī)設(shè)備直屬件組件骨架模型”，單機(jī)設(shè)備邊界約束的變化就會傳遞到具體的直屬零件。其中比較關(guān)鍵的步驟是“單機(jī)設(shè)備邊界約束的建立”和“直屬件頂層基本骨架模型的建立”。

圖2 直屬件自頂向下設(shè)計過程

    2.2 直屬件設(shè)計邊界約束的建立

    為了實現(xiàn)直屬件自頂向下的設(shè)計，必須將單機(jī)設(shè)備的機(jī)械接口信息（即直屬件詳細(xì)設(shè)計的邊界約束條件）提取出來并進(jìn)行準(zhǔn)確地信息傳遞。在用Pro/E軟件進(jìn)行單機(jī)設(shè)備建模時，先要將設(shè)備的安裝面信息（如設(shè)備安裝面、安裝孔徑尺寸及數(shù)量等）通過“發(fā)布幾何”發(fā)布出來，如圖3所示，紅色顯示的部分即為該設(shè)備的發(fā)布幾何，包含了該單機(jī)設(shè)備的機(jī)械接口信息，即“設(shè)計邊界約束”。

圖3 單機(jī)設(shè)備邊界約束建立

    2.3 直屬件頂層基本骨架模型

    每個艙段均會布局一定數(shù)量的單機(jī)設(shè)備，每臺單機(jī)設(shè)備的邊界約束，均在三維模型中通過“發(fā)布幾何”的形式發(fā)布。為進(jìn)行直屬件的詳細(xì)設(shè)計，需要將該艙段中所有單機(jī)設(shè)備的邊界約束條件“收集”起來并統(tǒng)一對外發(fā)布，作為后續(xù)直屬件詳細(xì)設(shè)計的依據(jù)。

    在直屬件總裝配模型下，建立直屬件裝配頂層基本骨架模型，通過復(fù)制幾何將設(shè)備機(jī)械接口信息和艙體安裝面信息復(fù)制，并通過發(fā)布幾何發(fā)布，如圖4所示。在XX_133-0_ZSJ.ASM下建立的XX_133-0_ZSJ_SKEL.PRT即為頂層基本骨架模型，該骨架中包含XX_133-0.ASM中需要用到的直屬件的所有邊界約束，其中“直屬件1發(fā)布幾何”、“直屬件2發(fā)布幾何”中包含了單機(jī)設(shè)備邊界約束以及艙體安裝面約束，因此設(shè)備的直屬件設(shè)計所需的所有約束信息全包含在其中。

圖4 直屬件裝配總模型及頂層基本骨架模型

3 直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計驗證

    按照圖1所示的直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計模型體系，在建立完“頂層基本骨架”后，在“直屬件裝配總模型”下建立“直屬件組件1模型及骨架”，從“頂層基本骨架”將該設(shè)備邊界約束條件復(fù)制進(jìn)來，至此，就完成了直屬件組件骨架模型的創(chuàng)建，可以開展后續(xù)的直屬件詳細(xì)設(shè)計。

    圖5是直屬件組件1骨架中的單機(jī)設(shè)備的邊界約束，包含了2個設(shè)備安裝接口及設(shè)備儀器板的信息，圖6是進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計后的直屬件組件1模型。圖7是直屬件組件1骨架的單機(jī)邊界約束，其中一個單機(jī)設(shè)備機(jī)械接口發(fā)生變化（設(shè)備安裝孔數(shù)量由4個減少為3個，安裝孔位置也發(fā)生變化），導(dǎo)致了該直屬件的裝配模型和零件模型均顯示為紅色，如圖8所示。軟件會自動提示，按照更新后的單機(jī)設(shè)備安裝接口進(jìn)行修改。

圖5 直屬件設(shè)計邊界約束

圖6 直屬件三維模型

圖7 直屬件邊界約束變化

圖8 直屬件模型錯誤提示

    按照本文所述的方法進(jìn)行某航天器的直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計，共設(shè)計了62種直屬件，出現(xiàn)錯誤的直屬件僅1種，直屬件的失誤率降低至1.6%，所有直屬件設(shè)計完成共耗時13天，按傳統(tǒng)設(shè)計方法約耗時20天，設(shè)計時間縮短約35%。

4 結(jié)束語

    綜上所述，航天器直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計模式有以下特點：

    (1)直屬件設(shè)計邊界約束都是通過骨架零件中的“復(fù)制幾何”和“發(fā)布幾何”進(jìn)行自上而下的傳遞，不會出現(xiàn)任何差錯，在建立完頂層基本骨架后，就可以開展直屬件的關(guān)聯(lián)設(shè)計；

    (2)由于直屬件設(shè)計是依附單機(jī)邊界約束和艙體結(jié)構(gòu)上的安裝接口進(jìn)行設(shè)計，直屬件設(shè)計完成后會自動裝配在準(zhǔn)確位置，因此無須設(shè)計人員進(jìn)行裝配，設(shè)備布局位置調(diào)整后，直屬件也會隨設(shè)備自動同步調(diào)整；

    (3)若設(shè)備機(jī)械接口參數(shù)發(fā)生變化（如孔徑、孔間距等），甚至布局位置調(diào)整，對應(yīng)的直屬件裝配模型和零件模型均會顯示紅色，提示直屬件的設(shè)計約束條件發(fā)生改變，須按照最新的布局約束條件修改直屬件三維模型，從而確保設(shè)計狀態(tài)發(fā)生更改后的閉環(huán)管理。

    本文在直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計過程中運用了“頂層基本骨架”方法，能夠?qū)崿F(xiàn)直屬件關(guān)聯(lián)設(shè)計過程中的機(jī)械接口的實時傳遞和自動裝配，縮短了設(shè)計周期并提高了設(shè)計準(zhǔn)確性，為航天器總裝直屬件的設(shè)計模式找到了一條新途徑。

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