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信息技术如何为中国航天型号研制赋能?
来源: admin  Time2020-06-29

  伴跟着航天职业的敏捷发扬,航天器年度发射量呈爆炸式拉长。奈何借助敏捷发扬的消息本事,通过工业化、消息化的深度协调,为航天器研制形式和交易流程优化赋能?本期实质,咱们采取了新一代载人飞船试验船和长五B运载火箭行为案例,心愿借此揭示消息化本事正在型号上的利用成绩。

  5月5日18时,新一代载人飞船试验船正在长征五号B运载火箭的托举下告成进入预订轨道。22时,试验船迎来唆使机第一次燃烧的环节节点。飞控大厅里,试验船义务策划职员紧盯大屏幕上的及时轨道数据,亲热闭切试验船的飞步履态。正在接下来的两天中,试验船达成了9次变轨,行为众,难度大。

  航天科技集团运用消息化技巧助力新飞船研制及翱翔全经过。全三维研制形式和仿真体例,让试验船从硬件到成效功能都告终数字化仿真,越来越贴近一台“数字化飞船”;小到元器件和电缆接口的数字化办理,大到从北京到文昌的长途测试及飞控维持,消息化技巧的利用为试验船的研制及正在轨翱翔保驾护航。

  新一代载人飞船试验船采用全三维研制形式,通过搭修数字样机,让试验船“所睹即所得”。

  “之前咱们都是用手工绘图,正在脑海里构想打算,经过漫长、空洞,到下一步工艺职员意会也容易形成差错。”试验船机闭机器主管打算师杨永彬先容,五院载人总体部从2012年着手逐渐向三维研制形式迈进,此次新飞船试验船更是最大水平运用了三维数字化的研制形式。“咱们采用全三维的协同打算流程,告终了从计划打算到工艺、制作、总装全流程的三维研制形式。”

  新飞船机闭件体例告终无纸化打算,舱体机闭件也着手三维模子下厂,管途、电缆等差异体例可并行推动,“流程化、圭臬化、可视化,让咱们管事结果更高,打算成家度也更高,节减了打算经过的再三。”经验过手工制图的“未便”,杨永彬对三维研制形式的上风深有领略。

  不仅是硬件机闭上的仿真,试验船还应用呆板讲话告终了对GNC成效、推动成效、能源成效平分体例重心成效的修模及测试验证。

  正在飞船研制阶段,成效修模与功能仿真体例使“数字飞船”机、电、热、消息等成效周备,物理架构、兴办接口、体例手脚等方面与切实产物相似,还笼罩了配套的环节兴办。该体例维持了试验船论证阶段各成效体例计划仿真验证和优化管事。

  试验船体例总体主管打算师和数字化职掌人彭坤先容,正在计划打算阶段,成效仿真体例增加了以前打算中的不敷,提前验证计划准确性,节减再三修削的时候;正在实质翱翔经过中,通过领受及时遥测数据,对实质翱翔中的外部情况举行模仿,真正的飞船正在天上翱翔,“数字化飞船”正在地面仿真模仿,为飞船提前推演后续翱翔情况。

  试验船试验队进驻中邦文昌航天发射场时代,正逢新冠肺炎疫情正在世界伸张。试验队压缩进场人数,由原宗旨进场的195人,变为实质进场102人,节减了近50%的职员,给试验场的管事带来了不少题目。这段时候,长途测试平台助了大忙。试验队队长黄震先容,“长途测试的链途一搭起来,咱们第有时间就敏捷运用上了。”

  试验船发射告成后,文昌发射场职员留正在原地,救济北京飞控中央,与北京职员协同值班,平昔到返回舱安然返回。黄震注脚,“前期简直全部主任打算师都正在发射场,后期务必通过长途测试汇集,将前后方的体味和才干连合起来,保险飞控管事顺手举行。”

  别的,全新的自愿化测试2.0版本正在试验船上初次利用,贯穿试验船研制打算全阶段。该版本将可模块化、序列化的成熟标准和形式提炼出来、固化下来。同时,软件化打算细则、维持自愿判读等成效的利用,也消重了人工编排测试细则的难度和时候本钱,大大进步测试结果。

  新一代载人飞船试验船的研制时候仅短短3年。试验船本事职掌人杨雷曾先容,此周期仅相当于同样庞杂产物一半的研制时候。

  研制周期短,本事难度大,就要向时候要结果,靠革新找本领。为了合适新的研制形式需求,试验船发展了众项研制流程优化。比如,电总体体例解除了整船微波暗室的EMC的实物试验,由体例级电磁兼容数字化仿真取代。“原先从打定到最终达成起码需求一个月以上,现正在应用数字化技巧,通过单机、兴办仿真举行试验识别,一周把握就能搞定。”电总体主管打算师陈瑞勋先容。

  试验船分体例众、单机众、厂家众,元器件起源组成庞杂,办理难度大。试验船团队开垦了“载人航天器元器件消息办理体例”,应用消息化技巧来进步元器件消息的运用结果。

  试验船配套有200众根低频电缆,电缆分支高达2000余个,电缆分支众且走向庞杂。为进步电缆网打算管事质地,试验船总体总装开垦了电缆智能结构体例,典范电缆打算输入,将繁琐的人工操作自愿化,创修了最优途途算法,加倍合理敷设电缆。大大缩短打算周期,同时打算结果准确率到达100%,彻底管理了漏标、错标的初级毛病,避免了打算的再三,大大擢升管事结果,保险了管事质地。

  彭坤外现,通过消息化和数字化技巧,进步了打算管事结果、优化了打算计划、缩短了研制周期、避免了人工操作带来的低宗旨题目;同时通过将试验船的物理架构转化为数字化模子,可深宗旨摸清试验船特征,采用数字化仿真取代某些物理试验,并能对试验船后续状况举行预示。

  5月5日18时,中邦文昌航天发射场,长征五号B遥一运载火箭准时燃烧,渐渐升空,随后聪明回身,飞向东南方。约8分钟后,火箭将飞船精准地送入预订轨道,首飞义务赢得完备告成。

  实质上,正在航天科技集团一院总体打算部的三维数字样机本事试验室里,长五B火箭升起的场景仍旧浮现了上百次。火箭翱翔能够碰到的种种处境、火箭自己能够的再现,均提前正在策画机中模仿出来,成为验证、优化总体打算的依照,从而早为之所地管理诸众困难。

  一院正在长征五号、长征七号运载火箭研制经过中酿成的众项数字化成绩,全体利用于长五B火箭。行为一型数字化运载火箭,长五B从每一颗螺钉到全箭甚至发射场满堂例,都了如指掌地展现正在电脑屏幕上;从打算、试验、制作到总装总测,都正在“虚拟全邦”提前走了N遍,很众题目得以提前觉察、提前管理。

  众年前,运载火箭的全部产物打算都要画正在二维图纸上,每个产物还要从差异视图不同画出里里外外的形貌,既不简单修削,也不简单出图和后续出产。长征五号系列火箭的零部件总数跨越10万个,打算、出产难度也大大进步,团体管事量是以往火箭的3.5倍把握。

  要驾御这么大的管事量,务必采用三维数字化技巧。一院总体打算部长五系列火箭数字化主任打算师皮赞先容,运用数字化模子形容产物极度精准,打算职员动动鼠标,种种产物随之精准定位,所睹即所得。基于学问工程的三维数字样机界说本事,型号总体骨架打算、电缆敷设、管途结构、蒙皮桁条打算、贮箱机闭打算经过中所积攒酿成的打算学问、体味、本领和流程均得以固化,大幅进步了打算结果和质地。

  “长五系列火箭采用数字样机质地验收,按分体例对单机、总体对分体例的规定逐级举行,告终了数字样机质地的有用担任与量化评估。”一院总体打算部长五系列火箭数字化副主任打算师王哲说,“型号通过电子流程告终了三维模子的打算、更改和分发的经过受控,以三级审签的阵势各司其职,确保了数字样机打算的质地。”

  火箭部件达成数字化打算后,下发到总装车间的也不再是平面图纸,而是三维模子,工人们正在总装前就能看到产物最终的容貌。

  长五系列火箭芯级直径到达5米级,而我邦液体型号直径的上一次逾越,还要追溯到1965年着手研制的春风五号。

  曾列入春风五号总装的一名老工人纪念,当时总体打算职员到工场和工人一块钻研正在哪摆放弹上的种种部件、单机、管途,工人们用旧箱子、废铁管摆来摆去,众人一块探求出既满意成效恳求又便于总装的结构。这一经过叫实物模装。

  进入新一代运载火箭研制时候,直径从3.35米逾越到5米,实物模装费时吃力结果低;若不模装可能率会有插手题目。所谓插手,便是“你的单机占了我的地、我的管途挡了你的途”之类的打算冲突题目。以前,各样产物打算单元之间要靠纸质文献闭系,艰难的传达管事让各单元的产物正在总装前很难“会晤”。

  告终新逾越,要有新技巧。有了三维数字化技巧,就可能变实物模装为数字模装。通过“三维总装数字仿真”,打算师可能提前觉察并管理插手题目,避免返工,缩短研制周期。正在举行本事协和时,各打算单元之间利用数字化三维协同打算平台,高效传达数据范畴巨大的产物模子,潜匿的打算冲突得以提前觉察并管理。

  一院总体打算部长五系列火箭数字化主管打算师郭逸婧先容,除了静态插手题目,采用三维数字化技巧还可能扫描唆使机实物以获取基于实物的模子,举行唆使机虚拟摆动试验,觉察动态插手题目。对付火箭升起时难以捉摸的升起飘移题目,同样可能采用仿真技巧,归纳火箭、行径发射平台、地面兴办措施等众个人例举行升起安然预示,从而规避火箭升起经过中与发射塔架碰撞的危害。

  与此同时,型号上还采用了“人机工程安装仿真”,把总装职员和他们的操作放到“虚拟全邦”里,和虚拟的火箭一块合练,连通虚拟与实际、科研与出产。带上VR眼镜,总装操作职员可能身临其境界举行操练,提前走一遍操作全程。到了实物总装以及发射场面练、翱翔义务阶段时,插手题目根基倾轧,各项操作待时而动,管事结果大幅进步。

  总共字化又有一个苛重上风,便是面临研制、试验义务中的种种突发处境,可能辅助研制职员连忙协议和验证管理计划,维持决议,从而控周期、保节点。

  2019年,长五系列火箭芯级运用的大推力氢氧唆使机跋涉过困苦的归零经过,毕竟到达了可能上箭试飞的圭臬。

  然而,改良后的唆使机产物交付总装时,与之成家的长五遥三、长五B遥一等运载火箭其余片面已达成总装。若按惯例体例、正在火箭秤谌状况下更调唆使机,管事周期太长,将吃紧影响接下来的发射宗旨。于是,型号部队决策正在火箭笔直状况下更调唆使机。

  这是我邦初次为笔直状况下的5米大直径火箭芯级更调唆使机,从火箭正在厂房中起竖到详细更调唆使机的每一项操作,都务必战战兢兢,不影响火箭已总装片面的状况。

  面临笔直更调唆使机的重重穷苦,数字仿真派上了大用场。打算师们正在电脑中模仿了更调唆使机的全经过,每一个行为、产物时时刻刻的地位状况都历程提前操练,操作的难点、危害点被提前寻找。操作职员同样可能运用VR本事提前熟习操作流程,确保实质操作一次告成。

  目前,一院正正在研制长征八号等新一代运载火箭,并对重型运载火箭等后续型号举行深化论证与环节本事攻闭。长五B火箭秉承先期型号体味、集成众种数字化技巧的研制进程,也将为其他型号的数字化研制管事供给贵重体味。

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