MBD技术在数字化协同制造中的应用与展望

随着信息技术、先进制造技术、新材料技术的迅猛发展,航空制造技术正面临着重大的变革,处于产业革命的前夜。数字化协同设计制造技术是航空产业革命的关键技术之一,本文探讨了在大型飞机研制中的基于模型的定义(Model based definition,MBD)技术在数字化协同设计制造中应用的一些方式方法以及存在的问题,提出了比较适合于目前国内航空企业实施MBD的一些思路。     

飞行器风洞模型的快速制造技术

基于快速成型技术,提出了飞行器风洞模型的快速制造技术方案.通过研究测压风洞模型的尺寸补偿、孔道设计及结构布置规律,发展了孔道一体化测压模型的快速制造技术;发展了结构相似气动弹性模型的设计与制造方法,并通过模态实验校核了精度;通过快速成型技术与电化学沉积技术的结合,发展了金属-树脂复合测力模型的快速制造方法,提高了模型的强度和刚度;论证了该技术在周期和成本等方面的优越性.该技术克服了传统加工的局限,提供轻质风洞模型制造的高精度、短周期、低成本的整体解决方案,为发展新型试验技术等提供基础,这能够提升风洞模型设计与制造的自动化水平,有助于该领域传统技术的革新,对新型飞行器的研制具有重要意义.     

基于MBD的飞机装配工装协同变更方法

装配工装在飞机产品生产过程中处于飞机设计的下游,受到飞机装配件设计及其装配工艺的影响以及飞机生产准备周期限制,时间紧迫,任务繁重。传统的飞机装配工装以文本、二维图形式表达为主,信息是静态的,缺乏唯一的数据源易导致飞机-装配工装协同变更管理效率低、准确性差,针对以上问题提出一种飞机-装配工装协同变更方法:利用基于模型的定义(Model based definition,MBD),建立了飞机和装配工装MBD模型关系架构,并结合相关的变更传播计算方法实现了飞机设计结构变更对装配工装变更影响的主动、自动化预测和分析。通过一套飞机壁板开口加强框的装配工装变更设计实例验证了该方法的可行性。     

基于本体的制造能力P-P-R建模及其映射

在网络化制造环境下.为了盟主企业更好管理复杂零件、工艺、设备资源信息,实现制造任务和制造资源合理匹配,提出了制造任务和制造资源的匹配框架.首先,建立了基于本体的复杂零件加工特征、加工工艺、设备资源P-P-R模型,在此基础上构建P-P-R映射关系;然后,通过可拓理论实现随时添加新的零件特征和零件的工艺特征来完成制造任务-资源的匹配.最后,开发了协同制造资源配置原型系统.通过实例表明,该方法能克服Web制造资源描述差异,实现异构平台的数据统一,对提高企业间的协同效率具有显著效果.     

基于MBD数字化制造技术的应用介绍与问题探讨

在引入MBD数字化技术概念基础之上,分析了MBD技术的特征,并将MBD技术与传统设计制造模式进行对比,说明了传统工程图样缺点以及MBD技术所具有的优势,以及MBD技术的应用现状、MBD技术在我国全面实施所面临的困难与挑战。     

基于制造特征的三轴高速铣削数控自动编程技术

运用面向对象技术,描述了待加工件的制造特征.利用模糊最大隶属原则,实现了加工区域几何制造特征的识别.以高速加工工艺数据库和范例库为支撑,采用IFTHEN规则和模糊匹配方法,提取出了适合高速铣削加工的工艺信息.提出了以切削时间短、加工成本低、表面质量高为目标的工艺方案寻优模型,该模型有助于形成成功的加工范例.依据已有加工范例和提取的工艺信息,实现了3轴高速铣削加工的自动编程.     

复合型跨声速风洞AGARD-B标模设计与加工制造方法

提出一种内部嵌套金属骨架/外部光敏树脂快速成型制造复合型跨声速风洞模型的方法,以AGARD-B标模为验证实例,介绍了复合型模型内部金属骨架与光敏树脂外形结构设计与加工制造方法,并完成了验证模型机翼金属骨架结构优化设计;对验证模型的强度、刚度校核与试验系统振动分析结果表明,在跨声速范围此方法基本可行.与金属模型相比,复合型模型减小了风洞模型重量,提高了模型-支撑系统固有频率,缩短了模型设计与加工周期.     

并行集成式工艺设计系统的研究

计算机辅助工艺设计（ＣＡＰＰ）在计算机集成制造（ＣＩＭ）中起着关键的作用，并行工程既是ＣＩＭＳ从信息集成到功能集成的主要方法，又是这类复杂系统的全局优化方法。本文基于并行工程思想，研究和探讨了并行集成式工艺设计模型，它是一个实用化ＣＡＰＰ系统的新模型，不仅能利用设计信息进行初步工艺设计，而且能根据车间环境的状态，充分利用制造工艺和车间环境的柔性产生优化的工艺方案。它是采用分层工艺规划的方法来实现的。系统模型由三个层次组成，即初步规划层，决策层和详细规划层。文中最后还讨论了实现并行集成式工艺设计系统的关键技术。     

基于增材制造的30CrMnSiA高速风洞试验模型设计及流固耦合分析研究

增材制造技术可针对任意复杂形状的零件进行加工,制造周期和成本较低,具有传统机械切削加工所不具备的独特优势,在风洞试验模型制造中具有广泛的应用前景。针对高速风洞模型加工中常用的30CrMnSiA材料,开展了金属粉末制备、检测及材料试件的制造研究,在此基础上,利用测试件数据作为材料性能输入参数,结合增材制造工艺,设计了机翼为中空结构的AgardB模型,利用Ansys有限元分析软件,进行了该模型流固耦合仿真分析,并开展了优化设计,结果表明,中空机翼的模型结构能够满足高速风洞试验要求。     

基于隐性势场法的制造单元构建技术

为了使制造企业能够根据市场需求快速调整组织制造资源,简化生产调度过程,提高生产调度质量,提出了一种基于隐性势场的制造单元构建算法。在满足约束的前提下,建立了以最小加工成本和最优单元负载均衡为目标的基于隐性势场的制造单元构建模型,给出了制造单元的构建方法,并构造了基于隐性势场的设备关联矩阵模型和任务关联矩阵模型。该算法具有模型简单、设计变量少等优点。通过具体实例,验证了该方法的有效性和可行性。     

B-SURF三维CAD系统及其在无人机研制中的应用

本文所讨论的B-SURF三维CAD系铣包括3-D几何设计与外形数值计算、3-D图形变换及处理、数控绘图与数控加工自动编程等部分,能实现CAD/CAM方面的十个功能。该系统以造型能力较强的重节点非均匀B样条方法为基础,并把重节点的信息应用到后置处理中去,以充分体现出该方法的优越性。系统具有一定的通用性,可用于无人机、轻小型飞机、汽车及其它具有复杂外形产品的几何设计与制造。     

分布式同步协同CAD/CAM系统的Web模型及实现

分布式协同设计与制造被认为是网络环境下数字化设计与制造的一个重要发展方向。本文从系统实施模式、体系结构和功能模块等方面讨论了构建分布式同步协同CAD／CAM系统的基本理论和方法，对涉及的会话通讯与数据传输、并发控制与一致性维护、远程环境下的协同感知及负载均衡等关键技术进行了研究。在现有超人2000系统的基础上实现了一跨平台协同CAD／CAM原型系统C—Superman的开发，并在广域网中进行了测试，响应速度快，运行良好，为面向21世纪的新一代制造技术的实现提供了新型的设计工具。     

基于OPNET的低轨卫星的点波束确定算法(英文)

低轨道卫星通信网络具有低时延的全球覆盖优势。文中提出了一种新的低轨卫星的波束判断方法。该方法首先需要确定用户是否在中心波束,如果不在中心波束,通过两个步骤确定用户所在的边缘波束:第一步采用二维波束算法;第二步采用三维波束算法。基于这些算法,在OPNET平台上实现了具有动态节点和网络协议的铱星通信仿真系统,并获得仿真结果。结果显示,最长可视时间准则明显增加了卫星服务的时间,并且验证了波束宽度模型的应用。     

TacSat-1卫星系统战术应用设计

介绍了美国国防部武力转型办公室所倡导研制的TacSat-1卫星系统在战术应用性能、技术特点、关键产品及系统运行等方面设计情况。简述了在网络中心战背景下该卫星系统所要实现的联合作战战术应用样式。描述了卫星系统在星地网络、电子通信载荷以及光学载荷等方面适应战术应用的设计与技术特点。在此基础上总结出卫星自动化、模块化、通用化设计、联合作战网络化、机器与机器自主化合作以及载荷设计低成本、实用化等战术微小卫星系统研制及应用的相关结论。     

采用多层感知器的润扬桥损伤分析与定位

将针对一座大跨斜拉桥的拉索损伤采用多层感知器（MLP）进行损伤定位研究。首先在动力计算基础上定义了损伤模式,通过分析损伤模式发现：由各个损伤位置引起的损伤模式具有本质的不同特征,而损伤程度只是对损伤模式曲线的线性放大;第4,6,7阶频率对拉索损伤不敏感,因而将这3阶从损伤模式中剔除。然后采用trail-error方法设计了一个MLP网络来描述损伤模式的7维映射空间。辨识结果证明：设计合理的MLP可以有效地描述结构的损伤模式,并能正确地进行损伤定位。     

双向间接耦合有限元法预估电力电缆载流量

建立了多导体电力电缆置于具有散热孔的托架上时3D有限元时谐磁场模型,在计及各金属涡流效应的条件下,得到所有导体单元的功率损耗密度.以此功率体密度损耗为栽荷,建立了电缆系统的"热-流体"直接耦合场模型,求解了电缆系统各导体的温升,由此完成一次完整的"磁场"与"热-流体"场间接耦舍的求解.由于电缆导体电阻率与温度密切相关,形成"磁场"与"热-流体"场间接耦合的双向耦合.反复迭代,可求解得到当热点为90℃时导体的电流,即为电缆的载流量.以无铠装单载流和有铠装三并联栽流电缆为例,采用间接耦合法计算和测量了系统的总功率、电流分布、导体热点温度.计算和测量一致性说明了双向间接耦合有限元模型建立的正确性和计算结果的准确性,为进一步分析电力电缆系统的磁、热特性奠定了基础.     

对偶四元数曲线插值算法在编队卫星中的应用(英文)

传统的编队卫星位置和姿态算法是分开处理的。提出一种新的对偶四元数曲线插值算法,将卫星的姿态结合到轨道中去。首先采用曲线插值算法计算主星的运动轨迹,然后建立从星相对于主星的对偶四元数模型来确定从星的相对位置和姿态,将卫星的位置和姿态进行统一处理。与传统的轨道参数法及四元数法进行误差比较,仿真结果表明该方法不但可以实现编队卫星位置和姿态的统一确定,而且可以满足卫星编队的精度要求。     

一种构建天地一体化网络的航天器信息系统设计方法

随着航天技术的发展,天地间数据交互容量、实时性等需求不断凸显。传统航天器信息系统基于1553B总线或RS422,LVDS等硬线直连架构传输数据,传输速率最多只能达到1Mb/s或100 Mb/s,已无法满足大容量数据实时传输的需求。本文提出一种新的系统设计方法,将地面成熟的1 000 Mb/s/10 Gb/s以太网技术应用到航天器中,构建天地一体化通信网,在天地间无线链路传输总带宽允许的情况下,较大程度提高天地间数据传输速率,同时有效减少星上电缆网配套数量,进而减轻飞行器重量。本文所提方法正在国内某大型组合式航天器设计中应用,可为后续航天器数传设计提供参考。