運載火箭數(shù)字化工程

第1章 概論………………………………………………………… 1
1.1 產(chǎn)品數(shù)字化研發(fā)概念………………………………………… 2
1.2 航天型號數(shù)字化研制發(fā)展歷程……………………………… 4
1.3 航天產(chǎn)品數(shù)字化研制專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域………………………… 6
1.3.1 面向型號研制的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展框架………………… 6
1.3.2 數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域…………………………………… 8
1.4 國外軍工產(chǎn)品數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀……………………… 14
1.4.1 多學科并行協(xié)同設(shè)計仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用……… 14
1.4.2 虛擬設(shè)計與仿真驗證技術(shù)發(fā)展應(yīng)用………………… 17
1.4.3 基于知識工程的設(shè)計技術(shù)發(fā)展情況………………… 21
1.4.4 數(shù)字化制造技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用情況…………………… 23
1.4.5 數(shù)字化試驗技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用情況…………………… 24
1.5 國內(nèi)航天產(chǎn)品數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀……………………… 26
1.6 數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢和特點……………………………… 27
第2章 運載火箭的系統(tǒng)組成與研制流程………………………… 29
2.1 運載火箭發(fā)展歷程及系統(tǒng)組成…………………………… 29
2.1.1 運載火箭發(fā)展歷程…………………………………… 29
2.1.2 運載火箭系統(tǒng)組成…………………………………… 37
2.2 運載火箭數(shù)字化研制流程………………………………… 40
2.2.1 運載火箭全數(shù)字化產(chǎn)品型號研制階段……………… 40
2.2.2 全數(shù)字化產(chǎn)品型號研制的特點……………………… 43
目 錄
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2.2.3 運載火箭數(shù)字化研制流程…………………………… 44
2.3 運載火箭研制特點分析…………………………………… 46
2.3.1 運載火箭產(chǎn)品數(shù)據(jù)對象的復(fù)雜性特點……………… 46
2.3.2 運載火箭設(shè)計過程特點……………………………… 48
第3章 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)…………………………………………… 54
3.1 概述………………………………………………………… 54
3.2 自頂向下設(shè)計方法………………………………………… 54
3.2.1 自頂向下設(shè)計方法原理……………………………… 55
3.2.2 運載火箭總體三維數(shù)字樣機Top Down
設(shè)計應(yīng)用……………………………………………… 62
3.3 運載火箭結(jié)構(gòu)數(shù)字化快速設(shè)計…………………………… 74
3.3.1 結(jié)構(gòu)快速設(shè)計流程…………………………………… 74
3.3.2 結(jié)構(gòu)總體快速布局和設(shè)計…………………………… 76
3.3.3 結(jié)構(gòu)初步參數(shù)設(shè)計優(yōu)化……………………………… 78
3.3.4 結(jié)構(gòu)快速建模………………………………………… 81
3.3.5 結(jié)構(gòu)快速分析………………………………………… 87
3.3.6 結(jié)構(gòu)數(shù)字化快速設(shè)計系統(tǒng)…………………………… 90
3.4 運載火箭管路數(shù)字化設(shè)計………………………………… 92
3.4.1 管路系統(tǒng)設(shè)計流程…………………………………… 93
3.4.2 結(jié)構(gòu)布局……………………………………………… 93
3.4.3 管路設(shè)計……………………………………………… 95
3.5 電纜數(shù)字化設(shè)計…………………………………………… 105
3.5.1 原理圖設(shè)計…………………………………………… 107
3.5.2 框圖設(shè)計……………………………………………… 108
3.5.3 線束圖設(shè)計…………………………………………… 110
3.5.4 三維交互……………………………………………… 112
3.5.5 仿真分析……………………………………………… 113
運載火箭數(shù)字化工程
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3.5.6 報表生成……………………………………………… 115
第4章 基于模型的運載火箭設(shè)計技術(shù)………………………… 117
4.1 基于模型定義(MBD)技術(shù)概述………………………… 117
4.2 MBD技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢…………………………… 119
4.2.1 國內(nèi)外MBD技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀………………………… 119
4.2.2 MBD技術(shù)的發(fā)展…………………………………… 120
4.3 基于MBD 的三維標準模型構(gòu)建和體系框架…………… 122
4.3.1 基于MBD的三維標準模型構(gòu)建…………………… 122
4.3.2 基于MBD的三維標準體系框架…………………… 123
4.4 基于MBD的產(chǎn)品設(shè)計協(xié)同機制及協(xié)同信息表達……… 124
4.4.1 基于MBD的產(chǎn)品設(shè)計協(xié)同機制…………………… 124
4.4.2 基于MBD的產(chǎn)品設(shè)計協(xié)同信息表達……………… 126
4.5 基于MBD的數(shù)據(jù)集數(shù)字化定義………………………… 127
4.6 基于MBD的數(shù)據(jù)管理技術(shù)……………………………… 130
4.6.1 基于MBD的BOM 演變關(guān)系和管理過程………… 130
4.6.2 基于MBD的數(shù)據(jù)管理……………………………… 130
4.7 支持MBD的全三維標注CAD軟件…………………… 131
4.8 MBD技術(shù)和三維標注在運載火箭設(shè)計中的應(yīng)用……… 133
4.8.1 三維標注……………………………………………… 134
4.8.2 三維簽審與可視化…………………………………… 135
4.8.3 三維規(guī)范體系建設(shè)…………………………………… 146
4.8.4 三維歸檔……………………………………………… 147
第5章 數(shù)字化仿真技術(shù)………………………………………… 149
5.1 概述………………………………………………………… 149
5.1.1 CAE仿真基本概述………………………………… 149
5.1.2 運載火箭總體設(shè)計的仿真舉例及特點……………… 153
5.2 仿真驅(qū)動數(shù)字化設(shè)計……………………………………… 158
目 錄
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5.2.1 仿真驅(qū)動設(shè)計的理念………………………………… 158
5.2.2 仿真驅(qū)動設(shè)計的優(yōu)勢………………………………… 159
5.2.3 仿真驅(qū)動設(shè)計的主要特點…………………………… 160
5.2.4 構(gòu)建仿真技術(shù)體系…………………………………… 161
5.2.5 基于設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣(DSM)的火箭總體多學科協(xié)同
設(shè)計仿真體系………………………………………… 162
5.3 力學仿真…………………………………………………… 163
5.3.1 流體力學仿真………………………………………… 163
5.3.2 結(jié)構(gòu)動力學仿真……………………………………… 177
5.3.3 力學環(huán)境仿真………………………………………… 199
5.3.4 靜力學仿真…………………………………………… 208
5.3.5 熱環(huán)境仿真…………………………………………… 213
5.4 人機工程仿真……………………………………………… 228
5.4.1 人機工程仿真………………………………………… 228
5.4.2 人機仿真工具簡介…………………………………… 231
5.4.3 虛擬人機仿真技術(shù)在新型運載火箭設(shè)計中的
應(yīng)用…………………………………………………… 232
第6章 數(shù)字化工藝與制造技術(shù)………………………………… 242
6.1 概述………………………………………………………… 242
6.1.1 三維數(shù)字化工藝和制造技術(shù)………………………… 243
6.1.2 國內(nèi)外三維制造平臺軟件產(chǎn)品……………………… 255
6.2 三維數(shù)字化工藝管理……………………………………… 259
6.2.1 三維數(shù)字化工藝內(nèi)涵………………………………… 259
6.2.2 三維數(shù)字化工藝設(shè)計核心技術(shù)問題………………… 260
6.2.3 三維工藝規(guī)劃系統(tǒng)框架……………………………… 262
6.2.4 三維機加工藝規(guī)劃…………………………………… 267
6.2.5 三維裝配工藝規(guī)劃…………………………………… 275
運載火箭數(shù)字化工程
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6.2.6 三維工藝數(shù)據(jù)管理…………………………………… 283
6.3 數(shù)字化加工制造…………………………………………… 286
6.3.1 數(shù)字化加工制造內(nèi)涵………………………………… 286
6.3.2 數(shù)字化加工仿真……………………………………… 286
6.3.3 數(shù)字化生產(chǎn)管理仿真………………………………… 305
6.4 制造資源計劃管理………………………………………… 319
6.4.1 制造資源計劃內(nèi)涵…………………………………… 319
6.4.2 制造資源計劃管理軟件系統(tǒng)………………………… 321
6.4.3 ERP在火箭研制過程中的應(yīng)用……………………… 323
6.5 制造執(zhí)行管理……………………………………………… 326
6.5.1 制造執(zhí)行系統(tǒng)定位…………………………………… 326
6.5.2 制造執(zhí)行系統(tǒng)功能…………………………………… 329
6.5.3 MES在火箭制造中的應(yīng)用………………………… 331
第7章 數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺技術(shù)……………………………… 338
7.1 概述………………………………………………………… 338
7.1.1 協(xié)同設(shè)計概述………………………………………… 338
7.1.2 數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺………………………………… 341
7.2 航天型號并行設(shè)計過程技術(shù)狀態(tài)管理…………………… 347
7.2.1 技術(shù)狀態(tài)的定義……………………………………… 347
7.2.2 基于基線的技術(shù)狀態(tài)管理…………………………… 348
7.2.3 批組技術(shù)狀態(tài)管理…………………………………… 354
7.2.4 階段并行技術(shù)狀態(tài)管理……………………………… 358
7.3 基于CMII的型號產(chǎn)品工程變更控制技術(shù)……………… 366
7.3.1 型號設(shè)計過程更改類型……………………………… 366
7.3.2 CMII更改控制模型………………………………… 366
7.3.3 型號工程更改落實與控制…………………………… 369
7.4 圖文檔生命周期管理技術(shù)………………………………… 375
目 錄
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7.5 跨廠所的數(shù)據(jù)會簽發(fā)放技術(shù)……………………………… 375
7.6 運載火箭協(xié)同設(shè)計平臺應(yīng)用……………………………… 378
7.6.1 總體功能框架………………………………………… 378
7.6.2 產(chǎn)品設(shè)計BOM 結(jié)構(gòu)管理…………………………… 378
7.6.3 型號產(chǎn)品基線管理…………………………………… 383
7.6.4 型號產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)管理…………………………… 384
7.6.5 型號產(chǎn)品設(shè)計變更過程管理………………………… 388
7.6.6 型號圖紙和技術(shù)文件對象管理……………………… 390
7.6.7 同外部系統(tǒng)集成應(yīng)用………………………………… 391
第8章 多學科協(xié)同仿真平臺技術(shù)……………………………… 394
8.1 仿真平臺的概念及主要內(nèi)容……………………………… 394
8.1.1 仿真平臺的提出背景及需求………………………… 394
8.1.2 仿真平臺產(chǎn)品概述…………………………………… 398
8.2 航空航天仿真平臺應(yīng)用案例……………………………… 419
8.2.1 NASAAEE先進工程環(huán)境………………………… 419
8.2.2 普惠ITAPS航空動力總系統(tǒng)集成環(huán)境…………… 420
8.2.3 某航天型號典型艙段結(jié)構(gòu)強度仿真系統(tǒng)…………… 421
8.3 運載火箭總體多學科協(xié)同仿真分析平臺應(yīng)用…………… 423
8.3.1 運載火箭總體多學科協(xié)同仿真平臺的業(yè)務(wù)需求…… 423
8.3.2 運載火箭總體多學科協(xié)同仿真平臺架構(gòu)…………… 426
8.3.3 運載火箭總體多學科協(xié)同仿真平臺應(yīng)用內(nèi)容……… 428
8.3.4 運載火箭總體多學科協(xié)同仿真平臺應(yīng)用技術(shù)……… 440
第9章 試驗數(shù)字化管理技術(shù)…………………………………… 453
9.1 數(shù)字化試驗的概念及主要內(nèi)容…………………………… 453
9.1.1 數(shù)字化試驗的提出背景及需求……………………… 453
9.1.2 試驗數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品概述……………………………… 459
9.2 國內(nèi)外航空航天的試驗數(shù)字化案例……………………… 472
運載火箭數(shù)字化工程
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9.2.1 F 35飛機系統(tǒng)綜合設(shè)施(VSIF)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)………………………………………… 472
9.2.2 固體火箭發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)………… 473
9.2.3 國內(nèi)航天某單位總測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)………………… 476
9.3 運載火箭試驗數(shù)字化平臺應(yīng)用…………………………… 478
9.3.1 運載火箭試驗數(shù)字化平臺的業(yè)務(wù)需求……………… 479
9.3.2 運載火箭試驗數(shù)字化平臺架構(gòu)……………………… 481
9.3.3 運載火箭試驗數(shù)字化平臺應(yīng)用內(nèi)容………………… 482
9.3.4 運載火箭試驗數(shù)字化平臺應(yīng)用技術(shù)………………… 490
第10章 知識工程系統(tǒng)的應(yīng)用探索……………………………… 507
10.1 概述……………………………………………………… 507
10.1.1 運載火箭研制工程對知識管理的需求…………… 508
10.1.2 國內(nèi)外知識管理研究及應(yīng)用現(xiàn)狀………………… 510
10.2 知識工程基礎(chǔ)理論……………………………………… 514
10.2.1 知識工程…………………………………………… 514
10.2.2 TRIZ理論…………………………………………… 520
10.2.3 本體論……………………………………………… 526
10.3 主流知識管理軟件系統(tǒng)………………………………… 535
10.3.1 億維訊的Pro/Innovator…………………………… 535
10.3.2 安世亞太的知識工程平臺PERA.KnowleMan … 538
10.4 運載火箭知識工程體系應(yīng)用探索……………………… 540
10.4.1 知識管理建設(shè)思路………………………………… 540
10.4.2 知識管理應(yīng)用路線………………………………… 543
10.4.3 知識管理平臺軟件架構(gòu)…………………………… 544
10.4.4 應(yīng)用場景…………………………………………… 548
參考文獻…………………………………………………………… 552