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中国运载火箭技术研究院:火箭研制迈入“数字化”时代

航天科技集团一院利用数字化手段全流程造箭记

       当前,经济和技术的发展给全球制造业带来前所未有的巨大挑战,中国航天科技集团公司的火箭研制也正经历一场变革,逐步迈入数字化制造时代,使数字化融入整个产品的开发流程中。

数字化设计:所见即所得

      在一院一部,设计员张东正在为一个电缆保护罩做详细设计。从电脑屏幕上可以看到,一个色彩斑斓的三维保护罩模型正随着张东的操作,不断变换着大小和角度。

     “以前,我们必须把立体产品用二维平面图表现出来。以这个保护罩为例,需要投影成各个方向的视图。”张东说。张东负责的是长征七号运载火箭一级箱间段的设计,包含保护罩、蒙皮、桁条、框环、接头和仪器支架等。所有部件的设计成果,都表现为电脑里一个个数字三维模型。可以说,三维模型什么样,最后生产出来的实物就什么样。关于数字化设计最大的好处是什么,张东不假思索地说:“直观,能大幅度地减少设计的反复。设计如果有不协调的地方,数字模型上就能直接看出来,不会把问题带到工厂。”

数字化加工:一键定“乾坤”

       在一院211厂,工人师傅按下“五轴加工中心”数控机床的按钮,只见刀具按照事先编制好的程序,在金属原材料上自动进行着切、削、磨等动作,并不时停顿下来,自动更换一把刀具,再继续之前的加工流程。

       211厂数控研究室副主任赵洪杰介绍,等到加工程序结束后,这台机床还会进行自动检测,工人师傅就可以把复杂结构件直接取下来。从原材料变为成品,持续好几天的加工过程,只需“一键”,极大地解放了人力。我们还会在电脑里‘试切’,也就是提前模拟一遍加工过程,看看有没有干涉,程序哪里还需要完善,让实际加工更流畅,质量更可靠。” 赵洪杰说。

数字化仿真:预知未来不是梦

       仿真,既连接设计与加工,也是连接真实世界与虚拟世界的一座桥梁。“预知未来”这种通常只会出现在科幻电影里的能力,竟然在型号研制中变成现实。

       在一部八室数字样机技术工程组,当天,工程组要为长征五号运载火箭确定几台高清摄像头的安装位置及角度。这些摄像头主要用来观察监测火箭发动机喷管等部件的运行情况。”

       只见组员郭逸婧打开电脑,屏幕上立刻出现了屹立的长五火箭数字模型。随着她的操作,再定位到二级发动机喷管处,再调整……短短10分钟,最佳安装位置就被找出来了。有了数字化仿真,可以降低制造企业对昂贵的物理样机的依赖,并且能够降低时间成本。如长征七号运载火箭便建立了全箭三维数字样机,在初样阶段经过多轮数字模装,共计发现干涉和不协调问题50余项。(桑茜)


随着科研生产能力的不断提高,在火箭研制领域,我院已经迈入了“数字化”时代。

         “数字化”设计:所见即所得

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       长征七号运载火箭是第一枚“全数字化”设计的火箭。设计过程中,大到火箭总体,小到细微的零件,都可以显示在电脑屏幕上。“数字化”模型对于产品的描绘十分精准,可谓所见即所得,设计人员一点鼠标,产品就能旋转,变化,就像看到真的产品一样。而在以前,这些产品都要画在图纸上,而且还要从各个方向上分别画出产品里里外外的样子,既不方便修改,也不方便出图和后续的生产。

 “数字化”协同:“相见不再难”

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        以前,各类产品设计单位之间要靠纸质文件联系,繁重的传递工作让各单位的产品在总装前很难“见面”。在应用了“数字化”三维协同设计平台后,操作员轻轻一点,电脑中庞大的产品模型就会化作一串数据,飞向上级单位、生产方以及其他产品设计单位。这样,研制火箭的各单位都可以互联互通。信息一通,东家长西家短的设计冲突也就在谈笑间解决了。

“数字化”仿真:预知未来不是梦

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        “预知未来”,这种通常只会出现在科幻电影里的能力,现在在型号研制中变成了现实。而实现的方式,就是“数字化”模拟仿真。以前,在设计初步完成后,必须要直接造出“真家伙”进行总装,在这一阶段可能会发现50-100个设计问题,问题严重时,零件必须返工,总装周期长达5个月。而“全数字化”设计的长征七号运载火箭通过在电脑上模拟装配,可以让设计问题早发现,早解决。等到进入实物总装阶段后,设计问题较以前已骤降八成,1-2个月就能总装出一枚火箭。

        与此同时,我院研发中心还开展了人机工程的装配仿真,也就是把总装工厂的工人师傅和他们的工作动作也搬进了电脑里,和虚拟的火箭一起合练,既锻炼了工人,又提高了装配成功率。

“数字化”加工:“一键定乾坤”

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        火箭部件完成“数字化”设计后,下发到生产车间的不再是平面图纸,而是一个三维模型。这意味着,工人们在加工之前就已经看到产品最终的模样,这在图纸设计的时代是不可想象的,而在车间里,产品的生产也开始逐渐“数字化”。

        数控机床的工人根据三维模型编制好数控程序,只需按下一键,电脑控制的机床就会开始自动加工,刀具飞转间,以前要几天的加工周期缩短至几小时。而在加工结束后,机床还可以自动检测零件是否合格。

       而在数控机床加工之前,工人们还能进行‘试切’,也就是提前模拟一遍加工过程,看看加工流程是否顺畅,保证了实际加工“一键定乾坤”。

         如今,“数字化”已在火箭研制的各个方面掀起天翻地覆的变化,并且已经运用到了“长七”、“长五”等5个型号中。未来,“数字化”还将在更深远的层面,推动火箭研制的发展。

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