CN103793578B - 气象卫星的自顶向下装配设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气象卫星的自顶向下装配设计方法，包括以下步骤：1）对气象卫星进行功能描述、概念设计和结构分解，确定产品结构之间的参照约束与装配关系，并从各层级设计顶层定义全局设计所必需的设计参数，输出布局设计模型；2）根据布局设计模型，自顶向下在各层级模块单元中构建多骨架模型，并将布局映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，输出多骨架模型；3）根据多骨架模型，对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束等，并对详细设计模型进行工程分析，输出详细设计模型。本发明解决了设计参数传递路径单一的局限性，保证了设计参数的权限控制；降低了上下层模块之间的强耦合性，有利于通用模块单元的重用。

Description

气象卫星的自顶向下装配设计方法

技术领域

本发明涉及气象卫星型号产品设计技术领域，尤其涉及一种气象卫星的自顶向下装配设计方法。

背景技术

气象卫星产品研发过程中设计意图广泛、参照关系复杂、设计变更频繁，并且模块单元之间设计参数权限控制严格。气象卫星装配设计是卫星研制过程中的重要环节，目前采用自顶向下的设计方式，其实质是一种在产品设计过程中通过建立顶层设计规划，并将该规划作为设计准则逐级向下传递的设计方法。在气象卫星自顶向下装配设计过程中，各级骨架模型的建立是整个卫星设计的基础，通过采用骨架模型捕捉设计意图并搭建产品结构，从而将必要的设计意图和参照关系自顶向下进行传递和共享。并且使用骨架模型作为中心参照，就可以通过改变骨架来实现气象卫星的设计更改，实现全局控制和设计参数化。

目前，典型的气象卫星自顶向下装配设计过程为：首先，按照气象卫星产品基本功能需求，构建顶层设计规划，用来定义产品的基本功能、基本结构、全局参数以及参数之间的依赖关系；其次，根据顶层设计规划，设计意图与参照关系以骨架模型为载体，通过发布几何向下层模块单元传递；接着，下层模块单元创建本层骨架模型，通过复制几何接收设计意图与参照关系，并根据本层模块单元的要求继续向下层模块单元发布设计参数；依此类推，直至产品设计参数传递至最底层的零部件；最后，进行零部件的实体化及详细设计。

但是现有技术至少存在以下缺点：

设计意图和参照关系通过单一的标准骨架模型进行自顶向下传递，并且完全受控于顶层设计规划，形成了单一的设计参数传递路径；

在设计参数的发布过程中，同层级模块单元共享了来自上层设计模块发布的所有设计参数，不能形成有效的设计参数权限控制；

在进行设计更改时，采用单骨架模型会使得更改的设计参数在整个骨架模型里自顶向下传递，导致设计更改效率比较低，且对其他模块造成设计干扰；

在气象卫星系列化研制过程中，自顶向下设计使得上下层模块之间耦合性较强，而通用模块的重用会把相关设计参照带入新产品中，导致参照关系混乱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对现有技术中气象卫星装配设计方案中存在的上述不足，提出一种基于多骨架模型的自顶向下装配设计方法，用于解决传统气象卫星自顶向下装配设计过程中设计参数传递路径单一的局限性，并且降低上下层模块单元之间的耦合性。该方法在产品横向设计上采用多功能骨架模型，对设计参数进行分类管理，形成有效的设计参数受控发布；在产品纵向设计上采用多层次骨架模型，对设计参数进行分层控制，避免模块重用时的参照关系混乱。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种气象卫星的自顶向下装配设计方法，包括以下步骤：1）对气象卫星进行功能描述、概念设计和结构分解，确定产品结构之间的参照约束与装配关系，并从各层级设计顶层定义全局设计所必需的设计参数，输出布局设计模型；2）根据所述布局设计模型，自顶向下在各层级模块单元中构建多骨架模型，并将布局映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，输出多骨架模型；3）根据多骨架模型，对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束等，并对详细设计模型进行工程分析，输出详细设计模型。

进一步地，所述步骤1）中，对气象卫星进行功能设计，描述气象卫星需要实现的具体产品功能；根据功能描述进行概念设计，建立实现气象卫星功能的基本工程结构；对产品结构进行分解，构建实现产品功能的模块、子模块及模块接口。

进一步地，所述步骤2）中，建立整星级、舱段级的位置骨架，在位置骨架中构建隶属于本模块单元的下层模块单元的接口与位置特征，控制与所述本模块单元对应的下层模块单元的接口与位置参数；建立整星级、舱段级的设计骨架，通过笛卡尔坐标系装配各自的位置骨架，为本层模块单元控制下层模块单元的特征构建提供接口与位置参数；建立整星级、舱段级的发布骨架，在各发布骨架中构建本模块单元向下层模块单元发布的特征。

进一步地，整星级模块单元直接在设计骨架里建立下层各舱段级模块单元的发布骨架，在各发布骨架里构建所需特征，控制各舱段级模块单元的设计参数。

进一步地，舱段级模块单元首先装配来自上层整星级模块单元的发布骨架，获取设计参数，并结合本模块单元已有的设计参数，形成设计参数表，最后进行设计骨架的设计，创建隶属于本层的下层各舱板级模块单元的发布骨架。

进一步地，舱板级模块单元直接装配各舱板模块单元的发布骨架。

进一步地，所述步骤3）中，输出详细设计模型，具体包括：对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束；对详细设计模型进行工程分析，验证各层级模块单元的设计结果是否符合设计说明书。

进一步地，还包括步骤4）：对所述最终设计进行验证与优化得到满足装配设计要求的最优设计，包括：根据所述设计方法生成的三维参数化装配设计模型，在对应气象卫星产品设计环境中进行装配设计仿真，根据验证与优化得到满足所述装配设计要求的最优设计。

进一步地，所述设计参数包括接口类型、定位基准、连接运动、几何形状、空间声明及装配参照。

进一步地，通过计算机辅助程序进行计算机辅助设计仿真。

通过以上技术方案，本发明相较于现有技术具有以下技术效果：

本发明在对气象卫星产品进行自顶向下装配设计过程中，通过设计规划确定各层级全局设计所必须的关键设计参数，关键设计参数主要包括接口类型、定位基准、连接运动、几何形状、空间声明及装配参照等，然后得到布局设计模型，并在此基础上，自顶向下在各层级模块单元中构建多骨架模型，将布局设计模型映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，最后通过进一步地进行结构的详细设计得到满足设计要求的气象卫星装配设计骨架模型，有效地解决了设计参数传递路径的单一性，保证了设计参数的权限控制，降低了上下层模块之间的强耦合性，避免了模块重用时的参照关系混乱，并从一定程度上提高了设计更改效率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的气象卫星自顶向下装配设计方法具体流程图；

图2是本发明实施例二提供的气象卫星自顶向下装配设计方法具体流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种气象卫星的自顶向下装配设计方法，参阅图1，该方法流程具体如下：

S1：首先是设计规划阶段，主要对气象卫星进行功能描述、概念设计和结构分解，确定产品结构之间的参照约束与装配关系，并从各层级设计顶层定义全局设计所必需的关键设计参数，输出布局设计模型。其中，关键设计参数主要包括接口类型、定位基准、连接运动、几何形状、空间声明及装配参照等；

S2：其次是骨架建模阶段，根据布局设计模型，自顶向下在各层级模块单元中构建多骨架模型，并将布局映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，输出多骨架模型；

S3：最后是详细设计阶段，根据多骨架模型，对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束等，并对详细设计模型进行工程分析，输出详细设计模型。

其中，上述设计规划阶段，主要对气象卫星进行功能描述、概念设计和结构分解，确定产品结构之间的参照约束与装配关系，并从各层级设计顶层定义全局设计所必需的关键设计参数，输出布局设计模型，具体包括：

S11：对气象卫星进行功能设计，描述气象卫星需要实现的具体产品功能；

S12：根据功能描述进行概念设计，建立实现气象卫星功能的基本工程结构；

S13：对产品结构进行分解，构建实现产品功能的模块、子模块及模块接口。

其中，上述骨架建模阶段，根据布局设计模型，自顶向下在各层级模块单元中构建多骨架模型，并将布局映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，输出多骨架模型，具体包括：

S21：建立整星级、舱段级的位置骨架，在位置骨架中构建隶属于本模块单元的下层模块单元的接口与位置特征，从而控制与本模块单元对应的下层模块单元的接口与位置参数；

S22：建立整星级、舱段级的设计骨架，通过笛卡尔坐标系装配各自的位置骨架，为本层模块单元控制下层模块单元关键特征的构建提供接口与位置参数；

S23：根据不同层级的模块单元，发布骨架的建模过程有所不同，具体包括：

S231：整星级模块单元直接在设计骨架里建立下层各舱段级模块单元的发布骨架，在各发布骨架里构建所需发布的关键特征，从而控制各舱段级模块单元的关键设计参数；

S232：舱段级模块单元应首先装配来自上层整星级模块单元的发布骨架，获取关键设计参数，并结合本模块单元所拥有的其他设计参数，形成完善的设计参数表，最后进行设计骨架的设计，创建隶属于本层的下层各舱板级模块单元的发布骨架；

S233：舱板级模块单元直接装配各舱板模块单元的发布骨架，依据设计说明书进行详细设计。

其中，所述最后是详细设计阶段，根据多骨架模型，对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束等，并对详细设计模型进行工程分析，输出详细设计模型，具体包括：

S31：对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束；

S32：对详细设计模型进行工程分析，保证各层级模块单元的设计结果符合设计说明书，且有利于最终的装配。

本实施例提供的方法，通过设计规划确定各层级全局设计所必须的关键设计参数，关键设计参数主要包括接口类型、定位基准、连接运动、几何形状、空间声明及装配参照等，进而得到布局设计模型，并在此基础上，自顶向下在各层级模块单元中构建多骨架模型，将布局映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，最后通过进一步地进行结构的详细设计得到满足设计要求的气象卫星装配设计骨架模型，有效地解决了设计参数传递路径的单一性，保证了设计参数的权限控制，降低了上下层模块之间的强耦合性，避免了模块重用时的参照关系混乱，并从一定程度上提高了设计更改效率。

具体地，关键设计参数包括功能参数、接口参数、位置参数、连接运动、空间声明、外形参数、装配参照等产品参数。其中，外形参数表征模块单元的几何外形尺寸等特征；接口参数控制模块单元之间的接口特征的参数；位置参数控制模块单元之间的几何位置特征等；功能参数表征模块单元所实现的功能性能等参数。

以某卫星设计为例，关键设计参数又可以分为：整星层设计：基准坐标系、整星轮廓、整星构型等；舱段层设计：基准坐标系、舱段轮廓、舱板厚度、结构搭接关系、舱板分块线、穿舱孔和预埋热管形位信息等；舱板层设计：基准坐标系、舱板轮廓、舱板实体、设备安装点等。

为了更加详细地阐述本实施例提供的方法，结合上述发明内容，接下来通过计算机辅助设计程序（如PRO/E、UG等）进行计算机辅助装配设计实施例二的内容，对本实施例提供的方法进行详细说明。详见如下实施例二：

本实施例二提供了一种气象卫星的自顶向下装配设计方法，参见图2，本实施例提供的方法流程具体如下：

201整星层设计

2011建立整星规划：在产品定义中根据标杆产品和市场需求确定产品主参数，如功能参数、位置参数、接口参数及外形参数等，形成整星参数表；

2012建立整星布局：总体设计师根据产品规划的参数表，创建体现整星设计意图的整星布局模型；

2013建立整星装配体：创建整星总装配体；

2014建立整星位置骨架：在整星装配体中创建整星位置骨架，建立整星及各舱段的接口与位置特征等；

2015建立整星设计骨架：在整星装配体中创建整星设计骨架，通过笛卡尔坐标系匹配的方式装入整星位置骨架，为整星层模块单元控制下层模块单元关键特征的构建提供接口与位置参数；

2016建立舱段发布骨架：在整星设计骨架中创建各舱段的发布骨架，在各发布骨架里构建所需发布的产品特征，从而建立整星层模块单元控制舱段层模块单元的关键特征与参数；

2017完善整星装配模型：根据整星布局模型和多骨架模型，对整星层骨架模型进行详细设计，完善整星装配设计模型。

202舱段层设计

2021建立舱段规划：根据整星传递给舱段层的主参数，各舱段模块单元细化并完善主参数，形成各自的设计参数表；

2022建立舱段布局：舱段层设计师根据舱段层规划的参数表，创建体现各自设计意图的舱段布局模型；

2023建立舱段装配体：创建各舱段装配体，从整星位置骨架中获取各舱段接口与位置参数，以笛卡尔坐标系匹配的方式进行装配；

2024建立舱段位置骨架：在各舱段装配体中创建舱段的位置骨架，建立隶属于本舱段的各舱板的接口与位置特征等；

2025建立舱段设计骨架：在舱段装配体中创建各舱段设计骨架，通过笛卡尔坐标系匹配的方式装入舱段位置骨架，为舱段层模块单元控制下层模块单元关键特征的构建提供接口与位置参数；

2026建立舱板发布骨架：在舱段设计骨架中创建各舱板的发布骨架，在各发布骨架里构建所需发布的产品特征，从而建立舱段层模块单元控制舱板层模块单元的关键特征与参数；

2027完善舱段装配模型：根据舱段布局模型和多骨架模型，对舱段层骨架模型进行详细设计，完善舱段装配设计模型。

203舱板层设计

2031建立舱板规划：根据舱段层传递给舱板层的主参数，各舱板模块单元细化并完善主参数，形成各自的设计参数表；

2032建立舱板布局：舱板层设计师根据舱板层规划的参数表，创建体现各自设计意图的舱板布局模型；

2033建立舱板装配体：创建各舱板装配体，从舱段位置骨架总获取各舱板接口与位置参数，以笛卡尔坐标匹配的方式进行装配；

2034建立舱板位置骨架：在各舱板装配体中创建各舱板的骨架骨架，建立隶属于本舱板的各单机设备的接口与位置特征等；

2035建立舱板设计骨架：在舱板装配体中创建各舱板设计骨架，通过笛卡尔坐标系匹配的方式装入舱板位置骨架，为舱板层模块单元控制下层模块单元关键特征的构建提供接口与位置参数；

2036完善舱板装配模型：根据舱板布局模型和多骨架模型，对舱板层骨架模型进行详细设计，完善舱板装配设计模型。

2037舱板模块详细设计：对舱板层的各模块单元进行详细设计，包括实体化、穿舱孔开孔等，并对详细设计模型进行工程分析。

其中，单机设备的装配设计主要在舱板级位置骨架上进行操作，根据单机设备布局的基准坐标系与舱板级位置骨架中该单机设备的相应坐标系来确定单机的布局位置。单机设备的详细设计则由各专业设计师完成。

其中，前述的布局设计、骨架建模、详细设计及优化与验证等涉及计算机辅助设计程序的具体操作，操作过程为本领域所熟知，本发明实施例省略详细描述。

其中，本发明的上述两个实施例并不用于限制本发明，实施例一从宏观理论角度阐述该方法的设计流程，实施例二从微观实操角度更为详细地阐述了该方法的设计流程。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

综上所述，本发明通过总体规划确定全局设计所必须的关键产品设计参数，得到总体布局模型，并在此基础上，自顶向下在各层级模块单元构建多骨架模型，将总体布局映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，最后通过进一步地进行结构的详细设计得到满足设计要求的气象卫星装配设计骨架模型，有效地解决了设计参数传递路径的单一性，保证了设计参数的权限控制，降低了上下层模块之间的强耦合性，避免了模块重用时的参照关系混乱，并从一定程度上提高了设计更改的效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

Claims (9)

1.一种气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对气象卫星进行功能描述、概念设计和结构分解，确定产品结构之间的参照约束与装配关系，并从各层级设计顶层定义全局设计所必需的设计参数，输出布局设计模型；

2)根据所述布局设计模型，自顶向下在各层级模块单元中构建多骨架模型，并将布局映射到骨架模型中，实现布局参数驱动骨架特征，输出多骨架模型；建立整星级、舱段级的位置骨架，在位置骨架中构建隶属于本模块单元的下层模块单元的接口与位置特征，控制与所述本模块单元对应的下层模块单元的接口与位置参数；建立整星级、舱段级的设计骨架，通过笛卡尔坐标系装配各自的位置骨架，为本层模块单元控制下层模块单元的特征构建提供接口与位置参数；建立整星级、舱段级的发布骨架，在各发布骨架中构建本模块单元向下层模块单元发布的特征；

3)根据多骨架模型，对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束，并对详细设计模型进行工程分析，输出详细设计模型。

2.根据权利要求1所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，所述步骤1)中，对气象卫星进行功能设计，描述气象卫星需要实现的具体产品功能；根据功能描述进行概念设计，建立实现气象卫星功能的基本工程结构；对产品结构进行分解，构建实现产品功能的模块、子模块及模块接口。

3.根据权利要求1所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，整星级模块单元直接在设计骨架里建立下层各舱段级模块单元的发布骨架，在各发布骨架里构建所需特征，控制各舱段级模块单元的设计参数。

4.根据权利要求1所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，舱段级模块单元首先装配来自上层整星级模块单元的发布骨架，获取设计参数，并结合本模块单元已有的设计参数，形成设计参数表，最后进行设计骨架的设计，创建隶属于本层的下层各舱板级模块单元的发布骨架。

5.根据权利要求1所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，舱板级模块单元直接装配各舱板模块单元的发布骨架。

6.根据权利要求1所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，所述步骤3)中，输出详细设计模型，具体包括：对最底层模块单元的实体特征进行详细设计，建立具体的工程约束；对详细设计模型进行工程分析，验证各层级模块单元的设计结果是否符合设计说明书。

7.根据权利要求1所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，还包括步骤4)：对最终设计进行验证与优化得到满足装配设计要求的最优设计，包括：根据所述设计方法生成的三维参数化装配设计模型，在对应气象卫星产品设计环境中进行装配设计仿真，根据验证与优化得到满足所述装配设计要求的最优设计。

8.根据权利要求1所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，所述设计参数包括接口类型、定位基准、连接运动、几何形状、空间声明及装配参照。

9.根据权利要求1-8任一项所述的气象卫星的自顶向下装配设计方法，其特征在于，通过计算机辅助程序进行计算机辅助设计仿真。