基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法与流程

本发明涉及一种基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法。

背景技术：

在我国航天领域中，运载火箭的设计在上世纪90年代以前主要使用autocad来完成产品的结构设计，2001年后，逐步使用pro/engineer软件，利用三维建模完成一定范围的结构设计。近几年，随着基于mbd(model-baseddefinition)技术在航天领域的推广和应用，航天产品的全三维设计制造能力得到了大幅提升。同时，随着国内现役运载火箭高密度发射时期的到来以及新研型号研制周期的不断缩短，装配问题或人机问题越来越多，主要如下：

生产中暴漏问题的更改成本越来越大，为缩短运载火箭研制周期，研制流程越来越倾向于多阶段并行，一个改动关联的产品较多；

突发性事件增多，对快速响应能力要求越来越高；

原理样机及实物产品试安装的经济成本和时间成本上升；

设计师在方案设计时未能充分考虑装配方案和人机问题，相关问题在后期生产过程中出现问题的比例不断提升；

人员年轻化及流动性趋势越来越明显，依靠人员设计经验带来的问题增多；

数字化设计能力原来越强，具备了三维协同装配设计、规划仿真的基本条件。

delmia(digitalenterpriseleanmanufacturinginteractiveapplication)是达索公司研制的面向制造过程、维护过程和人机工程的数字化制造平台，提供了定义、模拟和分析制造过程的各项功能，应用覆盖了汽车制造、航天航空器设计制造和船舶制造等诸多工业领域。基于delmia的三维设计继承口三维模型数据的直观、易懂的优势，同时又使设计、工艺人员能看到产品装配工艺的过程，通过对仿真过程进行分析和交互反馈，缩短设计周期、确保产品方案装配的可行性。在delmia中，建立三维数字样机模装系统，通过全箭和各分系统、单机的三维结构样机，实现全箭三维数字样机的虚拟装配；通过虚拟的交互操作，实现可加工性、可装配性、可操作性、可维护性等性能的虚拟仿真验证。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法，解决传统运载火箭总装方法存在的动态安装过程和人机功效分析无方法解决，总装设计快速响应能力薄弱，原理样机及实物试安装成本太高，设计师经验不易积累，设计方案改动成本越来越高等问题。

为了达到上述的目的，本发明提供一种基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法，包括以下步骤：

1)明确仿真意图：完成仿真类型划分、指定仿真任务颗粒度；2)仿真前准备工作：根据仿真类型划分、指定仿真任务颗粒度准备仿真所需要的产品模型、工具模型、工装模型；3)装配仿真分析：根据所述仿真任务颗粒度完成产品模型、工具模型、工装模型装配，根据所述仿真任务颗粒度分别完成安装顺序仿真、安装过程仿真及人机工程仿真；4)仿真结果输出：根据安装顺序仿真、安装过程仿真及人机工程仿真过程中发现的问题提出安装方案、试安装要求及地面设备保障条件等；5)实物产品试安装：根据安装方案、试安装要求及地面设备保障条件，实物模拟真实安装场景和安装过程，测试和解决仿真中遇到的风险点和不可虚拟模拟的部分。

所述仿真类型划分描述了运载火箭人机仿真任务的特点，包括设计阶段人机仿真、生产阶段人机仿真、突发事件人机仿真；所述仿真任务颗粒度是指根据任务需要，明确仿真过程的详细程度，包括模型的颗粒度、工装的精度及齐套性，环境搭建的颗粒度等；

所述待安装产品模型，应从pdm系统中导出，为经过审批最新受控版本，要求外形接口完整不得缺失；

根据仿真类型划分、指定仿真任务颗粒度准备仿真所需要的产品模型、工具模型、工装模型之后，还包括：在产品所在pdm系统文件夹中创建存储相关仿真信息的仿真文件夹，用于存储所述产品模型、工具模型、工装模型和经验数据；

所述其他产品模型，应为从pdm系统中导出经过审批最新受控的简化模型，或根据审批最新受控版本模型转化的简化模型，设计阶段人机仿真、突发事件人机仿真允许采用包络模型代替；

所述工具模型应当建立相应的工具模型库，包含一般常用的工具模型和定制的工具模型，并根据制造厂生产使用的工具不断完善工具库；

所述工具库，可以建立相关的工具模型管理系统，也可以在pdm系统中创建个人文件夹进行简单存储、管理和使用；

所述工装模型包括从pdm系统中导出经过审批最新受控的地面设备模型以及根据任务需要创建的临时地面设备及工装模型。

所述装配仿真分析一般需要根据实物试安装结果进行回归分析，优化和提升仿真质量。

所述装配仿真分析，设计阶段人机仿真应当保证产品安装为第一位，综合考虑性价比、操作工艺性等，对产品外形、吊具、连接形式、地面设备等提出改进意见；生产阶段人机仿真、突发事件人机仿真应当以解决安装可实现性为第一位，适当牺牲性价比、操作工艺性等，通过定制工具、工装、地面设备完成总装；

所述模型装配指利用产品模型、工具模型、工装模型模拟真实安装的环境，一般在pro/engineer软件中完成组件装配，并将最终模型导入delmia软件中使用；

所述试安装要求应当根据安装过程的风险点，提出有限度有针对性的试装要求，减少实物产品试安装要求；

仿真中遇到的风险点实物模拟结果应当进行声像记录，连同实物对接中发现的人机仿真不足一同上传至pdm系统，作为经验材料供后续设计参考。

本发明相较现有技术具有以下技术效果：

本发明在基于人机仿真的运载火箭数字化总装设计过程中，借助delmia软件和pro/engineer软件以及pdm系统中的全箭和各分系统、单机的三维结构样机，构建总装产品的虚拟安装环境，通过虚拟的交互操作，实现可加工性、可装配性、可操作性、可维护性等性能的虚拟仿真验证，并根据仿真结果有限度的有针对性的开展实物产品试安装，并将试安装结果反馈至仿真系统不断提升仿真质量。设计完成后将仿真经验上传至pdm系统存储，完成设计经验积累。借助于人机仿真的运载火箭数字化总装方法，解决了全箭研制过程中存在的重大复杂环境下的总装设计问题，通过虚拟的交互操作，实现可加工性、可装配性、可操作性、可维护性等性能的虚拟仿真验证，从而缩短了总装设计周期，减少了实物产品试安装，大幅降低了总装研制成本，避免因前期方案设计不合理导致的后续方案颠覆，提升了运载火箭总装数字化设计研发能力，实现了总装设计经验的不断累积。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合图1对本发明的基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法作进一步的详细描述。

本发明的基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法基于delmia软件、pdm系统和pro/engineer软件，该方法从运载火箭型号总装任务接收开始，描述了采用人机仿真的方法进行总装设计的基本流程，结合运载火箭产品特点，规定了仿真任务分类、模型准备的基本要求、仿真分析的重点内容、仿真结果需提供的内容及实物试安装对仿真设计的反馈机制等内容，借助delmia软件、pdm系统和pro/engineer软件等数字化工具开展运载火箭总装设计的全过程。

参见图1，本发明的基于人机仿真的运载火箭数字化总装方法包括以下步骤：

1)明确仿真意图：完成仿真类型划分、指定仿真任务颗粒度；

所述仿真类型划分描述了运载火箭人机仿真任务的特点，包括设计阶段人机仿真、生产阶段人机仿真、突发事件人机仿真；所述仿真任务颗粒度是指根据任务需要，明确仿真过程的详细程度，包括模型的颗粒度、工装的精度及齐套性，环境搭建的颗粒度等；

所述仿真类型、仿真任务颗粒度根据运载火箭产品的生产特点和任务特点确定，直接影响整个仿真过程。

2)仿真前准备工作：根据仿真类型划分、指定仿真任务颗粒度准备仿真所需要的产品模型、工具模型、工装模型。所述产品模型包括待安装产品的模型，影响被安装产品的其他产品模型；所述工具模型包括常用工具模型，定制工具模型等；所述工装模型包含常用工装、地面设备模型，定制地面设备、工装模型；

所述待安装产品模型，应从pdm系统中导出，为经过审批最新受控版本，要求外形接口完整不得缺失；

根据仿真类型划分、指定仿真任务颗粒度准备仿真所需要的产品模型、工具模型、工装模型之后，还包括：在产品所在pdm系统文件夹中创建存储相关仿真信息的仿真文件夹，用于存储所述工具模型、工装模型和经验数据；

所述其他产品模型，应为从pdm系统中导出经过审批最新受控的简化模型，或根据审批最新受控版本模型转化的简化模型，设计阶段人机仿真、突发事件人机仿真允许采用包络模型代替；

所述工具模型应当建立相应的工具模型库，包含一般常用的工具模型和定制的工具模型，并根据制造厂生产使用的工具不断完善工具库；

所述工具库，可以建立相关的工具模型管理系统，也可以在pdm系统中创建个人文件夹进行简单存储、管理和使用；

所述工装模型包括从pdm系统中导出经过审批最新受控的地面设备模型以及根据任务需要创建的临时地面设备及工装模型。

3)装配仿真分析：根据所述仿真任务颗粒度完成产品模型、工具模型、工装模型装配，根据所述仿真任务颗粒度分别完成安装顺序仿真、安装过程仿真及人机工程仿真。

所述装配仿真分析一般需要根据实物试安装结果进行回归分析，优化和提升仿真质量。

所述装配仿真分析，设计阶段人机仿真应当保证产品安装为第一位，综合考虑性价比、操作工艺性等，对产品外形、吊具、连接形式、地面设备等提出改进意见；

所述装配仿真分析，生产阶段人机仿真、突发事件人机仿真应当以解决安装可实现性为第一位，适当牺牲性价比、操作工艺性等，通过定制工具、工装、地面设备完成总装；

所述模型装配指利用产品模型、工具模型、工装模型模拟真实安装的环境，一般在pro/engineer软件中完成组件装配，并将最终模型导入delmia软件中使用；

所述安装顺序仿真，指根据产品的空间位置、操作空间、操作舒适性等因素安排各个产品的安装次序；

所述安装过程仿真，是指评判紧固件安装过程、产品安装过程、资源拆装过程中的干涉或安全间隙问题；

所述人机工程仿真，是指并评判安装过程中，人员操作的可达性、舒适性和可视性。

4)仿真结果输出：根据安装顺序仿真、安装过程仿真及人机工程仿真过程中发现的问题提出安装方案、试安装要求及地面设备保障条件等。

所述安装方案应当包括设备的安装顺序，安装过程的风险点，安装工具要求，产品方案改进意见，安装人员要求等；

所述试安装要求应当根据安装过程的风险点，提出有限度有针对性的试装要求，减少实物产品试安装要求；

所述地面设备保障条件，是根据任务需求，为保障箭上产品安装提出的地面设备、工装配套和设计要求。

5)实物产品试安装：根据仿真结果要求，准备实物产品，模拟真实安装场景和安装过程，测试和解决仿真中遇到的风险点和不可虚拟模拟的部分。

所述实物模拟真实安装场景，应当与产品真实安装状态一致，如真实产品没法齐套，应当采用模装件代替，模装件应可以覆盖真实产品包络。

仿真中遇到的风险点实物模拟结果应当进行声像记录，连同实物对接中发现的人机仿真不足一同上传至pdm系统，作为经验材料供后续设计参考。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。