一种机械总体与结构的协同化设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种航天器机械总体与结构的协同化设计方法，属于航天器数字化设计领域。具体步骤包括：采用自顶向下的设计思想，设计时从系统角度入手，从产品的顶层功能和性能入手，确定产品的组成、相互关系和实现方式，首先形成顶层设计方案；将三维模型按照成熟度划分为构型层、舱段层、表达层、设计层四个层次；机械总体和结构的协同设流程分为两个阶段；接口信息的传递采用三维模型结合说明文件的形式进行传递。本方法省去了相互转化过程，提高了接口信息的易理解性，减少了设计过程中的错误率，提高了工作效率。
【专利说明】一种机械总体与结构的协同化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天器数字化设计领域，具体涉及一种航天器机械总体与结构的协同 化设计方法。
【背景技术】
[0002] 在航天器的设计中，航天器机械总体设计师要与结构设计师进行大量的协同，确 定航天器结构上的孔位信息、局部开口信息等各种接口信息，结构设计师在接受到这些信 息后才能进行下一步的详细的结构设计。目前这种接口信息仍然使用二维图纸加说明文件 的形式进行传递，主要步骤如下：
[0003] (1)机械总体设计师将各种接口信息表达在机械总体三维模型中；
[0004] (2)接口信息在机械总体三维模型中确认无误后，机械总体设计师将其转换成二 维图纸，并编写说明文件将其传递给结构设计师；
[0005] (3)结构设计师在接受到二维图纸和说明文件后，以此为依据进行接口信息的详 细设计，并表达在结构三维模型中。
[0006] 随着航天器结构设计任务趋于复杂，三维模型在航天器设计中的全面应用，这种 设计方法存在着以下几个缺点：
[0007] (1)效率不高：这种接口信息传递需要进行两次三维信息与二维信息的相互转 换，需要消耗大量的时间，效率不高；
[0008] (2)易引发错误：以二维图纸作为信息传递的形式可理解性差，容易造成信息的 丢失，因此设计错误；
[0009] (3)关联性差：当机械总体三维模型中的接口信息与结构三维模型中的接口信息 关联性差，当机械总体设计师对机械总体三维模型中接口信息进行更改时,需要同时进行 二维图纸的更改，结构设计师再将结构三维模型中的接口信息进行更改。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的提供一种航天器机械总体与结构的协同化设计方法，使机械总体设 计师与结构设计师之间的协同更加高效，接口信息关联性更强，以适应基于三维模型的航 天器协同设计模式。
[0011] 为实施上述目的，本发明采用自顶向下的设计思想，将航天器三维模型划分为四 个层次，逐层细化，在此基础上规定了机械总体与结构之间的协同设计流程，明确了机械总 体设计师与结构设计师协同设计建模的具体要求，确保了接口信息之间的高效准确传递， 提高了航天器三维数字化建模的效率和模型的准确性。具体方案如下：
[0012] (1)采用自顶向下的设计思想，设计时从系统角度入手，从产品的顶层功能和性能 入手，确定产品的组成、相互关系和实现方式，首先形成顶层设计方案；然后下一级子系统 根据上级要求的设计参数和设计边界进行子系统内部的细化设计。按照这个方式对系统目 标层层分解，最终实现整个系统的设计。
[0013] (2)将三维模型按照成熟度划分为构型层、舱段层、表达层、设计层四个层次，逐层 细化，形成从整器级别到零部件级别的不同功能的模型。
[0014] (3)机械总体和结构的协同设流程分为两个阶段：方案协调阶段、详细设计阶段。 前一阶段在前三层模型上开展，结构与机械总体进行状态协调，最终形成机械总体对结构 的技术要求；后一阶段结构与机械总体分开进行，结构进行零部件详细设计，机械总体进行 管路、电缆、内装饰等详细设计，并定期进行双方的干涉检查，发现问题立即进行微调。
[0015] (4)接口信息的传递采用三维模型结合说明文件的形式进行传递，三维模型主要 用于传递产品的几何信息，通过发布几何的形式传递，传递之后与三维模型直接关联使用。 说明文件主要用于对三维模型进行说明、在文件中明确所发布模型的文件名、版本、基准坐 标系发布几何的名称、以及未在模型中体现的其它要求。
[0016] 本发明所采用的结构协同化设计方法取得的有益效果是：
[0017] (1)接口信息直接在三维模型直接进行传递，省去了两次三维信息与二维信息相 互转化过程，提高了工作效率；
[0018] (2)接口信息不用再从三维模型转换成二维图纸，提高了接口信息的易理解性，减 少了设计过程中的错误率。
[0019] (3)接口信息在机械总体三维模型与结构三维模型之间相互关联，接口信息的更 改更加快捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1机械总体-结构三维协同设计流程；
[0021] 图2接口模型的命名示例图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明进行进一步的说明：
[0023] 将三维模型按照成熟度划分为四个层次，逐层细化，形成从整器级别到零部件级 别的不同功能的模型。各层模型包含的内容如下：
[0024] 第一层模型为构型层，主要包含大系统接口、整器构型、舱段分界面等顶层信息；
[0025] 第二层模型为舱段层，主要包含单个舱段的结构参数设计和各区域仪器设备重量 分布；
[0026] 第三层模型为表达层，主要进行结构参数和部装的设计和仪器设备布局的设计；
[0027] 第四层模型为设计层，主要进行零部件和机械总体的详细设计。
[0028] 下一层模型在上一层模型的基础上进行细化，各层模型各自形成装配，避免同一 零部件的多层模型重叠在一起。
[0029] 在将三维模型划分为四个层次的基础上，进行机械总体与结构的协同设计，协同 设计流程如图1所示。机械总体设计师向结构设计师提出的要求主要包括总体构型、舱段 分界面、局部开口、设备安装接口、设备布局和外形、重量分布等，结构设计师向机械总体设 计师提供的几何信息主要包括由结构定义的设备安装面、结构装配的外形等。在第一层模 型中，机械总体设计师在模型中通过发布几何向结构设计师提出总体构型要求，同时明确 舱段分界面和舱段坐标系。在第二层模型中，机械总体设计师在模型中通过发布几何向结 构设计师提出局部开口要求，通过专用模型向结构提供设备初步布局，通过技术文件向结 构设计师提供重量分布情况；结构设计师在模型中通过发布几何向机械总体设计师提供由 结构定义的设备安装面及相应坐标系。在第三层模型中，机械总体设计师在模型中通过发 布几何向结构设计师提出舱壁上的设备安装接口要求、舱内次级结构上的局部开口要求， 在技术文件中向结构设计师提出舱内次级结构上的设备安装孔表，对于其它在模型中不易 提出的要求，一并在技术文件中提出；结构设计师采用专用模型机械总体设计师提供结构 装配的外形信息和重量信息。在第四层模型中，结构设计师和机械总体设计师进行各自的 详细设计。
[0030] 在协同流程中，机械总体设计师和结构设计师之间采用接口模型结合技术文件来 交换信息，接口模型主要用于传递产品的几何信息，技术文件主要用于对三维模型进行说 明、对模型的状态进行控制以及对模型中未包含的信息进行补充。
[0031] 接口模型是一种特殊的骨架模型。机械总体设计师与结构设计师在每层进行协同 设计时，将交互的信息形成发布几何，所有的发布几何均汇总到接口模型中。接受方接到接 口模型后，即将本方的三维模型直接关联到发布几何上，从而使协同设计双方的三维模型 形成交互，保证关键信息的一致性。为保证接口模型的一致处理，对接口模型的名称进行规 范，名称包括型号代字、模型层次、接口内容、类型标记四部分，类型标记为"JK"，接口的命 名示例见图2所示。错误！未找到引用源。
[0032] 当某一层模型设计完成时，发布方在Avidm文件管理系统中出一份模型说明文 件，明确接口模型的版本、接口几何的清单等发布信息，并由对方技术负责人确认。如果要 修改已发布的模型，则需首先在Avidm中更改该文件，更改流程中应包含对方技术负责人 的会签。文件更改完成后方可进行模型的修改。
【权利要求】
1. 一种航天器机械总体与结构的协同化设计方法，其特征是：具体包括如下步骤： (1) 采用自顶向下的设计思想，设计时从系统角度入手，从产品的顶层功能和性能入 手，确定产品的组成、相互关系和实现方式，首先形成顶层设计方案；然后下一级子系统根 据上级要求的设计参数和设计边界进行子系统内部的细化设计。按照这个方式对系统目标 层层分解，最终实现整个系统的设计； (2) 将三维模型按照成熟度划分为构型层、舱段层、表达层、设计层四个层次，逐层细 化，形成从整器级别到零部件级别的不同功能的模型； (3) 机械总体和结构的协同设流程分为两个阶段：方案协调阶段、详细设计阶段。前 一阶段在前三层模型上开展，结构与机械总体进行状态协调，最终形成机械总体对结构的 技术要求；后一阶段结构与机械总体分开进行，结构进行零部件详细设计，机械总体进行管 路、电缆、内装饰等详细设计，并定期进行双方的干涉检查，发现问题立即进行微调； (4) 接口信息的传递采用三维模型结合说明文件的形式进行传递，三维模型主要用于 传递产品的几何信息，通过发布几何的形式传递，传递之后与三维模型直接关联使用。说明 文件主要用于对三维模型进行说明、在文件中明确所发布模型的文件名、版本、基准坐标系 发布几何的名称、以及未在模型中体现的其它要求。
【文档编号】G06F17/50GK104217052SQ201310221035
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】谷巍, 刘刚, 游进, 贾东永, 周强, 郝平, 赖松柏, 韩彬 申请人:北京空间技术研制试验中心