CN113656854A - 面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，本发明中航天器管路系统一般由管阀件及其支架、管路分支及卡箍、热控产品等构成，在航天器研制过程中，管路系统安装流程依次为：安装管阀件及其支架；试装管路分支及卡箍；管路分支焊接、清洗、矫正、检测等；安装管路分支上热控产品，如粘贴热敏电阻、粘贴及焊连加热回路、包覆多层隔热组件等；正式安装管阀件、管路分支及卡箍。本发明利用模型构建实现了模型、数据、实物之间的关系关联、数据驱动和实物对比，可用于管路系统工艺设计和指导总装实施过程，从而降低管路系统装配时质量问题发生概率，实现管路系统实时状态采集及应用。

Description

面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建
技术领域
本发明涉及航天器总成技术领域，尤其涉及面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建。
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三维工艺设计系统和MES制造执行系统的受控技术文件的形式进行传递。最终形成总装部门以总体单位三维设计模型为基础，通过模型轻量化处理、BOM结构的重构(如增加工装工具、工艺保护件、装配关系重构等)，构建了管路工艺数字样机。
从管路系统的数字孪生模型构建的角度，本发明还需要解决如下技术难题：1)传统的管路实做模型仅能体现管路系统(含管阀件等)的安装状态，以及安装后实际参数(如接地阻值、绝缘情况等)，未能体现安装结果与设计要求的符合性，如有方向性要求的管阀件安装方向、阻值是否正常等；
2)对于管路分支上的热控实施状态，没有记录其实际热控状态，如热敏电阻粘贴情况、多层隔热组件包覆实际状态；
3)管路系统的漏率、焊缝漏率等检测数据没有与模型关联。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，包括如下模块：三维工艺设计系统、MES、AR辅助检验系统、数据库、管阀件数字孪生模型构建模块、热控产品数字孪生模型构建模块、管路分支数字孪生模型构建模块；
所述三维工艺设计系统是开展管路总装、AR辅助检验、数据采集及数据库构建的数据源；
所述MES是总装实施过程中，操作人员获取物料配套、查看工艺文件、轻量化模型、记录生产状态和参数的执行模块；
所述AR辅助检验系统在总装实施过程中，检验人员利用AR装备检测管阀件是否安装、检验管阀件极性方向是否符合要求、管路分支走向是否满足设计要求、管路漏率；
所述数据库记录了管路系统安装、检验过程中所有相关的轻量化模型及航天器BOM、工艺文件、实施状态及参数、检验数据；
所述管阀件数字孪生模型构建模块通过读取数据库中管阀件代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的管阀件轻量化模型，将管阀件安装状态、安装参数、检验记录等与轻量化模型关联；
所述热控产品数字孪生模型构建模块通过读取数据库中热控产品代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的热控状态、参数、检验记录；
所述管路分支数字孪生模型构建模块通过读取数据库中管路分支代号、焊缝编号等信息，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的检验记录、漏率数据等。
优选地，所述三维工艺设计系统中轻量化模型用于指导管路系统总装实施，格式包括PVZ、JT；工艺文件一般为XML格式，包含了航天器BOM、工艺路线(包括操作指导视频)、工艺参数(包括执行记录/表格)、工艺要求信息。
优选地，所述MES记录了生产状态及参数的MES系统将总装实施数据、检验数据、航天器BOM发送至数据库模块。
优选地，所述AR辅助检验系统利用拍照、三维扫描工具记录管路系统的实物影像，检验合格后，将相关检验记录、实物影像等记录到MES中，并由MES将其存入数据库中。
优选地，所述数据库记录了工艺文件、实施状态及参数、检验数据与航天器BOM的关联关系，关联关系包括BOM与管路系统安装工艺文件的关联关系、BOM与实施状态/参数的关联关系、BOM与检验记录的关联关系。
优选地，所述管阀件数字孪生模型构建模块以管阀件轻量化模型的隐藏/显示表示其安装状态，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
优选地，所述热控产品数字孪生模型构建模块通过三维扫描多层组件、加热回路等的实物，获取热控产品的扫描模型，经格式转换为热控产品轻量化模型，构建热控产品数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
优选地，所述管路分支数字孪生模型构建模块通过获取数据库中管路分支轻量化模型，构建管路分支数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.解决了管阀件极性方向检测问题，可消除极性方向错误；
2.实现了柔性热控产品数字孪生模型构建；
3.实现了漏率等检测数据与BOM关联问题。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的航天器总装的管路系统数字孪生模型构建框架的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的航天器总装的管路系统数字孪生模型构建工作流程的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，包括如下模块：三维工艺设计系统、MES、AR辅助检验系统、数据库、管阀件数字孪生模型构建模块、热控产品数字孪生模型构建模块、管路分支数字孪生模型构建模块；
三维工艺设计系统是开展管路总装、AR辅助检验、数据采集及数据库构建的数据源；
MES是总装实施过程中，操作人员获取物料配套、查看工艺文件、轻量化模型、记录生产状态和参数的执行模块；
AR辅助检验系统在总装实施过程中，检验人员利用AR装备检测管阀件是否安装、检验管阀件极性方向是否符合要求、管路分支走向是否满足设计要求、管路漏率；
数据库记录了管路系统安装、检验过程中所有相关的轻量化模型及航天器BOM、工艺文件、实施状态及参数、检验数据；
管阀件数字孪生模型构建模块通过读取数据库中管阀件代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的管阀件轻量化模型，将管阀件安装状态、安装参数、检验记录等与轻量化模型关联；
热控产品数字孪生模型构建模块通过读取数据库中热控产品代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的热控状态、参数、检验记录；
管路分支数字孪生模型构建模块通过读取数据库中管路分支代号、焊缝编号等信息，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的检验记录、漏率数据等。
具体的，三维工艺设计系统中轻量化模型用于指导管路系统总装实施，格式包括PVZ、JT；工艺文件一般为XML格式，包含了航天器BOM、工艺路线(包括操作指导视频)、工艺参数(包括执行记录/表格)、工艺要求信息。
具体的，MES记录了生产状态及参数的MES系统将总装实施数据、检验数据、航天器BOM发送至数据库模块。
具体的，AR辅助检验系统利用拍照、三维扫描工具记录管路系统的实物影像，检验合格后，将相关检验记录、实物影像等记录到MES中，并由MES将其存入数据库中。
具体的，数据库记录了工艺文件、实施状态及参数、检验数据与航天器BOM的关联关系，关联关系包括BOM与管路系统安装工艺文件的关联关系、BOM与实施状态/参数的关联关系、BOM与检验记录的关联关系。
具体的，管阀件数字孪生模型构建模块以管阀件轻量化模型的隐藏/显示表示其安装状态，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
具体的，热控产品数字孪生模型构建模块通过三维扫描多层组件、加热回路等的实物，获取热控产品的扫描模型，经格式转换为热控产品轻量化模型，构建热控产品数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
具体的，管路分支数字孪生模型构建模块通过获取数据库中管路分支轻量化模型，构建管路分支数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
综上所述，本发明涉及的面向航天器总装过程的管路系统数字孪生模型构建，属于面向制造过程的数字孪生模型，具体细节为：在管路系统安装及测试前，三维工艺设计系统通过接口向MES系统发放管阀件、热控产品、管路分支等产品安装所需的轻量化模型和工艺文件。其中轻量化模型用于指导管路系统总装实施，格式包括但不限于PVZ、JT等；工艺文件一般为XML、WORD、PDF、图片、视频等格式，包含了航天器BOM、工艺路线(包括操作指导视频)、工艺参数(包括执行记录/表格)、工艺要求等信息；
在管路系统安装前，三维工艺设计系统通过接口向AR辅助检验系统传递AR模型，模型中包含了检验所需的工艺参数及要求；
安装管阀件时，操作人员首先在MES中查看管阀件安装工艺文件及轻量化模型，获取管阀件安装所需物料等信息，并从库房领取相关物料。安装完毕后在MES中记录管阀件安装状态和生产参数，包括阻值、紧固件涂胶测力、打保险等情况；检验人员利用AR辅助检验系统检查管阀件安装状态和极性方向后，在MES中记录检验参数。MES系统将管阀件生产参数、管阀件轻量化模型、工艺文件等均存入数据库中，并管阀件生产参数与管阀件代号关联。管阀件数字孪生模型构建模块读取数据库中管阀件代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的管阀件轻量化模型(包括管阀件、卡箍等)，将管阀件安装状态、安装参数、检验记录等与轻量化模型关联。最终以管阀件轻量化模型的隐藏/显示表示其是否安装，从而构建管阀件数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据；
安装热控产品时，操作人员在MES中查看热控产品设计模型及工艺文件，并按照设计模型及工艺要求进行热控产品安装，检验人员利用AR辅助检验系统检查热控产品安装状态、位置等，然后在MES中记录热敏电阻、热电偶、加热回路、多层组件等的安装状态、参数及检验结果等。MES将上述参数与对应的热敏电阻代号、热电偶代号、加热回路代号、多层组件代号等关联存储至数据库中。在热控产品数字孪生模型构建模块中，利用三维扫描系统扫描多层组件等柔性产品的实际安装状态，形成三维扫描模型，经格式转换形成与实际状态一致的热控产品轻量化模型，并将该轻量化模型存储至数据库中。热控产品数字孪生模型构建模块通过读取数据库中热控产品代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的热控状态、参数、检验记录等，同时获取热控产品的扫描版轻量化模型；
管路分支安装与检测时，操作人员在MES中查看管路分支轻量化模型及工艺文件，并按照轻量化模型及工艺要求进行管路分支安装，检验人员利用AR辅助检验系统检查管路分支安装状态、位置等；测试人员测量各焊缝的漏率及管路系统漏率；在MES中记录安装状态、参数及测试结果等。MES将漏率数据与对应的焊缝编号等关联存储至数据库中。管路分支数字孪生模型构建模块通过读取数据库中管路分支代号、焊缝编号等信息，并通过上述代号及编号获取数据库中已有的检验记录、漏率数据等。最终，通过获取数据库中管路分支轻量化模型(如PVZ格式)，从而构建管路分支数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
面向航天器总装过程的管路系统数字孪生模型构建可以在自动采集管路系统产品安装状态的基础上，通过三维模型、实做数据、实物安装等快速构建管路系统的数字孪生模型。
实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，包括如下模块：三维工艺设计系统、MES、AR辅助检验系统、数据库、管阀件数字孪生模型构建模块、热控产品数字孪生模型构建模块、管路分支数字孪生模型构建模块；
所述三维工艺设计系统是开展管路总装、AR辅助检验、数据采集及数据库构建的数据源；
所述MES是总装实施过程中，操作人员获取物料配套、查看工艺文件、轻量化模型、记录生产状态和参数的执行模块；
所述AR辅助检验系统在总装实施过程中，检验人员利用AR装备检测管阀件是否安装、检验管阀件极性方向是否符合要求、管路分支走向是否满足设计要求、管路漏率；
所述数据库记录了管路系统安装、检验过程中所有相关的轻量化模型及航天器BOM、工艺文件、实施状态及参数、检验数据；
所述管阀件数字孪生模型构建模块通过读取数据库中管阀件代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的管阀件轻量化模型，将管阀件安装状态、安装参数、检验记录等与轻量化模型关联；
所述热控产品数字孪生模型构建模块通过读取数据库中热控产品代号，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的热控状态、参数、检验记录；
所述管路分支数字孪生模型构建模块通过读取数据库中管路分支代号、焊缝编号等信息，并通过各类数据与BOM的关联关系，获取数据库中已有的检验记录、漏率数据等。
2.根据权利要求1所述的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，所述三维工艺设计系统中轻量化模型用于指导管路系统总装实施，格式包括PVZ、JT；工艺文件一般为XML格式，包含了航天器BOM、工艺路线（包括操作指导视频）、工艺参数（包括执行记录/表格）、工艺要求信息。
3.根据权利要求1所述的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，所述MES记录了生产状态及参数的MES系统将总装实施数据、检验数据、航天器BOM发送至数据库模块。
4.根据权利要求1所述的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，所述AR辅助检验系统利用拍照、三维扫描工具记录管路系统的实物影像，检验合格后，将相关检验记录、实物影像等记录到MES中，并由MES将其存入数据库中。
5.根据权利要求1所述的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，所述数据库记录了工艺文件、实施状态及参数、检验数据与航天器BOM的关联关系，关联关系包括BOM与管路系统安装工艺文件的关联关系、BOM与实施状态/参数的关联关系、BOM与检验记录的关联关系。
6.根据权利要求1所述的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，所述管阀件数字孪生模型构建模块以管阀件轻量化模型的隐藏/显示表示其安装状态，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
7.根据权利要求1所述的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，所述热控产品数字孪生模型构建模块通过三维扫描多层组件、加热回路等的实物，获取热控产品的扫描模型，经格式转换为热控产品轻量化模型，构建热控产品数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
8.根据权利要求1所述的面向航天器总装的管路系统数字孪生模型构建，其特征在于，所述管路分支数字孪生模型构建模块通过获取数据库中管路分支轻量化模型，构建管路分支数字孪生模型，并通过BOM关联总装实施数据和检验数据。
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