基MSC航天器机构设计分析门户研究民航解决方案
实现航天器机构设计分析资源享集成通机构产品设计分析基功需求分析基础基MSCSimManager软件提出航天器机构设计分析门户应层架构工作流程出系统实现关键技术实现方法简介绍太阳翼数字化设计分析门户实例
1 概述
年航天器构造日益复杂功断增需采种机构完成航天器种务机构已成现代航天器中必少重组成部分目前航天器机构研制中已量采CADCAE技术仅提高设计质量缩短设计周期减少试验成目前航天器机构研制程中部门完成设计分析工作存模型数交接结果等评判等程造成整设计流程畅通时方案设计阶段缺乏足够设计分析参数法进行充分仿真分析整合航天器设计分析相关技术资源开发数字化设计分析门户系统充分发挥创新设计力快速高效完成产品方案设计已成前迫切需解决问题
目前针企业型号产品研发流程软件开发成数字化技术研究热点许CAE软件公司开发种开放性应开发台构建系统集成设计仿真协环境实现种型号产品者系统专研发台开发中 MSC公司开发SimManager设计分析体化虚拟产品开发理台虚拟产品开发轴BS架构实现相关设计分析体化集成框架环境通EAI 企业应集成方式缝连接SimManager台系统实现封装种应软件基础定制流程[1]
CAE公司推出种集成设计分析台软件开发框架均需根具体产品特点进行量二次开发定制工作例航天器机构设计生成三维实体模型限元分析模型量采梁板壳单元种情况保证CADCAE模型致性解决技术难题文根航天器机构产品特点求基SimManager软件框架研究
常CADCAE软件系统集成技术解决机构产品设计分析门户实施部分技术难点开发航天器太阳翼机构数字化设计分析门户实例
2 门户基概念求
21 门户基概念
门户（portal）词源中世纪拉丁语portale（城门）般指门入口互联网时代般言门户文相关信息应程序服务合起Web站点门户提供户复杂样信息服务进行提炼简化满足户需求利益单界面[2]建立数字化设计分析门户意义设计师提供访问需信息单入口计算机开浏览器访问门户网站完成次户验证访问工作需种信息资源工具软件
22 航天器机构设计分析门户基求
根航天器机构产品研制流程特点机构设计分析门户开发需满足求
1)完整性应全面支持机构产品方案设计工作环节设计师系统提供集成环境完成机构产品设计分析工作例三维虚拟装配模态分析展开动力学分析等功
2)样性必须适卫星台机构产品机构型谱库应包含零部件
设计台应支持种设计分析方法
3)扩充性应保证较扩充性断系统进行扩充适应新机构类型吸取新设计理设计方法保持系统较适应性旺盛生命力
4)验证性应利计算机仿真分析功实现复杂设计结果正确性验证采较清晰直观形式提供验证结果保证设计者准确评价设计结果
5)简便性系统应追求简便性采基Web普遍访问方式设计师需载客户端程序需插件程度提高设计研究效率系统更发挥作
6)安全性支持门户访问安全控制次登录户次登录访问权限范围资源 3 机构设计分析门户总体方案
31 系统开发目标
基仿真数理软件—MSCSimManager机构产品设计分析程常CADCAE软件工具集成统台开发航天器机构设计分析门户系统通设计分析程中数流程理保证机构数字化设计分析数流畅机构设计师工程师通优化软件流程独立准确快速完成机构产品方案设计分析工作达提高设计效率质量目
32系统应层构架设计
航天器机构构型复杂零件繁机构部件产品中相互位置关系起作实现功分相独立部件型谱类型种部件关键设计参数信息存储数库中设计时选择型谱部件进行组合设计程序预先定义拓扑关系动组合装配该门户系统系统运行需基三支撑数库分设计信息数库分析信息数库三维模型数库机构零部件三维参数化模型根产品型谱存储三维模型数库中种零部件应设计分析信息存储数库门户系统包含干模块：设计导模块三维设计模块（例ProE)限元分析模块（例Patran）等时强度分析体动力学分析性预计静力矩裕度计算等功封装集成整系统应层构架图1示[3]模块应挂入式结构采工具技
术通SimManager机集成起着新技术发展相关专业扩充根需现模块基础进行扩充完善添加新设计分析功
33 系统工作流程设计
根航天器机构设计分析门户系统构架采图2示工作流程：
1）机构设计工程师根航天器总体达设计求设计务进行分析形成初步方案构想通计算机浏览器登陆机构设计分析门户页面设计导提示帮助页面中次输入选取零部件设计分析参数然选择需启动应程序提交服务器台进行设计分析 2）服务器应程序根设计师提交设计参数三维模型数库中动读取复制需零部件模型然启动ProE软件驱动模型更新动虚拟装配成需机构三维模型
3）限元分析软件Patran二次开发程序根输入设计信息机构三维实体模型动创建太阳翼限元模型进行结构静力模态分析机构产品结构力学特性输出mnf格式文件步机构分析软件建模
4）机构分析软件ADAMS软件二次开发程序根设计师输入设计信息读入基限元模型生成mnf文件创建应机构产品机构动力学模型然进行机构运动学动力学分析
5）设计应程序根设计师输入设计信息进行性预计分析静力矩裕度计算工作
6）述设计分析程完成服务器程序模型结果文件存储数库中时动生成设计分析结果报告设计师载计算机查详细结果
4 机构设计仿真门户关键技术实现方法
41三维模型动虚拟装配
根航天器机构
产品特点零件三维模型分三种类型：类零件直接调机构产品型谱库中零部件需重新建模装配时直接引例太阳翼铰链压紧释放装置类零件机构产品型谱库中零部件进行衍生修订拓扑结构变化通参数化创建零部件模型例太阳翼基板连接架类零件完全进行重新设计然零件库中添加新模型三维设计模块基三维设计软件（例++++ProE）进行二次开发程序该程序根设计导输入设计信息动设计模型数库读取零件模型通参数驱动零件更新然零件模型读入三维设计软件中根机构产品预先定义装配关系进行虚拟装配动生成应机构三维实体模型 42 限元模型动建模
航天器机构构型复杂机构限元分析模型般采梁壳单元等效建模法CAD模型导入限元前处理软件中进行网格划分建模结构动力学分析模块采结构分析软件MSCPatran提供二次开发技术（PCL语言编程）实现动建模结构分析模块根设计导输入设计求设计分析数库中提取建模需信息机构部件间装配拓扑结构关系动创建应机构限元分析装配模型动划分网格赋予种力学材料属性参数然进行静力模态分析时输出柔体中性文件（mnf）续机构体动力学分析
43 体动力学模型动建模
机构体动力学模型动建模通体动力学分析软件（例MSCAdams）二次开发技术实现设计台启动ADAMS动载入结构分析模块输出柔体模型文件（mnf）根设计导输入信息预先定义cmd文件模板动进行模型装配施加约束驱动生成机构体动力学分析模型设计师然利该模型进行机构运动学动力学仿真分析
5 开发实例
通十年太阳翼技术研究发展太阳翼机构已成航天器常机构初步形成系列太阳翼机构产品型谱通太阳翼数字化设计系统技术进行深入研究基SimManager开发图3示太阳翼数字化设计分析门户该设计分析门户够实现动创建太阳翼三维模型结构限元分析模型展开动力学分析模型包含太阳翼构型设计压紧点数量位置设计质量特性分析性预计模态分析展开锁定动力学分析等功太阳翼设计师提供数字化设计分析集成环境[4] 6 结
通航天器机构设计分析门户技术研究结：
1)提供集成设计环境提高设计质量效率理航天器机构设计分析环节间关联机理集成分散设计分析活动消软件间模型信息享障碍实现航天器机构设计分析行化体化集成化实现设计评价修改整体循环
2)提供仿真分析环境改善研究手段台系统集成环境中提供机构产品三维CAD限元数字化模型利丰富计算机仿真分析工具数字化模型进行仿真分析处理助航天器机构进行深入工程分析研究寻找提高机构产品综合性技术方案
3)建立系列享模型信息数库简化设计分析程减少设计中重复工作提供设计分析模型动生成功提高工作效率
7 参考文献
[1] 金毅民虚拟产品开发设计分析体化集成台CADCAM制造业信息化2005（12）52～54
[2] 戴彬项目信息门户概念实施分析济学学报（然科学版）200533(7)990～993
[3] MSCSimManager 2005r2 Configuration & Deployment Guide MSCSoftware公司35
[4] 福明杨宝宁等太阳翼数字化设计台系统技术研究中国宇航学会飞行器总体专业委员会2006年学术研讨会文集2006：402～405
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实现航天器机构设计分析资源享集成通机构产品设计分析基功需求分析基础基MSCSimManager软件提出航天器机构设计分析门户应层架构工作流程出系统实现关键技术实现方法简介绍太阳翼数字化设计分析门户实例
1 概述
年航天器构造日益复杂功断增需采种机构完成航天器种务机构已成现代航天器中必少重组成部分目前航天器机构研制中已量采CADCAE技术仅提高设计质量缩短设计周期减少试验成目前航天器机构研制程中部门完成设计分析工作存模型数交接结果等评判等程造成整设计流程畅通时方案设计阶段缺乏足够设计分析参数法进行充分仿真分析整合航天器设计分析相关技术资源开发数字化设计分析门户系统充分发挥创新设计力快速高效完成产品方案设计已成前迫切需解决问题
目前针企业型号产品研发流程软件开发成数字化技术研究热点许CAE软件公司开发种开放性应开发台构建系统集成设计仿真协环境实现种型号产品者系统专研发台开发中 MSC公司开发SimManager设计分析体化虚拟产品开发理台虚拟产品开发轴BS架构实现相关设计分析体化集成框架环境通EAI 企业应集成方式缝连接SimManager台系统实现封装种应软件基础定制流程[1]
CAE公司推出种集成设计分析台软件开发框架均需根具体产品特点进行量二次开发定制工作例航天器机构设计生成三维实体模型限元分析模型量采梁板壳单元种情况保证CADCAE模型致性解决技术难题文根航天器机构产品特点求基SimManager软件框架研究
常CADCAE软件系统集成技术解决机构产品设计分析门户实施部分技术难点开发航天器太阳翼机构数字化设计分析门户实例
2 门户基概念求
21 门户基概念
门户（portal）词源中世纪拉丁语portale（城门）般指门入口互联网时代般言门户文相关信息应程序服务合起Web站点门户提供户复杂样信息服务进行提炼简化满足户需求利益单界面[2]建立数字化设计分析门户意义设计师提供访问需信息单入口计算机开浏览器访问门户网站完成次户验证访问工作需种信息资源工具软件
22 航天器机构设计分析门户基求
根航天器机构产品研制流程特点机构设计分析门户开发需满足求
1)完整性应全面支持机构产品方案设计工作环节设计师系统提供集成环境完成机构产品设计分析工作例三维虚拟装配模态分析展开动力学分析等功
2)样性必须适卫星台机构产品机构型谱库应包含零部件
设计台应支持种设计分析方法
3)扩充性应保证较扩充性断系统进行扩充适应新机构类型吸取新设计理设计方法保持系统较适应性旺盛生命力
4)验证性应利计算机仿真分析功实现复杂设计结果正确性验证采较清晰直观形式提供验证结果保证设计者准确评价设计结果
5)简便性系统应追求简便性采基Web普遍访问方式设计师需载客户端程序需插件程度提高设计研究效率系统更发挥作
6)安全性支持门户访问安全控制次登录户次登录访问权限范围资源 3 机构设计分析门户总体方案
31 系统开发目标
基仿真数理软件—MSCSimManager机构产品设计分析程常CADCAE软件工具集成统台开发航天器机构设计分析门户系统通设计分析程中数流程理保证机构数字化设计分析数流畅机构设计师工程师通优化软件流程独立准确快速完成机构产品方案设计分析工作达提高设计效率质量目
32系统应层构架设计
航天器机构构型复杂零件繁机构部件产品中相互位置关系起作实现功分相独立部件型谱类型种部件关键设计参数信息存储数库中设计时选择型谱部件进行组合设计程序预先定义拓扑关系动组合装配该门户系统系统运行需基三支撑数库分设计信息数库分析信息数库三维模型数库机构零部件三维参数化模型根产品型谱存储三维模型数库中种零部件应设计分析信息存储数库门户系统包含干模块：设计导模块三维设计模块（例ProE)限元分析模块（例Patran）等时强度分析体动力学分析性预计静力矩裕度计算等功封装集成整系统应层构架图1示[3]模块应挂入式结构采工具技
术通SimManager机集成起着新技术发展相关专业扩充根需现模块基础进行扩充完善添加新设计分析功
33 系统工作流程设计
根航天器机构设计分析门户系统构架采图2示工作流程：
1）机构设计工程师根航天器总体达设计求设计务进行分析形成初步方案构想通计算机浏览器登陆机构设计分析门户页面设计导提示帮助页面中次输入选取零部件设计分析参数然选择需启动应程序提交服务器台进行设计分析 2）服务器应程序根设计师提交设计参数三维模型数库中动读取复制需零部件模型然启动ProE软件驱动模型更新动虚拟装配成需机构三维模型
3）限元分析软件Patran二次开发程序根输入设计信息机构三维实体模型动创建太阳翼限元模型进行结构静力模态分析机构产品结构力学特性输出mnf格式文件步机构分析软件建模
4）机构分析软件ADAMS软件二次开发程序根设计师输入设计信息读入基限元模型生成mnf文件创建应机构产品机构动力学模型然进行机构运动学动力学分析
5）设计应程序根设计师输入设计信息进行性预计分析静力矩裕度计算工作
6）述设计分析程完成服务器程序模型结果文件存储数库中时动生成设计分析结果报告设计师载计算机查详细结果
4 机构设计仿真门户关键技术实现方法
41三维模型动虚拟装配
根航天器机构
产品特点零件三维模型分三种类型：类零件直接调机构产品型谱库中零部件需重新建模装配时直接引例太阳翼铰链压紧释放装置类零件机构产品型谱库中零部件进行衍生修订拓扑结构变化通参数化创建零部件模型例太阳翼基板连接架类零件完全进行重新设计然零件库中添加新模型三维设计模块基三维设计软件（例++++ProE）进行二次开发程序该程序根设计导输入设计信息动设计模型数库读取零件模型通参数驱动零件更新然零件模型读入三维设计软件中根机构产品预先定义装配关系进行虚拟装配动生成应机构三维实体模型 42 限元模型动建模
航天器机构构型复杂机构限元分析模型般采梁壳单元等效建模法CAD模型导入限元前处理软件中进行网格划分建模结构动力学分析模块采结构分析软件MSCPatran提供二次开发技术（PCL语言编程）实现动建模结构分析模块根设计导输入设计求设计分析数库中提取建模需信息机构部件间装配拓扑结构关系动创建应机构限元分析装配模型动划分网格赋予种力学材料属性参数然进行静力模态分析时输出柔体中性文件（mnf）续机构体动力学分析
43 体动力学模型动建模
机构体动力学模型动建模通体动力学分析软件（例MSCAdams）二次开发技术实现设计台启动ADAMS动载入结构分析模块输出柔体模型文件（mnf）根设计导输入信息预先定义cmd文件模板动进行模型装配施加约束驱动生成机构体动力学分析模型设计师然利该模型进行机构运动学动力学仿真分析
5 开发实例
通十年太阳翼技术研究发展太阳翼机构已成航天器常机构初步形成系列太阳翼机构产品型谱通太阳翼数字化设计系统技术进行深入研究基SimManager开发图3示太阳翼数字化设计分析门户该设计分析门户够实现动创建太阳翼三维模型结构限元分析模型展开动力学分析模型包含太阳翼构型设计压紧点数量位置设计质量特性分析性预计模态分析展开锁定动力学分析等功太阳翼设计师提供数字化设计分析集成环境[4] 6 结
通航天器机构设计分析门户技术研究结：
1)提供集成设计环境提高设计质量效率理航天器机构设计分析环节间关联机理集成分散设计分析活动消软件间模型信息享障碍实现航天器机构设计分析行化体化集成化实现设计评价修改整体循环
2)提供仿真分析环境改善研究手段台系统集成环境中提供机构产品三维CAD限元数字化模型利丰富计算机仿真分析工具数字化模型进行仿真分析处理助航天器机构进行深入工程分析研究寻找提高机构产品综合性技术方案
3)建立系列享模型信息数库简化设计分析程减少设计中重复工作提供设计分析模型动生成功提高工作效率
7 参考文献
[1] 金毅民虚拟产品开发设计分析体化集成台CADCAM制造业信息化2005（12）52～54
[2] 戴彬项目信息门户概念实施分析济学学报（然科学版）200533(7)990～993
[3] MSCSimManager 2005r2 Configuration & Deployment Guide MSCSoftware公司35
[4] 福明杨宝宁等太阳翼数字化设计台系统技术研究中国宇航学会飞行器总体专业委员会2006年学术研讨会文集2006：402～405
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