CN110162923B - 面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机构建系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，主要包括以下模块：接口模块、产品分类模块、连接关系识别模块、装配关系解算模块、电缆工艺数字样机构建模块。本发明实现了柔性电缆工艺数字样机的快速构建，满足了电缆铺设的相关需求；在简化总体单位电缆设计模型的基础上，还保留了电缆铺设所需的完整信息，降低了卫星等狭小空间下电缆铺设过程中质量发生的概率。

Description

面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机构建系统及方法

技术领域

本发明属于航天器总装技术领域，具体涉及一种面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统和方法。

背景技术

目前，我国卫星等航天器产品设计工作已广泛实现三维化，各种设计信息以三维模型结合外部受控技术文件的形式进行传递。总装部门以总体单位三维设计模型为基础，通过轻量化处理、BOM(Bill Of Material)重构(如增加工装工具、工艺保护件、装配关系重构等)，构建了总装工艺数字样机，实现了单机设备等的物料配套、便捷应用。但针对电缆等柔性产品铺设与总装，本发明需要解决如下技术难题：

1)电缆组件分支关系复杂，一根电缆一般与多台单机设备都有连接关系，而电缆设计模型中所有电缆同步展示，而总装实施需要逐根铺设，在实际应用时工人难以从所有电缆模型查找到所铺设电缆的信息(如连接产品、走向、需避让产品等)；

2)由于卫星等航天器装配空间极其狭小，若电缆铺设时不能避让相关产品或者没有预留安全间隙，可能造成电缆破损等质量问题；

3)由于卫星一般为封闭结构，除少量星表电缆外，大部分电缆需在舱内铺设，因此需根据舱板与所铺设电缆的遮挡关系，对相应舱板进行隐藏操作；

4)卫星电缆铺设过程，需要在铺设路径上设置若干固定点(如电缆支架) 用于绑扎、固定电缆，因此从大量的电缆支架中正确识别所需固定点，防止由于走向错误导致电缆末端长度不足或导致电缆连接点受到非正常应力的伤害就显得尤为必要。

本发明涉及的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机构建系统，可用于电缆铺设工艺设计和指导总装实施过程，从而降低电缆铺设质量问题发生概率。本系统可以在产品识别、分类整理的基础上，通过识别连接关系、定义避让规则等快速重构电缆铺设所需的信息，并对电缆模型进行简化处理，从而实现电缆铺设的便捷铺设。

发明内容

本发明的发明目的是明确工艺数字样机的处理模式，针对基本的工艺数字样机构建过程，建立合理便捷的处理流程。本发明的系统针对仪器设备等元件的装配工艺过程，开展工艺模型构建、紧固件显性表达和三维装配模型的综合信息查询工作，根据工艺数字样机的整个设计流程，本系统在功能上要实现的目标有以下几个方面：

1)根据各类产品装配模型的不同属性(如仪器、电缆、管路、支架等产品)，实现对模型几何级信息的规范性检查和装配信息的完整性检查，并在完整性检查的基础上实现自动和手动补充产品装配信息；

2)将航天器总装产品分为七类产品工艺主对象，包括仪器、电缆、管路、舱板、直属件、加热回路和热控多层，其它产品为附属产品对象，根据主辅工艺模型属性和结合模型之间的装配关系，实现工艺模型之间关联关系的便捷指定和工艺模型的快速创建；

3)基于已构建的工艺模型，实现对工艺相关设计信息的显性表达、综合查询、信息提取和输出；

4)能满足工艺编写人员快速浏览、定位、查询、分类的轻量化模型专用浏览器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，主要包括以下模块：接口模块、产品分类模块、连接关系识别模块、装配关系解算模块、电缆工艺数字样机构建模块；

所述接口模块是接收总体设计系统发布的三维设计模型(含模型中产品属性等信息)，该模型一般包括整星的全部单机设备、电缆、管路、舱板、支架等产品信息。

所述产品分类模块是通过读取设计模型中每个产品的属性信息，根据其关键词将所有产品模型进行分类、整理。一般地，若属性为“电缆”、“仪器”、“电缆支架”、“舱体结构”，则分别将其归类为电缆、单机设备、电缆支架、舱板等与电缆铺设相关的产品，若为其它关键词则不处理。

所述连接关系识别模块是基于三维CAD工具，利用电缆三维模型设计过程中应用的如连接点或参考点等标识，如电缆端插头与单机设备端插座、电缆分支与电缆支架绑扎点、电缆分支与舱板上穿舱孔的参考点，从而识别出与电缆有连接关系的产品。

进一步地，连接关系识别模块主要包括电缆信息识别模块、电缆插头识别模块、单机设备识别模块、电缆支架识别模块和穿舱孔识别模块。首先程序根据电缆类型信息可以获取电缆线束模型并识别电缆线束的模型参数信息以及电缆分支信息；电缆参数信息中包含电缆各个分支的起始和终止端口代号，根据此端口代号能够获取各个分支的电连接器信息和匹配的插头信息；因为电连接器是依附于单机设备模型上，通过对模型的空间位置进行解析，可以获取电缆分支连接的单机设备模型和信息；在电缆线束的创建过程中，程序通过电缆支架控制电缆的走线方向(依次连接电缆支架上的点形成电缆线束路径)，根据此规则进行逆向检索，可以通过电缆的路径方向找到电缆穿过的电缆支架；程序首先对舱板模型进行识别，对封闭的舱板面中的结构孔进行分析并赋予结构孔唯一编号，通过对电缆线束与结构孔的位置进行分析，当电缆线束的路径经过此结构孔择将其识别为电缆线束的穿舱孔。

在获得上述标识后，由于上述标识一般是依附于某个产品的模型上(如参考点或连接点设置在单机设备模型上)，进而可以通过标识获取与电缆有连接关系的产品清单(包括单机设备、电缆支架、舱板等)。

所述装配关系解算模块是在事先设定一个避让规则(一般为安全间隙)，如果电缆分支路径上某个产品的最大矩形轮廓与电缆模型外包络的距离小于安全间隙值，则将该产品设定为需避让产品，并将其列入需避让产品清单，包括需避让的单机设备、管路等。针对舱板与电缆的遮挡关系，通过解算舱板、对应电缆分支与整星轴线的相对位置关系，若电缆分支处于舱板与整星轴线间、且与电缆无连接关系，则判断其为遮挡舱板。

进一步地，装配关系解算模块主要包括避让规则设置模块、实际元件避让模块、装入舱板分析模块、虚拟元件装入模块。设计人员通过程序的避让规则设置模块对判断空间进行设置，在实际元件避让模块中，程序通过分析电缆各个分支的电缆模型直径与实际产品的最大矩形外包络空间位置进行分析，若距离小于安全距离，且在连接关系识别过程中与电缆线束无关的产品，则将该产品设定为需避让产品，避让产品的类型包括设备、直属件等；针对装入舱板，在连接关系中程序能够识别出与电缆线束相关的单机设备和支架，根据原始模型装配关系，对该单机设备和支架所属的舱板进行保留；在虚拟元件装入模块中，程序通过分析电缆各个分支的电缆模型与虚拟二次绝缘标识空间位置进行分析，当间距小于一定数值时，需要将该二次绝缘标识的虚拟模型列为装入模型清单，判断的产品类型为二次绝缘的虚拟元件模型。

所述电缆工艺数字样机构建模块是依据与某根电缆有连接关系的产品清单、需避让产品清单，创建该电缆的工艺数字样机时保留上述产品的模型，并隐藏其它产品和有遮挡的舱板三维模型，将经上述处理后的模型轻量化后，再构建出含有待铺设电缆、有连接关系和需避让的产品等的BOM，从而构建出所需的含有模型及BOM结构的电缆工艺数字样机。

电缆工艺数字样机构建模块包括电缆连接关系清单获取、电缆装配清单获取、电缆工艺样机模型创建、轻量化模型创建。通过以电缆线束为对象的连接关系分析能够获取与该电缆线束相关的产品清单；通过电缆装配关系解算模块能够对电缆线束的装入件明细进行获取；根据约定规则(详见具体实施方式中工艺样机模型创建章节)，对电缆设计发布模型进行过滤和模型架构重组，在以固定装配方式保证模型位置不发生变化的前提下构建电缆工艺数字样机模型；通过调用Proe标准的轻量化模型快速创建接口实现对应轻量化模型的一键式导出。

本发明的优势主要有以下几点：

1)实现了柔性电缆工艺数字样机的快速构建，满足了电缆铺设的相关需求；

2)在简化总体单位电缆设计模型的基础上，还保留了电缆铺设所需的完整信息，降低了卫星等狭小空间下电缆铺设过程中质量发生的概率。

附图说明

图1为本发明的面向航天器总装柔性电缆工艺数字样机自动构建系统模块结构示意图；

图2为本发明实施例的面向航天器总装柔性电缆工艺数字样机自动构建系统模块的工作流程图；

图3为本发明的系统中三维电缆设计发布模型的结构示意图；

图4为本发明的系统中产品和模型属性信息获取的结构示意图；

图5为本发明的系统中电缆线束的关联识别的结构示意图；

图6为本发明的系统中工艺样机模型创建的结构示意图；

图7为本发明的系统中轻量化模型展示的结构示意图；

图8为本发明的系统中产品结构树报表及三维工艺设计所需要的工艺数字样机产品结构、属性数据及模型数据。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

参见图1，图1显示了本发明的面向航天器总装柔性电缆工艺数字样机自动构建系统模块结构示意图。其中，本发明的面向航天器总装柔性电缆工艺数字样机自动构建系统模块结构主要包括以下模块：接口模块、产品分类模块、连接关系识别模块、装配关系解算模块、电缆工艺数字样机构建模块。其工作流程图如图2所示，本发明的工作流程如下：

第一，设计部门通过设计数据管理系统(Avidm系统等)完成航天器三维设计后，在设计数据管理系统中向总装部门发布航天器三维设计模型。总装部门通过设计数据管理系统与工艺数字样机自动构建系统间接口自动或手动接收三维设计模型及设计文件。

第二，工艺人员利用机电热设计信息提取与补充设置模块对接收到的三维设计模型进行检查，包括(但不限于)：产品名称、产品代号等产品信息完整性检查；零部件模型建模规范性检查，如坐标系定义、草绘建模等)；产品制造信息完备性检查，如紧固件信息、接地线、装配精度要求等。该检查过程涉及的检查规则均由总装部门制定并在系统中预定义。检查完成后，自动输出设计输入检查情况报表，并对不符合规则要求的项目以颜色等进行提示，由工艺人员人工确认是否要求设计部门重新进行设计或者修正。如图4所示，表格对应列即为检查的信息类型、左侧结构树为检查的产品对象，红色部分即为不合格项。

第三，在利用机电热设计信息提取与补充设置模块对接收到的三维设计模型进行检查、设置后，即形成后续工作所需的规范、完整的模型信息，由工艺人员根据制造装配需求在三维设计模型基础上补充工艺信息，主要涉及七类产品工艺主对象和产品附属对象的类型定义，为后续以产品工艺主对象为基础提取产品结构奠定基础。如图3所示，相关人员利用机电热设计信息提取与补充设置模块对模型进行产品类型等信息进行设置，如将对应BOM节点设置为对应的舱板、仪器、紧固件等类型。

第四，在基于产品工艺主对象的关联与标记模块中，系统自动读取24类产品对象的属性信息，通过自动识别产品间装配关系，以七类产品工艺主对象为主要节点，将整星所有产品对象按照整星、舱段、舱板三个层级进行组织，并由系统自动标记、提取该层级关系。如图5所示，部分产品间装配关系(如仪器与接地线、多个仪器与单个支架间)不易自动识别时，由工艺人员手工指定产品间装配关系并添加关联标记，以为系统所识别。上述标记可为工艺模型模块中生成对应的工艺模型提供输入。

第五，在所述工艺模型模块中，以仪器类产品工艺主对象为例，某仪器A 属于某舱段某舱板的产品，在工艺模型中，其产品结构是按照整星、舱段、舱板和仪器及其附属对象进行组织的。如图6所示仪器与紧固件等附属产品的装配关系与结构。

第六，根据制造装配工艺要求，按照生产阶段和产品类别自动提取或手工指定生产所需要的产品模型和制造信息。例如，在进行舱段仪器总装时，工艺人员仅需提取对应舱段的仪器类产品工艺主对象及其附属产品的工艺模型，而对于电缆、管路等其他产品或者其它舱段的仪器无需提取，进而提高总装实施效率。该过程中提取的工艺模型结构树即为工艺数字样机的产品结构树，可输出产品结构树报表及三维工艺设计所需要的工艺数字样机产品结构(如图8所示的产品结构、属性数据及模型等数据)。根据以上信息，工艺人员即可在三维工艺设计系统(如Teamcenter)中构建工艺数字样机并开展三维工艺设计。

第七，在总装实施时，操作人员和检验人员需查看经轻量化处理的工艺模型(PVZ格式)。轻量化工艺模型是由工艺人员在基于产品工艺主对象的模型信息提取基础上，构建按照七类主对象进行结构组织的工艺模型(Pro/E格式)，进行紧固件信息显性处理、电缆工艺模型构建、添加PMI信息(如图7所示的热敏电阻装配尺寸自动标注)和补充工艺要求信息，并将工艺模型进行轻量化处理，根据需要进行综合信息查询。需要说明的是，工艺人员既可在工艺模型中进行信息综合查询，也可以在轻量化工艺模型中进行综合信息查询。在轻量化工艺模型中，操作人员可以直接查看仪器等紧固件信息、产品PMI信息(如装配尺寸等)，也可以查看电缆等柔性产品的装配信息(如铺设路径、分支关系、技术要求等)。

以下对各模块及其子模块的结构及连接关系进行详细说明：

第一，如图3所示，在接口模块中，工艺端接收总体设计系统发布的三维设计模型(包括电缆、单机设备、管路等所有产品)，读取整星三维设计模型的产品属性。

第二，如图4所示，在产品分类模块中，解析所有模型的产品属性，并按照如下规则分类：若产品属性为“电缆”，则将其该模型的产品代号(如W1) 列入电缆产品清单中，后续每根电缆的代号(如W1)作为一个电缆工艺数字样机的根节点；若产品属性为“仪器”，则将其该模型的产品代号列入单机设备产品清单中，作为后续处理(如识别连接关系等)的备选产品；若产品属性为“电缆支架”，则将其产品代号及其位置信息列入电缆支架产品清单中，作为电缆识别连接关系的备选产品；若产品属性为“舱体结构”，则将其该模型的产品代号列入舱板产品清单中，作为后续分析连接关系或者遮挡关系的备选产品。

第三，如图5所示，在连接关系识别模块中，通过识别电缆W1所有分支插头与对应单机设备端插座，获取与W1有连接关系的单机设备清单；通过识别电缆W1所有电缆分支与电缆支架绑扎点标识，获取与W1有绑扎关系的电缆支架代号及位置信息；识别W1电缆分支与舱板上穿舱孔的参考点，获取有连接关系 (即经过舱板上的穿舱孔)的舱板代号。

第四，如图6所示，在装配关系解算模块中，设定避让判断距离(即安全间隙，如设定为100mm)。按照W1电缆铺设路径，搜索其它产品模型，若其矩形外包络与电缆分支圆柱外轮廓的距离小于100mm，则将该产品代号(如单机设备、管路)列入需避让产品清单中。通过解算舱板、对应电缆分支与整星轴线的相对位置关系，若电缆分支处于舱板与整星轴线间、且与电缆无连接关系，则判断其为遮挡舱板。

第五，如图7所示，在电缆工艺数字样机构建模块，首先创建电缆工艺样机的根节点(本例为W1)，然后依据与W1电缆有连接关系的产品清单、需避让产品清单，保留上述产品的模型，并隐藏其它产品和有遮挡的舱板三维模型，将经上述处理后的模型轻量化后(一般为PVZ格式)，再构建出含有待铺设电缆、有连接关系和需避让的产品等的BOM，从而构建出所需的含有模型及BOM结构的电缆工艺数字样机W1。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，主要包括以下模块：接口模块、产品分类模块、连接关系识别模块、装配关系解算模块、电缆工艺数字样机构建模块；

所述接口模块是接收总体设计系统发布的三维设计模型，所述模型包括整星的全部单机设备、电缆、管路、舱板、支架的产品信息；

所述产品分类模块是通过读取三维设计模型中每个产品的属性信息，根据其关键词将所有产品模型进行分类、整理，若属性为“电缆”、“仪器”、“电缆支架”、“舱体结构”，则分别将其归类为电缆、单机设备、电缆支架、舱板与电缆铺设相关的产品，若为其它关键词则不处理；

所述连接关系识别模块是基于三维CAD工具，利用电缆的三维设计模型设计过程中应用的标识，识别出与电缆有连接关系的产品；

所述装配关系解算模块是在事先设定一避让参数，如果电缆分支路径上某个产品的最大矩形轮廓与电缆模型外包络的距离小于安全间隙值，则将该产品设定为需避让产品，并将其列入需避让产品清单，针对舱板与电缆的遮挡关系，通过解算舱板、对应电缆分支与整星轴线的相对位置关系，若电缆分支处于舱板与整星轴线间且与电缆无连接关系，则判断舱板为遮挡舱板；

所述电缆工艺数字样机构建模块是依据与某根电缆有连接关系的产品清单、需避让产品清单，创建该电缆的工艺数字样机时保留上述产品的模型，并隐藏其它产品和有遮挡的舱板三维模型，将经上述处理后的模型轻量化后，再构建出含有待铺设电缆、有连接关系和需避让的产品的BOM，从而构建出所需的含有模型及BOM结构的电缆工艺数字样机。

2.如权利要求1所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，所述模型包含产品属性信息。

3.如权利要求1所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，所述标识为连接点或参考点。

4.如权利要求3所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，所述连接点或参考点为电缆端插头与单机设备端插座、电缆分支与电缆支架绑扎点、电缆分支与舱板上穿舱孔的参考点。

5.如权利要求1所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，避让参数为安全间隙。

6.如权利要求1-5任一项所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，连接关系识别模块主要包括电缆信息识别模块、电缆插头识别模块、单机设备识别模块、电缆支架识别模块和穿舱孔识别模块，其中，电缆信息识别模块根据电缆类型信息获取电缆线束模型并识别电缆线束的模型参数信息以及电缆分支信息；电缆参数信息中包含电缆各个分支的起始和终止端口代号，根据此端口代号能够获取各个分支的电连接器信息和匹配的插头信息；电缆插头识别模块能够识别电连接器依附于单机设备模型上，通过对单机设备识别模型的空间位置进行解析，获取电缆分支连接的单机设备模型和信息；电缆支架识别模块在电缆线束的创建过程中，通过电缆支架控制电缆的走线方向进行逆向检索，通过电缆的路径方向找到电缆穿过的电缆支架；穿舱孔识别模块先对舱板模型进行识别，对封闭的舱板面中的结构孔进行分析并赋予结构孔唯一编号，通过对电缆线束与结构孔的位置进行分析，当电缆线束的路径经过此结构孔则将其识别为电缆线束的穿舱孔。

7.如权利要求1-5任一项所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，装配关系解算模块主要包括避让规则设置模块、实际元件避让模块、装入舱板分析模块、虚拟元件装入模块，其中，实际元件避让模块，通过分析电缆各个分支的电缆模型直径与实际产品的最大矩形外包络空间位置进行分析，若距离小于安全距离，且在连接关系识别过程中与电缆线束无关的产品，则将该产品设定为需避让产品，避让产品的类型包括设备或其直属件；针对装入舱板分析模块，在连接关系中程序能够识别出与电缆线束相关的单机设备和支架，根据原始模型装配关系，对该单机设备和支架所属的舱板进行保留；虚拟元件装入模块，通过分析电缆各个分支的电缆模型与虚拟二次绝缘标识空间位置进行分析，当间距小于一定数值时，需要将该二次绝缘标识的虚拟模型列为装入模型清单，判断的产品类型为二次绝缘的虚拟元件模型。

8.如权利要求1-5任一项所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，电缆工艺数字样机构建模块包括电缆连接关系清单获取模块、电缆装配清单获取模块、电缆工艺样机模型创建模块、轻量化模型创建模块。

9.如权利要求8所述的面向航天器总装的柔性电缆工艺数字样机自动构建系统，其中，关系清单获取模块通过以电缆线束为对象的连接关系分析能够获取与该电缆线束相关的产品清单；电缆装配清单获取模块通过电缆装配关系解算模块能够对电缆线束的装入件明细进行获取；电缆工艺样机模型创建模块，根据约定，对电缆设计发布模型进行过滤和模型架构重组，在以固定装配方式保证模型位置不发生变化的前提下构建电缆工艺数字样机模型；轻量化模型创建模块通过调用Proe标准的轻量化模型快速创建接口实现对应轻量化模型的一键式导出。

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