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基于数字样机的新一代运载火箭综合集成和协同应用研究

课题编号: 2006BAF01A04
课题名称: 基于数字样机的新一代运载火箭综合集成和协同应用研究
承担单位: 中国运载火箭技术研究所
参加单位:
负  责  人: 李 东
                   
         

         一、课题简介
        课题于2006年10月立项,研制期为三年。中国运载火箭技术研究院(简称航天一院)是课题的主要承担单位,负责总体技术方案、主要关键技术的攻关、课题的组织协调、进度控制、系统的示范性应用验证。航天工程咨询中心、航天六院、航天八院、航天时代电子公司是课题研究的主要参加单位。

课题以新一代运载火箭的研制为需求,主要研究面向新一代运载火箭数字化协同研制和协同管理的集成技术、研究型号研制过程中并行协同机制和相关技术、研究基于产品结构的数字样机模型数据的集中管理技术、研究新一代运载火箭的数字化生产组织模式。通过这些关键技术的研究,突破多业务、多系统、多企业综合集成技术的难点,提出数字化企业整体解决方案,初步建立企业间的产品协同开发与全生命周期管理的机制,并以新一代运载火箭研制为应用示范,进行跨域协同设计的验证。
二、技术上突破性进展
(1)集中分布式的院内协同
以新一代运载火箭院内协同为重点,研究基于院数据中心的协同的流程、模式及技术途径。院数据中心AVIDM与各二级单位AVIDM之间按集中分布式部署。数据中心AVIDM实现型号研制数据的集中管控,唯一数据源的受控管理。主要完成“产品结构协同编制及分发;数据共享;数据会签;数据汇总;数据分发;受控数据更改”。各厂所AVIDM完成本单位型号文档的审签、归档管理。厂所AVIDM与数据中心协同,接受分解的产品结构,产品设计过程数据管理、发起数据会签、向数据中心提交归档数据等。
(2)基于数据中心的院间协同技术研究
新一代运载火箭的研制涉及6个城市、5个院级研制单位、20多个厂所级研制单位,需要进行大量的跨地区、跨单位的技术文件、模型文件、计划、质量数据共享和研制信息交换。通过研究,提出了基于院数据中心系统的联邦式协同方式,形成了院间协同的流程和协同模式。院内单位二级单位的协同通过本院的数据中心系统进行,跨院二级单位之间的协同通过院与院的数据中心进行。
协同系统采用“AVIDM+Intralink”的集成系统。厂所AVIDM主要完成“技术文件签署、受控;厂所内模型的浏览、审批,模型的归档与技术状态控制,变更控制”;院数据中心AVIDM主要完成“全部型号产品的技术文件、三维模型、跨厂所和数据发布;跨院数据交换、流程审批”。Intralink系统主要完成“自顶向下设计过程管理、并行协同设计过程管理、数字样机装配、设计变更传递、轻量化数据生成及可视化浏览等”。
(3)基于数字样机的并行协同技术研究
研究了新一代运载火箭的并行协同技术,初步建立了全箭范围多专业、多单位、跨地域之间开展工程协同研制的机制和模式。建立了新一代运载火箭并行协同设计的平台软件架构,软件架构主要由“Pro/E Wildfire2.0 M 240+Intralink8.0 M040+AVIDM3.3 SP07组成。Pro/e软件完成三维结构模型建模。INTRALINK负责设计阶段模型数据管理、自顶向下的协同设计、实现总体向分系统、分系统向单机,以及分系统、单机内部之间的协同设计和骨架模型的发放。AVIDM负责研制数据的集中管理,是数据审批和受控数据发放的管理平台。Pro/E模型数据、设计报告、EDA数据、分析报告等纳入AVIDM系统中管理,产品数据的审签流程、更改流程和发放流程在AVIDM中实现。
(4)全箭产品结构及构型管理应用研究
通过对新一代运载火箭产品、专业和组织管理模式的梳理,初步形成了新一代运载火箭型号产品的产品结构组织管理方式。建立了由“型号分类层、型号系列层、型号层、系统层、产品分类层、产品层”六个层次组成的产品结构,为基于产品结构进行产品构型管理应用奠定了基础。
(5)项目矩阵管理及多层计划协同编制技术研究
研究了符合航天管理特色的基于多层计划的协同编制与管理技术。实现了针对复杂型号WBS任务的多层分解、协同编制、动态反馈、逐级下发、变更控制、灵活调整及综合管理,形成上下级间型号计划的有序控制与反馈、同级单位间进行型号计划的有序协调的工作模式。在多项目管理方面,重点研究多项目组合分析技术、多项目组合状态的跟踪技术,研究对多项目的生产资源、组织资源、技术资源等进行优化和组合的技术。目前已在技术途径上取得了研究的突破。
(6)支持创新设计的知识管理技术的方法研究
以总体结构和发动机的各类知识模板的建立为重点,研究围绕设计活动过程知识的流动、转换、融合和重用的运行模型以及不同设计任务中的知识应用模型,通过基于推拉混合模式的知识应用技术,使设计人员方便、快捷和准确地获取相关知识,用以指导复杂产品的设计、优化和分析活动。在总结以往运载火箭设计和研制经验的基础上,主要针对产品图纸、产品模型等方面进行了调研分析和模版设计,并对知识模板进行了初步的技术研究,为实现复杂产品设计模式,包括总体结构、发动机等各类知识模板提供了有效的数据依据和可靠的质量保证。
(7)物资选用控制技术研究
通过研究完整的物资设计选用流程,利用数据接口与系统间的无缝集成,实现各环节和各系统之间进行衔接的技术方法。提出了物流供应链管理系统与AVIDM系统产品结构树的集成方法,以及物资供应链管理的设计选用数据库与数字化设计软件双向接口的解决方案,目前正处于技术实现阶段。
(8)多企业物流供应链协同配套技术研究
通过研究航天供应链管理平台与数字化综合集成平台间信息的实时交换技术研究,解决设计过程中的选用目录、优选目录、库存信息、配送信息、质量信息和EBOM,试验过程中的库存信息、配送信息、质量信息,制造过程中的库存信息、配送信息、质量信息和MBOM,项目管理过程中的采购计划和生产计划等信息实时动态交互问题。
三、重大应用
研究所取得的成果及建立的应用系统在新一代运载火箭应用,主要表现为:
(1)数字样机并行协同设计应用
在型号结构总体设计方面,通过三维建模,用PRO/E软件完成了新一代运载火箭弹体结构、管路阀门、电缆等系统的结构建模。基于Intralink平台,所有参建单位均不同程度地开展了基于产品结构组织管理数字样机技术的应用研究工作,采用TOP-DOWN设计方法,讨论、分析、解决了总体和分系统总体骨架模型设计阶段出现的诸如参数传递、接口关系、协同关系、基准参照等问题,建立了总体和各分系统的Pro/E骨架模型,实现了全箭模型的统一管理。
共有10多家单位通过协同平台开展三维协同设计工作。包括一院:一部、11所、12所、15所、18所、211厂、703所、101所;七院:692厂;时代电子:激光分公司、光纤分公司、704所;八院:801所、803所、805所、813所、811所;六院:11所。
(2)项目计划管理应用
计划管理系统中的计划分解,全型号一本计划,方案阶段共分解计划3635条。实现计划考核与任务的自动关联,考核量化,计划执行实时监控。涉及的单位包括一院:本部、一部、12所、15所、18所、702所、703所、211厂;六院:11所、101所。
四、取得的效果(效益)
(1)数字样机的并行协同研制取得的效果
        
首次在全型号实现了系统级的全三维数字化协同设计,具有广泛意义;
  v 集成一体化的设计流程,保证了相关性、一致性;

  v 确保了项目组的协同设计、产品更新快;
  v 实现了从设计到出图的数据无缝连接;
  v 提高产品一次成功率;
  v 通过协同设计方法的实施:规范了设计方法,提高了设计过程的协调性,使接口协调时间减少30%以上;
  v 有利于变型设计、型号的系列化设计;
  v 参与项目的设计师队伍已经熟练掌握新设计方法并整理经验形成设计规范,设计水平大有提高,有利于创新设计。
(2)型号项目计划管理取得的效果
  v 推动并实现型号计划编制模版化;
  v 推动并实现型号计划管理跨域化;
       
v 推动并实现型号计划责任唯一化
  v 推动并实现型号计划过程的可视化
               v 推动并实现型号计划考核科学化
  v 推动并实现型号管理流程合理化
               v 推动并实现型号管理观念更新化
               v 推动并实现型号项目管理扁平化
       (3)数据中心的院内外协同取得的效果
  v 建立了适应二级管理模式的集中分布式协同框架;
  v 建立了以产品数据为中心的协同模式;
  v 初步建立了面向型号研制的跨单位协同研制机制;
  v 形成了唯一数据源,实现了整个型号技术状态控制机制;
  v 型号研制过程管理实现了电子化网络化;
  v 减少了人为因素,提高了综合管理能力;
  v 建立了规范化的设计流程,减少了不必要的环节 。
 

 


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