袁義 張亮 陳海峰 王嘉春 謝政 劉霞

（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

1 引言

“總體-分系統(tǒng)”同步研制是國內(nèi)采用的一種衛(wèi)星研制模式。以衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，總體設(shè)計(jì)部門負(fù)責(zé)整星構(gòu)型設(shè)計(jì)、整星質(zhì)量特性分析和儀器設(shè)備布局等工作；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門在總體設(shè)計(jì)部門下達(dá)的質(zhì)量、空間等約束條件下進(jìn)行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)，最終生成可供制造部門使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖樣。在這種研制模式下，總體設(shè)計(jì)部門與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門分別擁有屬于自己的三維設(shè)計(jì)模型，模型之間的信息交互通過約定的接口進(jìn)行發(fā)布［1-2］。在交互過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門最重要的工作之一，就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中準(zhǔn)確、及時(shí)地反映總體設(shè)計(jì)部門提出的儀器設(shè)備安裝位置信息。所有設(shè)備的安裝孔位置信息最終匯集在一起，形成孔表文件，提交給總體設(shè)計(jì)部門?？妆硇畔⒘看?，且設(shè)計(jì)過程中存在大量人工重復(fù)工作，往往導(dǎo)致費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還容易出錯(cuò)；因此，如何實(shí)現(xiàn)基于孔表的結(jié)構(gòu)快速、準(zhǔn)確建模，減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，是影響“總體-結(jié)構(gòu)”協(xié)同設(shè)計(jì)的重要問題。

本文結(jié)合上述衛(wèi)星研制模式，基于Pro／E 進(jìn)行了二次開發(fā)，利用軟件解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)，從而降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的復(fù)雜程度。

2 并行協(xié)同設(shè)計(jì)問題的解決途徑

在衛(wèi)星、飛機(jī)等大型復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，設(shè)備在壁板上并不是均勻分布的，這導(dǎo)致設(shè)備安裝耳片定位孔相對安裝壁板的分布位置極為零散；因此，在總體設(shè)計(jì)部門提供給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門的接口數(shù)據(jù)文件中對設(shè)備安裝位置只能通過坐標(biāo)值進(jìn)行描述，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)也只能采用表陣列的建模方式。圖1就是在這種模式下總體設(shè)計(jì)部門與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門生成和使用儀器設(shè)備安裝孔位信息的流程。其中：總體設(shè)計(jì)部門傳遞給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門的設(shè)備布局信息以規(guī)范格式文本（孔表文件）發(fā)布，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門根據(jù)孔表文件開展具體的三維建模。

圖2顯示了一種期望的“總體-結(jié)構(gòu)”交互模式，其中表陣列及陣列特征的相關(guān)處理均通過軟件開發(fā)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)協(xié)同過程大大簡化。

圖1 總體接口信息在結(jié)構(gòu)詳細(xì)模型中的應(yīng)用Fig．1 Application of system interface information in structure detail design

圖2 基于表陣列自動(dòng)創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程Fig．2 Structure design workflow based on table pattern auto-created

2．1 Pro／E表陣列的構(gòu)成

Pro／E陣列作為一種特殊的特征形式（特征集），可以通過一系列的屬性組合和約束配置實(shí)現(xiàn)。表陣列的組成如圖3所示，豎直虛線左側(cè)部分表示三維模型特征，右側(cè)部分表示在二次開發(fā)中與左側(cè)特征對應(yīng)的概念和對象［3］。

圖3 Pro／E表陣列的組成Fig．3 Composition of Pro／E table pattern

在圖3中，Header表示陣列頭。陣列特征作為一個(gè)特征組以集合的形式存在，Header即為該特征集的入口。找到了Header，才能依次找到特征集中的其他特征元素。Leader是整個(gè)陣列特征集中最重要的特征元素，其他組成元素均為Leader的拷貝，Leader發(fā)生的修改將直接對其他復(fù)制元素產(chǎn)生影響。Leader如被刪除，則整個(gè)陣列特征將不存在。其他元素作為Leader的復(fù)制項(xiàng)，其特征標(biāo)志按照在陣列中所處的順序依次為Header＋1，Header＋2等。因此，通過獲取Header和Leader，就可以獲得陣列特征集中的所有特征［4-5］。

2．2 Pro／E表陣列的形成

與其他Pro／E特征相似，表陣列也是一系列屬性項(xiàng)和配置項(xiàng)的集合。比較特殊的是，表陣列本身是一個(gè)模型特征，但又以特征集的形式存在；因此表陣列的實(shí)現(xiàn)方法又有其特殊性［6-8］。圖4 為Pro／E表陣列的組成形式。

圖4 Pro／E表陣列的組成形式Fig．4 Composition form of Pro／E table pattern

2．3 表陣列自動(dòng)建模的軟件實(shí)現(xiàn)

表陣列自動(dòng)建模是實(shí)現(xiàn)“總體-結(jié)構(gòu)”協(xié)同設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在進(jìn)行自動(dòng)建模前還要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、參考設(shè)置等準(zhǔn)備工作。本文在深入了解Pro／E 二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，結(jié)合衛(wèi)星研制實(shí)際，提出包括表陣列接口數(shù)據(jù)前處理、表陣列特征建模和表陣列元素命名在內(nèi)的全套解決方案，其軟件實(shí)現(xiàn)流程見圖5，基于該方案開發(fā)的軟件界面及執(zhí)行結(jié)果見圖6。Pro／E表陣列功能的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師從繁雜的重復(fù)性工作中解脫出來，縮短了整星研制周期。

圖5 軟件實(shí)現(xiàn)流程Fig．5 Workflow of software

圖6 軟件界面及生成結(jié)果Fig．6 Software interface and its outcome

3 結(jié)束語

本文在結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，基于Pro／E進(jìn)行軟件二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了表陣列自動(dòng)建模，大幅度地提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，其可行性在多顆衛(wèi)星的研制中得到了驗(yàn)證。

（References）

［1］陳月根．航天器數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］．北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2010：386-387

Chen Yuegen．Introduction of digital design for spacecraft［M］．Beijing：China Science and Technology Press，2010：386-387（in Chinese）

［2］彭成榮．航天器總體設(shè)計(jì)［M］．北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2011：140-195

Peng Chengrong．System design for spacecraft［M］．Beijing：China Science and Technology Press，2011：140-195（in Chinese）

［3］王文波．Pro／E wildfire 4．0二次開發(fā)實(shí)例解析［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2010：53-55

Wang Wenbo．Example of Pro／E wildfire 4．0seconddevelopment［M］．Beijing：Tsinghua University Press，2010：53-55（in Chinese）

［4］吳立君，陳波．Pro／Engineer二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2006：1

Wu Lijun，Chen Bo．Basis of Pro／Engineer seconddevelopment［M］．Beijing：Publish House of Electronics Industry，2006：1（in Chinese）

［5］林龍震．Pro／Toolkit野火2．0 插件設(shè)計(jì)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2005：529-530

Lin Longzhen．Second-development of Pro／E wildfire 2．0 with Pro／Toolkit［M］．Beijing：Publish House of Electronics Industry，2005：529-530（in Chinese）

［6］李永泰，李朝波，梁棟，等．Pro／Engineer野火4．0 完全自學(xué)手冊［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2010：156-164

Li Yongtai，Li Chaobo，Liang Dong，et al．Pro／Engineer wildfire 4．0self-study manual［M］．Beijing：Publish House of Electronics Industry，2010：156-164（in Chinese）

［7］PTC Corporation．Pro／Toolkit wildfire 2．0APIWizard［Z］．Needhan，Mass：PTC Corporation，2011

［8］恒盛杰．Pro／Engineer從入門到精通［M］．北京：中國青年出版社，2007：325-326

Heng shengjie．Learn Pro／Engineer the right way［M］．Beijing：China Youth Publishing Group，2007：325-326（in Chinese）