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载人航天出版工程 运载火箭数字化工程 张卫东等编著 2017年版
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资料介绍
载人航天出版工程 运载火箭数字化工程
作者： 张卫东等编著
出版时间： 2017年版
丛编项： 载人航天出版工程
内容简介
本书是在学习研究国内外同行数字化技术的基础上，以我们承担新一代运载火箭的数字化研制为主要工作实践，分别从数字化设计、仿真分析、工艺制造、试验管理，以及数字化支撑平台技术这几方面进行了总结论述，同时对知识工程的应用也进行了概述。本书可供从事运载火箭及飞行器数字化研制的工程技术人员，以及高校相关专业的师生参考。
目录
第1章 概论………………………………………………………… 1
1.1 产品数字化研发概念………………………………………… 2
1.2 航天型号数字化研制发展历程……………………………… 4
1.3 航天产品数字化研制专业应用领域………………………… 6
1.3.1 面向型号研制的数字化技术发展框架………………… 6
1.3.2 数字化技术应用领域…………………………………… 8
1.4 国外军工产品数字化技术应用现状……………………… 14
1.4.1 多学科并行协同设计仿真技术的发展和应用……… 14
1.4.2 虚拟设计与仿真验证技术发展应用………………… 17
1.4.3 基于知识工程的设计技术发展情况………………… 21
1.4.4 数字化制造技术发展及应用情况…………………… 23
1.4.5 数字化试验技术发展及应用情况…………………… 24
1.5 国内航天产品数字化技术应用现状……………………… 26
1.6 数字化技术发展趋势和特点……………………………… 27
第2章 运载火箭的系统组成与研制流程………………………… 29
2.1 运载火箭发展历程及系统组成…………………………… 29
2.1.1 运载火箭发展历程…………………………………… 29
2.1.2 运载火箭系统组成…………………………………… 37
2.2 运载火箭数字化研制流程………………………………… 40
2.2.1 运载火箭全数字化产品型号研制阶段……………… 40
2.2.2 全数字化产品型号研制的特点……………………… 43
目 录
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2.2.3 运载火箭数字化研制流程…………………………… 44
2.3 运载火箭研制特点分析…………………………………… 46
2.3.1 运载火箭产品数据对象的复杂性特点……………… 46
2.3.2 运载火箭设计过程特点……………………………… 48
第3章 数字化设计技术…………………………………………… 54
3.1 概述………………………………………………………… 54
3.2 自顶向下设计方法………………………………………… 54
3.2.1 自顶向下设计方法原理……………………………… 55
3.2.2 运载火箭总体三维数字样机Top Down
设计应用……………………………………………… 62
3.3 运载火箭结构数字化快速设计…………………………… 74
3.3.1 结构快速设计流程…………………………………… 74
3.3.2 结构总体快速布局和设计…………………………… 76
3.3.3 结构初步参数设计优化……………………………… 78
3.3.4 结构快速建模………………………………………… 81
3.3.5 结构快速分析………………………………………… 87
3.3.6 结构数字化快速设计系统…………………………… 90
3.4 运载火箭管路数字化设计………………………………… 92
3.4.1 管路系统设计流程…………………………………… 93
3.4.2 结构布局……………………………………………… 93
3.4.3 管路设计……………………………………………… 95
3.5 电缆数字化设计…………………………………………… 105
3.5.1 原理图设计…………………………………………… 107
3.5.2 框图设计……………………………………………… 108
3.5.3 线束图设计…………………………………………… 110
3.5.4 三维交互……………………………………………… 112
3.5.5 仿真分析……………………………………………… 113
运载火箭数字化工程
·1 1·
3.5.6 报表生成……………………………………………… 115
第4章 基于模型的运载火箭设计技术………………………… 117
4.1 基于模型定义(MBD)技术概述………………………… 117
4.2 MBD技术的现状和发展趋势…………………………… 119
4.2.1 国内外MBD技术应用现状………………………… 119
4.2.2 MBD技术的发展…………………………………… 120
4.3 基于MBD 的三维标准模型构建和体系框架…………… 122
4.3.1 基于MBD的三维标准模型构建…………………… 122
4.3.2 基于MBD的三维标准体系框架…………………… 123
4.4 基于MBD的产品设计协同机制及协同信息表达……… 124
4.4.1 基于MBD的产品设计协同机制…………………… 124
4.4.2 基于MBD的产品设计协同信息表达……………… 126
4.5 基于MBD的数据集数字化定义………………………… 127
4.6 基于MBD的数据管理技术……………………………… 130
4.6.1 基于MBD的BOM 演变关系和管理过程………… 130
4.6.2 基于MBD的数据管理……………………………… 130
4.7 支持MBD的全三维标注CAD软件…………………… 131
4.8 MBD技术和三维标注在运载火箭设计中的应用……… 133
4.8.1 三维标注……………………………………………… 134
4.8.2 三维签审与可视化…………………………………… 135
4.8.3 三维规范体系建设…………………………………… 146
4.8.4 三维归档……………………………………………… 147
第5章 数字化仿真技术………………………………………… 149
5.1 概述………………………………………………………… 149
5.1.1 CAE仿真基本概述………………………………… 149
5.1.2 运载火箭总体设计的仿真举例及特点……………… 153
5.2 仿真驱动数字化设计……………………………………… 158
目 录
·1 2·
5.2.1 仿真驱动设计的理念………………………………… 158
5.2.2 仿真驱动设计的优势………………………………… 159
5.2.3 仿真驱动设计的主要特点…………………………… 160
5.2.4 构建仿真技术体系…………………………………… 161
5.2.5 基于设计结构矩阵(DSM)的火箭总体多学科协同
设计仿真体系………………………………………… 162
5.3 力学仿真…………………………………………………… 163
5.3.1 流体力学仿真………………………………………… 163
5.3.2 结构动力学仿真……………………………………… 177
5.3.3 力学环境仿真………………………………………… 199
5.3.4 静力学仿真…………………………………………… 208
5.3.5 热环境仿真…………………………………………… 213
5.4 人机工程仿真……………………………………………… 228
5.4.1 人机工程仿真………………………………………… 228
5.4.2 人机仿真工具简介…………………………………… 231
5.4.3 虚拟人机仿真技术在新型运载火箭设计中的
应用…………………………………………………… 232
第6章 数字化工艺与制造技术………………………………… 242
6.1 概述………………………………………………………… 242
6.1.1 三维数字化工艺和制造技术………………………… 243
6.1.2 国内外三维制造平台软件产品……………………… 255
6.2 三维数字化工艺管理……………………………………… 259
6.2.1 三维数字化工艺内涵………………………………… 259
6.2.2 三维数字化工艺设计核心技术问题………………… 260
6.2.3 三维工艺规划系统框架……………………………… 262
6.2.4 三维机加工艺规划…………………………………… 267
6.2.5 三维装配工艺规划…………………………………… 275
运载火箭数字化工程
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6.2.6 三维工艺数据管理…………………………………… 283
6.3 数字化加工制造…………………………………………… 286
6.3.1 数字化加工制造内涵………………………………… 286
6.3.2 数字化加工仿真……………………………………… 286
6.3.3 数字化生产管理仿真………………………………… 305
6.4 制造资源计划管理………………………………………… 319
6.4.1 制造资源计划内涵…………………………………… 319
6.4.2 制造资源计划管理软件系统………………………… 321
6.4.3 ERP在火箭研制过程中的应用……………………… 323
6.5 制造执行管理……………………………………………… 326
6.5.1 制造执行系统定位…………………………………… 326
6.5.2 制造执行系统功能…………………………………… 329
6.5.3 MES在火箭制造中的应用………………………… 331
第7章 数字化协同设计平台技术……………………………… 338
7.1 概述………………………………………………………… 338
7.1.1 协同设计概述………………………………………… 338
7.1.2 数字化协同设计平台………………………………… 341
7.2 航天型号并行设计过程技术状态管理…………………… 347
7.2.1 技术状态的定义……………………………………… 347
7.2.2 基于基线的技术状态管理…………………………… 348
7.2.3 批组技术状态管理…………………………………… 354
7.2.4 阶段并行技术状态管理……………………………… 358
7.3 基于CMII的型号产品工程变更控制技术……………… 366
7.3.1 型号设计过程更改类型……………………………… 366
7.3.2 CMII更改控制模型………………………………… 366
7.3.3 型号工程更改落实与控制…………………………… 369
7.4 图文档生命周期管理技术………………………………… 375
目 录
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7.5 跨厂所的数据会签发放技术……………………………… 375
7.6 运载火箭协同设计平台应用……………………………… 378
7.6.1 总体功能框架………………………………………… 378
7.6.2 产品设计BOM 结构管理…………………………… 378
7.6.3 型号产品基线管理…………………………………… 383
7.6.4 型号产品的技术状态管理…………………………… 384
7.6.5 型号产品设计变更过程管理………………………… 388
7.6.6 型号图纸和技术文件对象管理……………………… 390
7.6.7 同外部系统集成应用………………………………… 391
第8章 多学科协同仿真平台技术……………………………… 394
8.1 仿真平台的概念及主要内容……………………………… 394
8.1.1 仿真平台的提出背景及需求………………………… 394
8.1.2 仿真平台产品概述…………………………………… 398
8.2 航空航天仿真平台应用案例……………………………… 419
8.2.1 NASAAEE先进工程环境………………………… 419
8.2.2 普惠ITAPS航空动力总系统集成环境…………… 420
8.2.3 某航天型号典型舱段结构强度仿真系统…………… 421
8.3 运载火箭总体多学科协同仿真分析平台应用…………… 423
8.3.1 运载火箭总体多学科协同仿真平台的业务需求…… 423
8.3.2 运载火箭总体多学科协同仿真平台架构…………… 426
8.3.3 运载火箭总体多学科协同仿真平台应用内容……… 428
8.3.4 运载火箭总体多学科协同仿真平台应用技术……… 440
第9章 试验数字化管理技术…………………………………… 453
9.1 数字化试验的概念及主要内容…………………………… 453
9.1.1 数字化试验的提出背景及需求……………………… 453
9.1.2 试验数据管理产品概述……………………………… 459
9.2 国内外航空航天的试验数字化案例……………………… 472
运载火箭数字化工程
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9.2.1 F 35飞机系统综合设施(VSIF)
数据采集系统………………………………………… 472
9.2.2 固体火箭发动机试验数据采集和分析系统………… 473
9.2.3 国内航天某单位总测数据管理系统………………… 476
9.3 运载火箭试验数字化平台应用…………………………… 478
9.3.1 运载火箭试验数字化平台的业务需求……………… 479
9.3.2 运载火箭试验数字化平台架构……………………… 481
9.3.3 运载火箭试验数字化平台应用内容………………… 482
9.3.4 运载火箭试验数字化平台应用技术………………… 490
第10章 知识工程系统的应用探索……………………………… 507
10.1 概述……………………………………………………… 507
10.1.1 运载火箭研制工程对知识管理的需求…………… 508
10.1.2 国内外知识管理研究及应用现状………………… 510
10.2 知识工程基础理论……………………………………… 514
10.2.1 知识工程…………………………………………… 514
10.2.2 TRIZ理论…………………………………………… 520
10.2.3 本体论……………………………………………… 526
10.3 主流知识管理软件系统………………………………… 535
10.3.1 亿维讯的Pro/Innovator…………………………… 535
10.3.2 安世亚太的知识工程平台PERA.KnowleMan … 538
10.4 运载火箭知识工程体系应用探索……………………… 540
10.4.1 知识管理建设思路………………………………… 540
10.4.2 知识管理应用路线………………………………… 543
10.4.3 知识管理平台软件架构…………………………… 544
10.4.4 应用场景…………………………………………… 548
参考文献…………………………………………………………… 552
作者： 张卫东等编著
出版时间： 2017年版
丛编项： 载人航天出版工程
内容简介
本书是在学习研究国内外同行数字化技术的基础上，以我们承担新一代运载火箭的数字化研制为主要工作实践，分别从数字化设计、仿真分析、工艺制造、试验管理，以及数字化支撑平台技术这几方面进行了总结论述，同时对知识工程的应用也进行了概述。本书可供从事运载火箭及飞行器数字化研制的工程技术人员，以及高校相关专业的师生参考。
目录
第1章 概论………………………………………………………… 1
1.1 产品数字化研发概念………………………………………… 2
1.2 航天型号数字化研制发展历程……………………………… 4
1.3 航天产品数字化研制专业应用领域………………………… 6
1.3.1 面向型号研制的数字化技术发展框架………………… 6
1.3.2 数字化技术应用领域…………………………………… 8
1.4 国外军工产品数字化技术应用现状……………………… 14
1.4.1 多学科并行协同设计仿真技术的发展和应用……… 14
1.4.2 虚拟设计与仿真验证技术发展应用………………… 17
1.4.3 基于知识工程的设计技术发展情况………………… 21
1.4.4 数字化制造技术发展及应用情况…………………… 23
1.4.5 数字化试验技术发展及应用情况…………………… 24
1.5 国内航天产品数字化技术应用现状……………………… 26
1.6 数字化技术发展趋势和特点……………………………… 27
第2章 运载火箭的系统组成与研制流程………………………… 29
2.1 运载火箭发展历程及系统组成…………………………… 29
2.1.1 运载火箭发展历程…………………………………… 29
2.1.2 运载火箭系统组成…………………………………… 37
2.2 运载火箭数字化研制流程………………………………… 40
2.2.1 运载火箭全数字化产品型号研制阶段……………… 40
2.2.2 全数字化产品型号研制的特点……………………… 43
目 录
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2.2.3 运载火箭数字化研制流程…………………………… 44
2.3 运载火箭研制特点分析…………………………………… 46
2.3.1 运载火箭产品数据对象的复杂性特点……………… 46
2.3.2 运载火箭设计过程特点……………………………… 48
第3章 数字化设计技术…………………………………………… 54
3.1 概述………………………………………………………… 54
3.2 自顶向下设计方法………………………………………… 54
3.2.1 自顶向下设计方法原理……………………………… 55
3.2.2 运载火箭总体三维数字样机Top Down
设计应用……………………………………………… 62
3.3 运载火箭结构数字化快速设计…………………………… 74
3.3.1 结构快速设计流程…………………………………… 74
3.3.2 结构总体快速布局和设计…………………………… 76
3.3.3 结构初步参数设计优化……………………………… 78
3.3.4 结构快速建模………………………………………… 81
3.3.5 结构快速分析………………………………………… 87
3.3.6 结构数字化快速设计系统…………………………… 90
3.4 运载火箭管路数字化设计………………………………… 92
3.4.1 管路系统设计流程…………………………………… 93
3.4.2 结构布局……………………………………………… 93
3.4.3 管路设计……………………………………………… 95
3.5 电缆数字化设计…………………………………………… 105
3.5.1 原理图设计…………………………………………… 107
3.5.2 框图设计……………………………………………… 108
3.5.3 线束图设计…………………………………………… 110
3.5.4 三维交互……………………………………………… 112
3.5.5 仿真分析……………………………………………… 113
运载火箭数字化工程
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3.5.6 报表生成……………………………………………… 115
第4章 基于模型的运载火箭设计技术………………………… 117
4.1 基于模型定义(MBD)技术概述………………………… 117
4.2 MBD技术的现状和发展趋势…………………………… 119
4.2.1 国内外MBD技术应用现状………………………… 119
4.2.2 MBD技术的发展…………………………………… 120
4.3 基于MBD 的三维标准模型构建和体系框架…………… 122
4.3.1 基于MBD的三维标准模型构建…………………… 122
4.3.2 基于MBD的三维标准体系框架…………………… 123
4.4 基于MBD的产品设计协同机制及协同信息表达……… 124
4.4.1 基于MBD的产品设计协同机制…………………… 124
4.4.2 基于MBD的产品设计协同信息表达……………… 126
4.5 基于MBD的数据集数字化定义………………………… 127
4.6 基于MBD的数据管理技术……………………………… 130
4.6.1 基于MBD的BOM 演变关系和管理过程………… 130
4.6.2 基于MBD的数据管理……………………………… 130
4.7 支持MBD的全三维标注CAD软件…………………… 131
4.8 MBD技术和三维标注在运载火箭设计中的应用……… 133
4.8.1 三维标注……………………………………………… 134
4.8.2 三维签审与可视化…………………………………… 135
4.8.3 三维规范体系建设…………………………………… 146
4.8.4 三维归档……………………………………………… 147
第5章 数字化仿真技术………………………………………… 149
5.1 概述………………………………………………………… 149
5.1.1 CAE仿真基本概述………………………………… 149
5.1.2 运载火箭总体设计的仿真举例及特点……………… 153
5.2 仿真驱动数字化设计……………………………………… 158
目 录
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5.2.1 仿真驱动设计的理念………………………………… 158
5.2.2 仿真驱动设计的优势………………………………… 159
5.2.3 仿真驱动设计的主要特点…………………………… 160
5.2.4 构建仿真技术体系…………………………………… 161
5.2.5 基于设计结构矩阵(DSM)的火箭总体多学科协同
设计仿真体系………………………………………… 162
5.3 力学仿真…………………………………………………… 163
5.3.1 流体力学仿真………………………………………… 163
5.3.2 结构动力学仿真……………………………………… 177
5.3.3 力学环境仿真………………………………………… 199
5.3.4 静力学仿真…………………………………………… 208
5.3.5 热环境仿真…………………………………………… 213
5.4 人机工程仿真……………………………………………… 228
5.4.1 人机工程仿真………………………………………… 228
5.4.2 人机仿真工具简介…………………………………… 231
5.4.3 虚拟人机仿真技术在新型运载火箭设计中的
应用…………………………………………………… 232
第6章 数字化工艺与制造技术………………………………… 242
6.1 概述………………………………………………………… 242
6.1.1 三维数字化工艺和制造技术………………………… 243
6.1.2 国内外三维制造平台软件产品……………………… 255
6.2 三维数字化工艺管理……………………………………… 259
6.2.1 三维数字化工艺内涵………………………………… 259
6.2.2 三维数字化工艺设计核心技术问题………………… 260
6.2.3 三维工艺规划系统框架……………………………… 262
6.2.4 三维机加工艺规划…………………………………… 267
6.2.5 三维装配工艺规划…………………………………… 275
运载火箭数字化工程
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6.2.6 三维工艺数据管理…………………………………… 283
6.3 数字化加工制造…………………………………………… 286
6.3.1 数字化加工制造内涵………………………………… 286
6.3.2 数字化加工仿真……………………………………… 286
6.3.3 数字化生产管理仿真………………………………… 305
6.4 制造资源计划管理………………………………………… 319
6.4.1 制造资源计划内涵…………………………………… 319
6.4.2 制造资源计划管理软件系统………………………… 321
6.4.3 ERP在火箭研制过程中的应用……………………… 323
6.5 制造执行管理……………………………………………… 326
6.5.1 制造执行系统定位…………………………………… 326
6.5.2 制造执行系统功能…………………………………… 329
6.5.3 MES在火箭制造中的应用………………………… 331
第7章 数字化协同设计平台技术……………………………… 338
7.1 概述………………………………………………………… 338
7.1.1 协同设计概述………………………………………… 338
7.1.2 数字化协同设计平台………………………………… 341
7.2 航天型号并行设计过程技术状态管理…………………… 347
7.2.1 技术状态的定义……………………………………… 347
7.2.2 基于基线的技术状态管理…………………………… 348
7.2.3 批组技术状态管理…………………………………… 354
7.2.4 阶段并行技术状态管理……………………………… 358
7.3 基于CMII的型号产品工程变更控制技术……………… 366
7.3.1 型号设计过程更改类型……………………………… 366
7.3.2 CMII更改控制模型………………………………… 366
7.3.3 型号工程更改落实与控制…………………………… 369
7.4 图文档生命周期管理技术………………………………… 375
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7.5 跨厂所的数据会签发放技术……………………………… 375
7.6 运载火箭协同设计平台应用……………………………… 378
7.6.1 总体功能框架………………………………………… 378
7.6.2 产品设计BOM 结构管理…………………………… 378
7.6.3 型号产品基线管理…………………………………… 383
7.6.4 型号产品的技术状态管理…………………………… 384
7.6.5 型号产品设计变更过程管理………………………… 388
7.6.6 型号图纸和技术文件对象管理……………………… 390
7.6.7 同外部系统集成应用………………………………… 391
第8章 多学科协同仿真平台技术……………………………… 394
8.1 仿真平台的概念及主要内容……………………………… 394
8.1.1 仿真平台的提出背景及需求………………………… 394
8.1.2 仿真平台产品概述…………………………………… 398
8.2 航空航天仿真平台应用案例……………………………… 419
8.2.1 NASAAEE先进工程环境………………………… 419
8.2.2 普惠ITAPS航空动力总系统集成环境…………… 420
8.2.3 某航天型号典型舱段结构强度仿真系统…………… 421
8.3 运载火箭总体多学科协同仿真分析平台应用…………… 423
8.3.1 运载火箭总体多学科协同仿真平台的业务需求…… 423
8.3.2 运载火箭总体多学科协同仿真平台架构…………… 426
8.3.3 运载火箭总体多学科协同仿真平台应用内容……… 428
8.3.4 运载火箭总体多学科协同仿真平台应用技术……… 440
第9章 试验数字化管理技术…………………………………… 453
9.1 数字化试验的概念及主要内容…………………………… 453
9.1.1 数字化试验的提出背景及需求……………………… 453
9.1.2 试验数据管理产品概述……………………………… 459
9.2 国内外航空航天的试验数字化案例……………………… 472
运载火箭数字化工程
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9.2.1 F 35飞机系统综合设施(VSIF)
数据采集系统………………………………………… 472
9.2.2 固体火箭发动机试验数据采集和分析系统………… 473
9.2.3 国内航天某单位总测数据管理系统………………… 476
9.3 运载火箭试验数字化平台应用…………………………… 478
9.3.1 运载火箭试验数字化平台的业务需求……………… 479
9.3.2 运载火箭试验数字化平台架构……………………… 481
9.3.3 运载火箭试验数字化平台应用内容………………… 482
9.3.4 运载火箭试验数字化平台应用技术………………… 490
第10章 知识工程系统的应用探索……………………………… 507
10.1 概述……………………………………………………… 507
10.1.1 运载火箭研制工程对知识管理的需求…………… 508
10.1.2 国内外知识管理研究及应用现状………………… 510
10.2 知识工程基础理论……………………………………… 514
10.2.1 知识工程…………………………………………… 514
10.2.2 TRIZ理论…………………………………………… 520
10.2.3 本体论……………………………………………… 526
10.3 主流知识管理软件系统………………………………… 535
10.3.1 亿维讯的Pro/Innovator…………………………… 535
10.3.2 安世亚太的知识工程平台PERA.KnowleMan … 538
10.4 运载火箭知识工程体系应用探索……………………… 540
10.4.1 知识管理建设思路………………………………… 540
10.4.2 知识管理应用路线………………………………… 543
10.4.3 知识管理平台软件架构…………………………… 544
10.4.4 应用场景…………………………………………… 548
参考文献…………………………………………………………… 552
