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数字化技术在卫星总装中的应用

发布时间:2019-01-23 04:10 作者:澳门现金网_澳门现

  数字化技术在卫星总装中的应用_专业资料。文章介绍了当前国外数字化装配技术的现状,并从建立卫星数字化装配协调体系、面向装配的并行数字化技术、建立包含数字化装配的仿真过程、数字化装配仿真与协调、装配生产线的工装设计制造技术、装配现场的数字化应用技术和数字化质量控制技术等方面较全面地阐述了卫星数字化装

  80 航 天 器 环 境 工 程 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 第25卷第1期 2 0 0 8 年2月 数字化技术在卫星总装中的应用 熊 涛,孙 刚,刘孟周 (北京卫星环境工程研究所,北京 100094) 摘要:文章介绍了当前国外数字化装配技术的现状,并从建立卫星数字化装配协调体系、面向装配的并行 数字化技术、建立包含数字化装配的仿真过程、数字化装配仿真与协调、装配生产线的工装设计制造技术、装 配现场的数字化应用技术和数字化质量控制技术等方面较全面地阐述了卫星数字化装配技术的研究内容和实施 方案,指出了卫星装配数字化技术的应用将使卫星集成技术能力实现重大突破。 关键词:数字化技术;卫星总装;仿线 文献标识码:A 文章编号:1673-1379(2008)01-0080-04 1 前言 为满足人民群众物质文化生活日益提高的需要 要使 J S F 飞机装配制造过程的周期缩短67 %,其 和国民经济持续发展的要求,国民经济各部门对卫 星通信、资源探测、灾害预报、海洋监察、气象预 报和微重力研究等方面都提出了大量的需求,要求 我国空间技术部门能快速研制出各类应用卫星。我 国空间事业发展正面临着重大机遇,同时也面临着 巨大的竞争和挑战。 AR · 马 中单架周期要从15个月缩短到5个月;工艺装备由 350 件减少到19件,即减少 95 %;制造成本降低 50 %等。当零部件汇集到JSF方案验证机总装基地 ——加利福尼亚州帕姆戴尔时,已见不到通常伴随 在飞机生产线上的巨大型架,取而代之的是一种通 用支架,用它支撑 J S F 的主要部件,利用 4 部Zeiss 激光跟踪仪进行空间定位 和其他装配工 作,并取得了很好的效果。随着 X - 3 2 装配工作 的进展,工人们开始佩戴一种挂在腰间的微型计 算机,该机通过单目镜片,能把装配顺序和装配 好的部件状态投射到正在装配部件的上方,让工 人方便直观地进行装配工作,无需再细读图纸,翻 阅工艺文件,使装配周期缩短 50 %,成本降低30 %~40 %[1] 。 在航天领域,美、俄、欧洲等航天部门和宇航 公司也非常重视卫星总体仿真与演示验证,它们所 建立的总体仿真与演示验证系统在卫星研制中发挥 着重要作用。美国NASA所属JPL的飞行系统测试平 台(Flight System Testbed,FST),Langley研究中 心的SPASIM(Spacecraft Simulation)、俄罗斯能 源科学生产联合体(NPO Energiya)的综合仿真测 试平台(KMC)以及德国VEGA信息技术公司开发 的仿真的卫星(Simulating Spacecraft)等是20世纪 90年代卫星装配数字化技术发展的综合反映。 面对国家的需求,我国的航天企业无论是在研 制能力、快速响应能力和批生产能力上都还存在着 来越高以及产品技术指标与用户需求尚有差距。 在卫星装配中应用数字化技术,将使我国航天 产品的研制发生观念性的改变,促进企业管理体 制、型号研制过程的一系列变革,并向着开放式 的、具有快速应变能力、创新能力的现代型企业方 向发展。 2 国外数字装配技术的现状 从20 世纪 8 0 年代后期以来,随着 CAD/CAM、 计算机信息技术和网络技术的发展,美国首先在航 H YF 空领域研究并采用了数字化装配技术。这项技术以 全面采用数字化产品定义、数字化预装配、产品数 据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志,从 根本上改变了传统的飞机设计与制造方式,大幅度 提高了飞机设计制造技术水平。洛克希德 ———————————— 收稿日期:2007-05-30;修回日期:2007-06-16 第1期 熊 涛等:数字化技术在卫星总装中的应用研究 81 作者简介: 熊 涛(1967-),男,高级工程师,主要从事载人飞船的总装工艺技术工作。联系电线。 SO FT 明显的差距,主要表现为研制周期长、研制成本越 W E 丁公司在研制 JSF 战斗机 X-35 过程中明确提出: CO .,L TD 理规范 NASA于1998年开始进行智能化综合工程环境 (ISE: Intelligent Synthesis Environment)的研究 工作。ISE是数字样机技术的进一步发展,本质上 是SBD理念的外延,它通过把近几年来产生的前端 技术(如高性能计算机、高速网络、数字化产品、 Knowledge Based Design和Knowledge Based Engineer)技术、人工智能、 PDM和人-机交互技 术)有效地组合在一起,形成一种跨地域的虚拟协 同环境,在此平台上进行设计综合和航天产品的设 计、试验和样机制造。ISE是一种全新的设计、制 造理念,它的思想比较真实地反映了航天产品研制 的实际情况,它的成功将大大提高卫星研制的快速 反应能力,节省卫星的研制成本,提高卫星的质 量。据洛克希德·马丁公司在ASSIST计划(一个 类似于ISE的智能综合工程先期验证系统)的目标, 分系统设计的工时减少 50 %,成本减少15 %,发 射准备时间减少50 %,地面试验减少50 %。 认识: 3.2 必须建立一整套的规范来约束企业各部门之 制度等内容,使卫星装配可以通过工作流来驱动 工程设计与制造事件,实现数字化装配过程的自 动化。 面向装配的并行数字化定义技术 数字化装配应从数字化预装配开始,其基础是 并行数字化定义技术,在面向装配的设计和分析环 境中,需要包含的主要功能为:产品定义系统、早 期计划、总装工作流程模拟、基于文本/3D 模型的 工艺计划、装配分析、人机工程模型、数字化质量 保证、3D工作指令向 MES 系统传递、执行。 成产品结构件的建模、产品结构的工艺分析、数字 样机装配仿真、数字化装配过程设计以及数字化工 艺装备定义等工作。而装配仿真、装配过程设计和 工装设计直接影响到产品的可装配性,因此,实现 并行产品数字化定义将能有效地减少因设计错误或 返工引起的更改,从而提高装配件生产质量,缩短 装配周期,降低生产成本。 3.3 建立包含数字化装配仿真过程 需要为并行数字化设计建立设计规范,明确设 计人员与工艺人员的分工和责任,确定设计人员与 工艺人员进行数字化设计和装配模拟仿真的工作内 容和基本方法。 (1) 产品结构的模块化设计 在并行产品设计过程中,需要采用模块化设计 的方法,结合结构设计、工艺设计、工装设计人 员,按照模块化思路进行组织,实现设计过程和装 配过程的部件化、节奏化。 ( 2 ) 产品结构的广义数字化定义 明确并行工作组内的装配工艺设计人员与其他 设计人员进行协同产品设计开发的内容与方法,以 确保制造过程中数据信息的完整性和广泛性。 ( 3 ) 协同环境下的产品模型数据管理技术 协同环境面临着产品异地数据不一致的问题, 需要采用产品数据管理系统来统一管理异地的产品 数据。应用产品管理技术可确保产品数据的唯一 从国外装配技术的发展,我们不难得到这样的 数字化技术的应用不仅从软、硬件的角度出 程,以产品数据集为中心,利用数字化设备和装配 仿真技术,使生产线上的产品在装配过程中真正得 到有效控制。利用该技术可以建立起一套有效的产 品结构及产品发放过程控制机制,建立相关的工作 规范和制度,保证卫星装配所需的数字量信息的正 确传递。 3 3.1 数字化卫星装配技术应用研究内容 建立卫星数字化装配协调体系 (1) 建立基于企业网的协同工作环境 建立企业内部的网络化协同工作环境,其范围 要涵盖设计部门、工装设计制造部门、零部件制造 部门、装配部门等主要使用单位,以便装配部门能 够及时有效地与其他部门进行沟通和协同[3]。 H YF ( 2 ) 卫星产品结构管理与控制技术 由于一种基本平台型号的卫星有众多改型,为 了解决重用性的问题,需要进行产品的构型管理, 实现按照颗次管理的要求。 ( 3 ) 建立企业各部门间通过网络进行协调的管 SO FT W 发,更重要的是融合了所有设计、制造的数字化过 AR E 在进行并行的产品数字化定义结束前,需要完 CO .,L 间的工作,包括数字签名 审核制度、工作流控制 TD 82 航 天 器 环 境 工 程 2 0 0 8 年第25卷 性,实现单一产品数据源管理的要求。 3.4 数字化装配仿真、协调与数字化 装配过程优化设计、卫星数字化预装配是在数 字化产品定义的基础上利用计算机模拟装配的过 程。它主要用于在研制过程中及时进行静、动态界 面设计和干涉检查、工艺性检查、可拆卸性检查和 可维护性检查。采用数字化装配技术可以有效地评 价产品的可装配性,减少因设计原因造成的更改或 返工,缩短研制周期,降低产品成本,提高产品竞 争能力。 产品的数字化装配过程设计分为:装配顺序的 生成和优化;装配路径规划和优化;容差分析与综 合;装配过程仿线]。首先利用装配过程模拟 软件对产品的部件进行装配过程定义,确定部件所 属各零组件的装配顺序;而后模拟工厂现有装配条 件和工段工作安排,进行装配路径的调整和优化; 最后在数字化装配仿真系统中进行装配过程仿真, 即利用仿真软件的人机工程等虚拟技术,确定装配 过程的可操作性和合理性,解决数字化产品模型装 配过程中所遇到的干涉问题。 最终总装配以及卫星的整星测量等工作,从而提 高卫星装配的整体质量。 ( 2 ) 数字化多层制作技术 为提高多层制作质量和速度,需要采用 CAD/ CAM技术,实现多层专业化、数字化制作。 此外,由于CAD 模型与数控裁剪设备模型表 达不同,因此还需要实现CAD 模型到数控加工模 型的自动转换,以保证数控多层制作技术的应用效 率。 ( 3 ) 现场工人的可视化装配技术 要实现数字化装配,必须建立有效的数字量传 递机制,将产品几何信息和非几何属性信息(如装 操作者手中,并且保证操作者能够采用某种可视化 技术读取这些信息。这就要求建立生产现场工人通 信系统和可视化阅览系统,需要解决的问题是现场 工人的移动通信技术和操作可视化技术,使工人能 够准确、迅速地查阅装配过程中需要的信息,提高 装配的准确性和装配效率,缩短装配时间,降低装 配成本[5]。 3.7 数字化质量控制技术 以条形码技术、数字样机跟产技术、电缆自动 化导通系统等先进数字化技术的应用,实现总装过 程质量控制的数字化,建立全数字化的质量信息档 案,达到对型号产品总装质量精确控制的目的。 配顺序说明或动画、装配产品结构等信息)传递到 目前,我国已开展了虚拟装配技术的研究,利 用计算机完成了卫星装配过程的模拟。 3.5 在数字化设计和装配生产条件下,工装的设计 需要适应卫星产品新的装配方法和装配过程,以达 到与数字化装配过程的相互协调。 3.6 装配现场的数字化应用技术 为解决目前装配生产中数字化不连续和数字化 率不高的问题,需要从网络环境改造和现场计算机 应用着手,建立从企业数据服务中心到车间现场的 网络环境,将装配过程指令、产品结构表、装配检 验模型等信息内容直接传递到操作现场,最大限度 FT 适合数字化装配生产线的工装设计制造技术 W SO YF 地提高工作效率 。 [4] 装配现场的数字化应用技术主要包括以下 3 个方面: ( 1 ) 数字化精度测试技术 利用Indoor-GPS等先进测试设备,对总装厂房 H 进行精度覆盖,完成卫星部件的直接安装、卫星的 AR 4 体系; 一方面,需要建立数字化装配仿真和数字化装配过 程设计的软、硬件环境及其相应的规范体系;另一 方面,需要利用数字化设备改造现有的卫星装配生 产模式,建立现场可视化装配环境和数字化精度测 试环境。 具体内容包括: (1) 建立数字化装配仿线) 建立并行设计网络及共享数据库环境; (3) 建立数字化装配仿真的相关标准及其规范 (4) 建立数控多层制作中心; (5) 建立以Indoor-GPS技术为辅助工具的卫星 E 实施方案 实现卫星数字化装配需主要从两个方面着手: CO .,L TD H 装配检验系统; YF FT W AR E CO SO .,L TD 第1期 熊 涛等:数字化技术在卫星总装中的应用研究 (6) 建立卫星装配现场工人可视化信息系统; (7) 制定数字化设备的工作规范。 险,降低技术协调成本;可提高企业在产品开发研 制方面的快速应变能力;提高产品的技术创新能 力,为新型号的研制开发奠定坚实的技术基础,提 高我国卫星在国际上的竞争能力。 卫星装配数字化技术的应用将使卫星装配周期 缩短 50% ;通过数字化预装配和装配过程仿真与 优化技术替代零部件装配试验,预计可降低研制成 本 30% 以上;有效地减少装配缺陷和产品的故障 率;减少装配过程反复,减少人为差错,减少因装 配干涉等问题而进行的重新设计和工程更改;提高 信息和资源的共享,减少资源的浪费;实施并行工 程将强化各部门的协调能力,减少技术决策风 5 结论 [ 1 ] 樊建忠. 使企业走向未来的 Intranet[J]. 微电脑世界, 1997 (4) [ 2] 沈斌, 等. 虚拟制造及其体系结构[J]. 成组技术与生产 现代化, 1994 (4) : 24-31 M]. 1997-03 造, 2004(5): 115 [ 3 ] 张袁, 李君. Internet Server安装与Home page 设计[ [ 4] 刘艳琴. 现代制造技术—数字化工厂[J]. 机械设计与制 H YF SO FT W AR E CO 参考文献 ( References) .,L TD 83

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