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长征七号火箭研制实现全寿命周期数字化,航天

时间:2019-08-01 20:04来源:5G技术
近日,中国航天科技集团公司一院211厂召开箭体结构三维数字化制造动员会,这标志着火箭箭体结构三维数字化制造工作全面展开。 “长征七号运载火箭被称为‘数字火箭’,将成为我

近日,中国航天科技集团公司一院211厂召开箭体结构三维数字化制造动员会,这标志着火箭箭体结构三维数字化制造工作全面展开。

“长征七号运载火箭被称为‘数字火箭’,将成为我国未来中型火箭的基础构型,承担未来大部分的发射任务。”这是今年年初中国航天科技集团公司一院有关领导向外界透露的一个重要信息。

三维数字化制造是技术创新与管理创新的综合体,它以数字化建模、仿真与优化为手段,通过信息技术、数字化制造技术在火箭的设计、制造、测试与试验、管理和维护全生命周期的各阶段和各方面的应用,提高产品研制质量,缩短产品研制成本。

被誉为未来中国运载火箭主力的“长七”,身上究竟有怎样的“数字化”光环?为此,本报记者到负责“长七”总体设计的一院一部进行了探访。

三维数字化制造将改变传统的制造模式,设计环节实现全三维模型设计,并以三维设计下厂的方式完成产品三维工艺设计,通过终端完成加工与检测任务。中间减少了传统研制链条中的二维和三维转换过程,避免了设计、制造转换过程中错误的产生,使得最终目标的实现更加高效、高质和快捷。

打通“数字火箭”设计制造的“任督二脉”

211厂明确了三维数字化制造总体思路,将数字化制造工作划分成五个环节,即设计工艺协同、三维设计文件的使用与管理、工艺设计、数字化生产、数字化检测,并为此制定了三个阶段实施步骤,即三维到工艺、三维到现场、三维到设备,最终实现覆盖工艺设计、制造、检测各环节的完整数字化制造体系,打通型号产品全三维数字化设计、制造链路,实现数字航天的宏伟目标,引领航天制造业的发展。 来源:中国航天科技集团公司网站

如果说长征五号运载火箭是中国运载火箭史上首次采用数字化设计的火箭,那么它的“同门师弟”——“长七”则将数字化技术发扬光大,成为中国运载火箭史上首发实现全寿命周期数字化的火箭。

所谓全寿命周期数字化,是指将数字化贯穿设计、试验、制造、管理的全过程,这对火箭研制方式来说,是一种从普通公路到高速公路式的跨越。

即使在欧美发达国家,产品全数字化设计制造也是一道难题,但数字化所创造的超高效益却是有目共睹的。在号称“玩转数字化”的航空领域,波音公司从B737-X到B777研制都实现了全过程的数字化定义、预装配、并行设计、协同流程管理,设计方法更改和返工减少了50%,研制周期缩短了50%。

而在火箭研制领域,实施产品全数字化设计制造也带来了意想不到的效果。如今,通过各研制单位的紧密配合,一部已打通“长七”数字化设计生产研制的“任督二脉”,突破多项关键技术,完成初样箭体结构20个部段的“全三维下厂”,有望在5年内实现首飞。

火箭在建立了全箭三维数字样机后,以数字模装替代实物模装,完成全箭的装配及接口协调工作。技术人员只需在电脑前应用软件,就可对火箭的可靠性进行一次“摸底考试”。“这次通过全箭三维数字装配,我们发现了60余项问题,不仅提高了产品可靠性,更节省了大量的人力、物力、财力。”一院总体部运载总体室副主任陈风雨说。

“仅仅实现设计层面的数字化并不难,难的是将数字化辐射到火箭的设计、模装、试验、生产制造的全过程。”一院一部八室副主任聂蓉梅告诉记者,光靠局部工作的数字化,是无法释放其真实能量的。

依照传统研制流程,三维的设计模型一旦到达加工制造环节,就需要换成二维图纸进行加工,不仅浪费时间,更容易在设计、制造的转换过程中出现错误。

“打通三维数字化制造这个环节势在必行。”一部结构室的郑卫东认为长征五号火箭实现了全三维模型设计,“长七”则要以三维设计下厂的方式完成产品三维工艺设计,达到真正意义上的高效、高质和快捷。

为了满足三维数字化制造的基本需求,一院211厂和703所还分别自筹经费购置了一批基础硬件设施,对几个主要车间进行了网络改造工作,彻底将数字化制造工作落实到设计工艺协同、三维设计文件的使用与管理、工艺设计、数字化生产、数字化检测的各个环节,力图实现三维到工艺、三维到现场、三维到设备的完整数字化制造体系。

一场需要“全民皆兵”的技术革命

“产品数字化将意味着我们的管理也要跟得上脚步。”聂蓉梅说。

“如果维持传统的工作流程,数字化只是建立数字模型、单台设备的数字加工而已。”陈风雨告诉记者,现在一院打破各单位“单兵作战”的局面,把各系统的设计师组成一个设计组,形成协同工作的团队,集中在统一的工作现场,通过网络在50个图形工作站之间及时传递进展情况和反馈意见,把目前大多按串行流程进行的工作尽可能同步、甚至提前进行,直接在三维模型上进行设计、工艺以及协同,大大缩短了数据传递的时间和传递的路径。

然而,任何新生事物在初期都需要一个适应过程,型号数字化工作也是如此。比如,设计人员为使211厂在接收到数字设计模型后能准确地进行加工制造,就需要对每个三维图形进行标注。“每个三维图形的尺寸,我们都需要花费2个~3个小时进行标注。按照传统模式,1个月就能完成的工作,现在光标注就要花费近4个月的时间。在设计阶段,我们的效率反而降低了。”郑卫东坦言。

另外,“和木桶理论一样,研制各环节的参研单位,数字化能力水平参差不齐,也会对型号的研制效率带来负面影响。”聂蓉梅认为,只有迈过这道坎,才能实现长久的高效。

正如我国航空航天领域专家顾颂芬院士所说,“数字化的生产方式正在从根本上动摇着传统制造业的基础,催生着一场制造业的技术革命。”很显然,中国航天正在悄然掀起一场火箭制造业的新革命。 来源:中国航天网

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