长征火箭迈入“数字化”研制时代

发布时间 : 2016-07-11     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  当前,经济和技术的发射,给全球制造业带来前所未有的巨大转型挑战,我国长征火箭的研制也正在经历一场变革,逐步迈入“数字化”制造时代。

                  △火箭虚拟装配                                          △“数字化”模拟火箭发射流程   

                            
“数字化”设计:所见即所得


  走进中国运载火箭技术研究院(简称“火箭院”)的火箭设计室,设计人员正在为一个电缆保护罩做详细设计。从电脑屏幕上,已经可以看到一个色彩斑斓的三维保护罩模型,随着设计人员的操作,不断变换着大小和角度。
  这个电缆保护罩的“数字化”设计是先整体再局部,输入相关参数后,就可以得到一个初始的模型,随后再对模型的每一块做更详细的优化。
  “如果在以前,我们必须把立体的产品,用二维的平面图表现出来。以这个保护罩为例,需要投影成各个方向的视图。”设计人员说。
  这位设计人员负责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。所有这些部件的设计成果,都表现为他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。
  “数字化”设计最大的好处是什么?设计人员说:“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,不用把问题带到工厂。另外,工艺员和工人师傅也更容易理解设计意图。”


“数字化”加工:一键定“乾坤”


  在火箭总装车间,工人师傅按下了一台数控机床的按钮,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。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。
  过去,工艺员首先要根据二维图纸画出工序草图、手工编制工艺规程,接下来由工人师傅操作手摇床子,进行车、铣、镗等一系列工序。现在,基于三维模型开展工艺准备,编制完数控程序,实现“一键式”加工。显然,“数字化”的应用,带来了十分显著的变化。
  “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。”装配人员说。


“数字化”仿真:预知未来不是梦


  “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了现实。听起来似乎不可思议,但在火箭研制中,这已成了事实。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。
  比如,设计人员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、伺服机构、阀门等部件的运行情况。
  但火箭还没生产出来,摄像头装在什么地方做调试呢?听起来很是令人奇心。这时,设计人员打开电脑,屏幕上立刻上出现了屹立的长征五号火箭数字模型。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。
  这就相当于电脑里有个平行的世界,而且时间还“跑”在了真实的世界前头。实际上,仿真就是在实物生产出来之前,模拟将来要发生的事情。正因如此,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。
  这些,仅仅是“数字化”应用的缩影,但不难看出,型号产品正在由传统研制模式,向具有航天特色的数字化研制模式转变。

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