一種航天器設備安裝緊固件的快速設計與管理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種航天器設備緊固件的快速設計與管理方法，依據(jù)各類航天器設備安裝標準緊固件選用范圍要求，確定設備安裝緊固件的選用范圍，建立航天器設備安裝標準緊固件數(shù)據(jù)庫，歸納航天器設備安裝緊固件的安裝形式，根據(jù)設備安裝孔徑、安裝孔深度、安裝形式、緊固件類型、安裝板厚度參數(shù)，建立設備安裝緊固件基本參數(shù)的算法，以單機設備的機械接口信息作為數(shù)據(jù)基礎，建立基于三維輕量化模型的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺，對設備緊固件參數(shù)的自動計算、規(guī)格的自動匹配、三維輕量化模型的參數(shù)化設計和自動裝配，以及對緊固件設計結(jié)果的可視化檢驗，提高了緊固件設計的工作效率，保證了數(shù)據(jù)的唯一性和正確性。
【專利說明】一種航天器設備安裝緊固件的快速設計與管理方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械設計與機械配套領域，涉及一種設備安裝緊固件的快速設計和基 于工藝信息的管理方法。

【背景技術】
[0002] 利用緊固件的連接設計是航天器產(chǎn)品常用的機械裝配方式。在載人航天器的裝配 設計中廣泛用到的緊固件主要包括螺釘（螺栓）、螺母、墊圈等，根據(jù)載人飛船的軌道艙和 返回艙兩個艙段的裝配統(tǒng)計，設備裝配用到的緊固件就超過11000件。緊固件的設計、采 購、總裝和管理是一個系統(tǒng)工程，貫穿于航天器從設計到配套、到總裝、到檢驗、到在軌運行 的全生命周期。
[0003] 航天器設計是一個知識密集型的系統(tǒng)工程，包括若干個分系統(tǒng)的共同參與，每個 分系統(tǒng)的單機設備由不同的研制單位進行研制。與航天器設備安裝緊固件相關設計過程 是：
[0004] 首先由研制單位進行單機設備的研制；
[0005] 然后分系統(tǒng)向型號總體部門提供各單機設備外形圖冊和安裝緊固的安裝信息 (如安裝孔直徑及深度、安裝孔數(shù)量、安裝孔相對位置坐標等參數(shù)）。
[0006] 總體部門在航天器的結(jié)構布局和總裝設計中進行緊固件的選配；
[0007] 采購部門根據(jù)總體部門提供的設備安裝圖冊（二維圖）中的緊固件統(tǒng)計結(jié)果進行 緊固件采購；
[0008] 最后在航天器的總裝過程中，由總裝實施部門總裝實施。
[0009] 其中，在航天器的結(jié)構布局和總裝設計中，總體部門進行設備安裝緊固件選配的 基本過程是：設計師依據(jù)單機設備研制單位提供的單機設備的安裝信息，手動計算緊固件 的基本參數(shù)，并通過查詢相關設計標準和規(guī)范，選取緊固件的規(guī)格，然后在二維安裝圖紙中 表達緊固件信息，最終通過人工統(tǒng)計和匯總?cè)靠傃b二維圖上的緊固件信息來指導采購部 門的采購和總裝實施部門的現(xiàn)場裝配。
[0010] 這種傳統(tǒng)的設計方法主要存在以下缺點：
[0011] 1)螺釘（螺栓）的長短沒有嚴格的規(guī)范，由于個人設計習慣及經(jīng)驗不同，使得即使 相同類型設備裝配設計，不同人給出的螺釘（螺栓）長度會不同，使得螺釘（螺栓）種類過 多；
[0012] 2)由于沒有三維干涉仿真設計，無法檢驗是否干涉，無法提前判斷總裝實施過程 中的可達性，如操作空間、測力空間、緊固件脫落方式及空間等是否滿足要求；
[0013] 3)不僅緊固件的設計計算繁瑣，而且緊固件的統(tǒng)計和匯總工作量大、效率低、出錯 率1? ;
[0014] 4)單機設備研制單位、結(jié)構布局和總裝設計部門、采購部門和總裝實施部門在"單 機設計-結(jié)構布局和總裝設計-緊固件采購-總裝實施"過程中缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸與信 息共享，嚴重影響了設計效率，制約了設計-配套-總裝的數(shù)字化、信息化和一體化進程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種航天器設備緊固件的快速設計與管理方法，包 括如下步驟：
[0016] 1)依據(jù)各類航天器設備安裝標準緊固件選用范圍要求，確定設備安裝緊固件的選 用范圍，建立航天器設備安裝標準緊固件數(shù)據(jù)庫；
[0017] 2)歸納航天器設備安裝緊固件的安裝形式，根據(jù)設備安裝孔徑、安裝孔深度、安裝 形式、緊固件類型、安裝板厚度參數(shù)，建立設備安裝緊固件基本參數(shù)的算法；
[0018] 3)以單機設備的機械接口信息作為數(shù)據(jù)基礎，建立基于三維輕量化模型的緊固件 數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)緊固件在"設計-采購-總裝-檢驗"全過程中的信息化閉環(huán)管理；所 述的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺組成包括數(shù)據(jù)導入/導出子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、緊固件信息 分析子系統(tǒng)、緊固件統(tǒng)計與匯總子系統(tǒng)、緊固件生成與裝配子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)；；
[0019] 4)各分系統(tǒng)填報單機設備的機械接口信息；
[0020] 5)將步驟4)所述的單機設備的機械接口信息匯總，并輸入所述的緊固件數(shù)據(jù)共 享平臺；
[0021] 6)在所述的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺上選擇需要計算緊固件的設備名稱或設備代 號；
[0022] 7)根據(jù)步驟6)所選擇的設備名稱或設備代號，所述的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺自動 從數(shù)據(jù)庫中收集該設備的機械接口信息；
[0023] 8)所述的緊固件信息分析子系統(tǒng)依據(jù)設備安裝孔徑、安裝孔深度、安裝形式、緊固 件類型、安裝板厚度參數(shù)計算緊固件的公稱直徑和公稱長度，然后在所述的航天器設備安 裝標準緊固件數(shù)據(jù)庫中通過緊固件的公稱直徑和公稱長度查找對應的標準緊固件；
[0024] 9)重復步驟4)至8)，直至整器全部單機設備的安裝緊固件計算完成；
[0025] 10)所述的緊固件統(tǒng)計與匯總子系統(tǒng)根據(jù)設備安裝孔的位置參數(shù)，統(tǒng)計和匯總整 器緊固件，輸出成緊固件物料清單表；
[0026] 11)整器設備三維布局完成后，利用步驟10)獲得的緊固件物料清單表，通過所述 的緊固件生成與裝配子系統(tǒng)，進行設備安裝緊固件三維輕量化模型的參數(shù)化設計和裝配；
[0027] 12)重復步驟11)，直至整器全部單機設備的緊固件三維輕量化模型參數(shù)化設計 和自動裝配完成；
[0028] 13)輸出整器的緊固件三維裝配模型的發(fā)布幾何，輸出整器的緊固件物料清單表， 以指導緊固件采購和總裝實施。
[0029] 本發(fā)明實現(xiàn)了對設備緊固件參數(shù)的自動計算、規(guī)格的自動匹配、三維輕量化模型 的參數(shù)化設計和自動裝配，以及對緊固件設計結(jié)果的可視化檢驗，提高了緊固件設計的工 作效率，解決了緊固件設計參數(shù)不優(yōu)化的問題，實現(xiàn)了設備緊固件信息的自動統(tǒng)計和匯總， 減少人工統(tǒng)計引起的差錯率，實現(xiàn)了緊固件在"設計-配套-總裝-檢驗"全過程中的信息 化閉環(huán)管理，方便設計、配套和總裝過程中信息的有效傳輸和共享，有效指導采購部門的采 購和總裝實施部門的現(xiàn)場裝配；本發(fā)明中，以設備機械接口部分作為設備安裝緊固件設計 和管理的唯一輸入，既保證了數(shù)據(jù)的唯一性，又保證了數(shù)據(jù)的正確性，同時可使整個緊固件 設計和管理過程的數(shù)據(jù)源與整器構型布局和總體總裝設計的數(shù)據(jù)源頭統(tǒng)一。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1基于三維輕量化模型的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺的系統(tǒng)組成圖；
[0031] 圖2航天器設備緊固件的快速設計與管理方法流程圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體介紹。
[0033] 本發(fā)明以航天器的三維布局和總裝的實際需求為出發(fā)點，提出一種航天器設備安 裝緊固件的快速設計與管理方法，實現(xiàn)緊固件在"設計-配套-總裝-檢驗"全過程中的信 息化閉環(huán)管理，實現(xiàn)對設備緊固件參數(shù)的自動計算、規(guī)格的自動匹配、三維輕量化模型的參 數(shù)化設計和自動裝配，以及對緊固件設計結(jié)果的可視化檢驗，應用到航天器三維布局和總 裝的設計過程中，提高緊固件設計的工作效率，解決緊固件設計參數(shù)不優(yōu)化的問題，實現(xiàn)設 備緊固件信息的自動統(tǒng)計和匯總，減少人工統(tǒng)計引起的差錯率，方便設計、配套和總裝過程 中信息的有效傳輸和共享，有效指導采購部門的采購和總裝實施部門的現(xiàn)場裝配。
[0034] 本實施在自主開發(fā)的基于三維輕量化模型的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺的基礎上實現(xiàn) 了航天器設備緊固件的快速設計與管理。
[0035] 基于三維輕量化模型的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺的系統(tǒng)組成如圖1所示，平臺組成包 括：數(shù)據(jù)導入/導出子系統(tǒng)，用于單機設備的機械接口信息的導入和緊固件各種信息及其 B0M(Bill of Material，物料清單）表的導出；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，用于設備安裝支架機械接 口信息的填報和標準緊固件數(shù)據(jù)庫的填報；緊固件信息分析子系統(tǒng)，用于緊固件類型的選 擇、緊固件標準的選擇、緊固件參數(shù)計算、緊固件規(guī)格匹配、緊固件可達性檢驗；緊固件統(tǒng)計 與匯總子系統(tǒng)，用于某個圖號或者整器緊固件信息的匯總和統(tǒng)計；緊固件生成與裝配子系 統(tǒng)，用于在航天器三維裝配模型中緊固三維模型的生成和自動裝配；系統(tǒng)管理子系統(tǒng)，用于 用戶管理、權限管理、角色管理和數(shù)據(jù)管理；
[0036] 該緊固件數(shù)據(jù)共享平臺具有以下功能：
[0037] 1)可以輸入和匯總航天器單機設備的機械接口數(shù)據(jù)；
[0038] 2)依據(jù)《載人航天器標準緊固件選用范圍要求》，定設備安裝緊固件的選用范圍， 開了發(fā)標準緊固件的數(shù)據(jù)庫；
[0039] 3)根據(jù)設備安裝孔徑、安裝孔深度、安裝形式、緊固件類型、安裝板厚度等參數(shù)，建 立了設備安裝緊固件的選型規(guī)則和基本參數(shù)的算法，實現(xiàn)了對緊固件參數(shù)的自動計算和規(guī) 格的自動匹配，具體計算方法如下 ：
[0040] 螺釘（螺栓）+墊片（與鋼絲螺套配合）
[0041] 螺釘（螺栓）的規(guī)格Μ通過設備上的孔徑d進行判斷，如果孔徑D為整數(shù)值，規(guī)格 Μ為D減去1，即M = D-1，并滿足緊固件設計規(guī)范要求；如果孔徑D為整數(shù)值，規(guī)格Μ取設 備孔徑D小數(shù)點前的數(shù)值，并滿足緊固件設計規(guī)范要求。
[0042] 螺釘（螺栓）的計算長度Lx為：
[0043] Lx = Hd+Hr/Hz+(P+6P+P) = Hd+Hr/Hz+8P ；
[0044] 式中，Lx表示螺釘?shù)挠嬎汩L度；
[0045] Hd表示墊片的厚度；
[0046] Hr表示設備上安裝孔深度；
[0047] Hz表示支架的厚度；
[0048] P表示螺距。
[0049] 由于標準的螺釘長度為系列化的標準值，實際公稱長度選用大于Lx的最小系列 化值。
[0050] 螺釘?shù)墓Q長度L =大于Lx的最小標準值。
[0051] 螺釘?shù)墓Q長度 L 的驗算：L- (Hd+Hr/Hz) < Hd+Hr/Hz+8P+2P
[0052] 螺釘（螺栓）+螺母+墊片
[0053] 螺釘（螺栓）規(guī)格Μ通過設備上的孔徑d進行判斷，如果孔徑D為整數(shù)值，規(guī)格Μ 為D減去1，即M = D-1，并滿足緊固件設計規(guī)范要求；如果孔徑D為整數(shù)值，規(guī)格Μ取設備 孔徑D小數(shù)點前的數(shù)值，并滿足緊固件設計規(guī)范要求。
[0054] 螺釘（螺栓）的計算長度Lx為：
[0055] Lx = Hd+Hr+Hy/Hz+Hm+2P ；
[0056] 式中，Lx表示螺釘或螺栓的計算長度；
[0057] Hd表示墊片的厚度；
[0058] Hr表示設備上安裝孔深度；
[0059] Hy表示儀器板的厚度；
[0060] Hz表示支架的厚度；
[0061] Hm表示螺母的厚度；
[0062] P表示螺距。
[0063] 由于標準的螺釘/螺栓長度為系列化的標準值，實際選用大于Lx的最小系列化 值。
[0064] 螺釘?shù)墓Q長度L =大于Lx的最小標準值。
[0065] 螺釘（螺栓）+托板螺母+墊片
[0066] 螺釘（螺栓）規(guī)格Μ通過設備上的孔徑d進行判斷，如果孔徑D為整數(shù)值，規(guī)格Μ 為D減去1，即M = D-1，并滿足緊固件設計規(guī)范要求；如果孔徑D為整數(shù)值，規(guī)格Μ取設備 孔徑D小數(shù)點前的數(shù)值，并滿足緊固件設計規(guī)范要求。
[0067] 螺釘（螺栓）的計算長度Lx為：
[0068] Lx = HdXNd+Hr+Hy/Hz+Hm+2P
[0069] 式中，Lx表示螺釘或螺栓的計算長度；
[0070] Hd表示墊片的厚度；
[0071] Nd表示墊片的個數(shù)；
[0072] Hr表示設備上安裝孔深度；
[0073] Hy表示儀器板的厚度；
[0074] Hz表示支架的厚度；
[0075] Hm表示螺母的厚度；
[0076] P表示螺距。
[0077] 由于標準的螺釘/螺栓長度為系列化的標準值，實際選用大于Lx的最小系列化 值。
[0078] 螺釘?shù)墓Q長度L =大于Lx的最小標準值。
[0079] 實現(xiàn)了自動生成如表1所示的緊固件Β0Μ表，Β0Μ表包括緊固件的配套信息、安裝 信息和螺紋孔信息，Β0Μ表可以通過不同的方式進行索引，包括：以設備為索引、以緊固件 的規(guī)格為索引、以對結(jié)構的孔表信息為索引等；
[0080]

【權利要求】
1. 一種航天器設備緊固件的快速設計與管理方法，其特征是，包括如下步驟： 1) 依據(jù)各類航天器設備安裝標準緊固件選用范圍要求，確定設備安裝緊固件的選用范 圍，建立航天器設備安裝標準緊固件數(shù)據(jù)庫； 2) 歸納航天器設備安裝緊固件的安裝形式，根據(jù)設備安裝孔徑、安裝孔深度、安裝形 式、緊固件類型、安裝板厚度參數(shù)，建立設備安裝緊固件基本參數(shù)的算法； 3) 以單機設備的機械接口信息作為數(shù)據(jù)基礎，建立基于三維輕量化模型的緊固件數(shù)據(jù) 共享平臺，實現(xiàn)緊固件在"設計-采購-總裝-檢驗"全過程中的信息化閉環(huán)管理；所述的 緊固件數(shù)據(jù)共享平臺組成包括數(shù)據(jù)導入/導出子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、緊固件信息分析 子系統(tǒng)、緊固件統(tǒng)計與匯總子系統(tǒng)、緊固件生成與裝配子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)；； 4) 各分系統(tǒng)填報單機設備的機械接口信息； 5) 將步驟4)所述的單機設備的機械接口信息匯總，并輸入所述的緊固件數(shù)據(jù)共享平 臺； 6) 在所述的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺上選擇需要計算緊固件的設備名稱或設備代號； 7) 根據(jù)步驟6)所選擇的設備名稱或設備代號，所述的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺自動從數(shù) 據(jù)庫中收集該設備的機械接口信息； 8) 所述的緊固件信息分析子系統(tǒng)依據(jù)設備安裝孔徑、安裝孔深度、安裝形式、緊固件類 型、安裝板厚度參數(shù)計算緊固件的公稱直徑和公稱長度，然后在所述的航天器設備安裝標 準緊固件數(shù)據(jù)庫中通過緊固件的公稱直徑和公稱長度查找對應的標準緊固件； 9) 重復步驟4)至8)，直至整器全部單機設備的安裝緊固件計算完成； 10) 所述的緊固件統(tǒng)計與匯總子系統(tǒng)根據(jù)設備安裝孔的位置參數(shù)，統(tǒng)計和匯總整器緊 固件，輸出成緊固件物料清單表； 11) 整器設備三維布局完成后，利用步驟10)獲得的緊固件物料清單表，通過所述的緊 固件生成與裝配子系統(tǒng)，進行設備安裝緊固件三維輕量化模型的參數(shù)化設計和裝配； 12) 重復步驟11)，直至整器全部單機設備的緊固件三維輕量化模型參數(shù)化設計和自 動裝配完成； 13) 輸出整器的緊固件三維裝配模型的發(fā)布幾何，輸出整器的緊固件物料清單表，以指 導緊固件采購和總裝實施。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種航天器設備緊固件的快速設計與管理方法，其特征是， 所述的單機設備的機械接口信息主要包括安裝孔數(shù)量、安裝孔編號、安裝孔直徑、安裝孔深 度、安裝孔相對位置坐標。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種航天器設備緊固件的快速設計與管理方法，其特征是， 所述的緊固件數(shù)據(jù)共享平臺組成包括數(shù)據(jù)導入/導出子系統(tǒng)，用于單機設備的機械接口信 息的導入和緊固件各種信息及其物料清單表的導出；所述的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，用于設備安 裝支架機械接口信息的填報和標準緊固件數(shù)據(jù)庫的填報；所述的緊固件信息分析子系統(tǒng)， 用于緊固件類型的選擇、緊固件標準的選擇、緊固件參數(shù)計算、緊固件規(guī)格匹配、緊固件可 達性檢驗；所述的緊固件統(tǒng)計與匯總子系統(tǒng)，用于某個圖號或者整器緊固件信息的匯總和 統(tǒng)計；所述的緊固件生成與裝配子系統(tǒng)，用于在航天器三維裝配模型中緊固三維模型的生 成和自動裝配；所述的系統(tǒng)管理子系統(tǒng)，用于用戶管理、權限管理、角色管理和數(shù)據(jù)管理。
4. 根據(jù)權利要求1至3任一權利要求所述的一種航天器設備緊固件的快速設計與管理 方法，其特征是，所述的物料清單表包括緊固件的配套信息、安裝信息和螺紋孔信息；該物 料清單表通過設備或緊固件的規(guī)格或結(jié)構的孔表信息進行索引。
【文檔編號】G06F17/50GK104217056SQ201310221130
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權日:2013年5月31日
【發(fā)明者】劉剛, 康焱, 尹釗, 王威, 尚明友, 王旭海, 劉曉震, 保石, 張明江 申請人:北京空間技術研制試驗中心