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中国新型火箭弹射座椅4个月研制成果超过去1年

时间:2015-10-22  来源:中国新闻网   发布:高端装备网 
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图:火箭弹射座椅实验画面

 

  面对航空产品复杂程度的不断提高,以系统工程的方法论作指导,航空弹射救生设备的研制正从传统的仿制、测绘等逆向工程方法向创新研制的正向工程转变。

 

  航空弹射救生装备是保障飞行员生命安全的最后一道保险,被誉为蓝天上的诺亚方舟。其对可靠性、安全性的要求非常高,必须能够在极端恶劣条件下正常工作,但由于受到“人”的各种生理参数和装机重量的苛刻限制,其研制难度很大。目前,世界上仅英、美、俄、中四国具备独立研制的能力。

 

  我国的弹射救生装备发展起步较晚,新中国成立后,直到1968年3月中国航空救生研究所创建,我国才有了专门从事航空弹射救生设备研究、设计、试验和制造的专业机构。经过多年的实践积累,弹射救生装备研制的组织管理模式已经形成了完整的“树形”结构,在系统总体之下,建立了结构、系统、火工动力、电子、综合保障、仿真、工艺、试验八大子专业,各个专业承接相应的系统总体要求,对型号总体性能的实现形成有效支撑。正是在系统工程思想的正确指导下,我国弹射救生专业的发展才走出了一条由仿制向自行设计的发展道路;几十年来,我国先后研制、生产了30余型火箭弹射座椅,有效满足了部队装备建设的急需。

 

  信息化建设为弹射救生系统提供了有力的支撑和保障

 

  通过“十二五”能力条件建设,中航工业航宇初步建立了数字化设计仿真协同研制平台,主要表现在以下三个方面:

 

  一是弹射救生系统实现了在线协同设计。中航工业航宇统一了三维建模工具(CATIAV5),基于数字样机技术实现复杂产品在线协同设计,利用VPM初步实现了弹射救生多专业结构在线协同设计,是机电系统首家实现多专业复杂机电类产品在线协同设计的单位。通过配置模型,规范了设计人员的建模方法,提高了三维建模质量。解决了异构VPM与PDM系统集成技术难题,使设计数据可以无缝传递到PDM系统中进行流程审签,最终在档案系统完成归档和发放。

 

  利用该协同研制平台,某新型火箭弹射座椅仅用不到4个月即完成了设计发图工作,而在传统工作模式下,针对如此复杂量级且全新研制的系统,没有1年的时间,仅仅冻结设计状态都极其困难。VPM协同研制平台的意义不仅在于实现了多学科的并行设计,提高了设计效率和设计质量,使其逐步实现系统从总体的需求来完成自己的设计过程,并完善调整方案,以形成全局最优的设计方案。

 

  二是仿真技术由单元仿真向综合仿真发展。由此,逐步提高了仿真技术对设计和试验的指导与决策作用。仿真技术由基于MSC.ADAMS、ANSYS、ICEM、Fluent的通用仿真、基于火药燃气生成、动力参数优化、座椅性能计算等各种自研软件的性能仿真、基于MapleSim平台的自定义建模仿真、基于Jack、AnyBody、Phasespace动作捕捉系统、数字假人的人机功效仿真等的单元仿真向多参数、多维度的综合仿真发展,逐步提高仿真技术对设计和试验的指导与决策作用,并通过PDM系统、弹射救生集成研发平台打通各个环节的数据传递与管理,实现跨专业无缝对接,多学科并行协同设计。例如CFD软件在座椅、头盔和伞等产品研制过程的应用,获得了座椅上的气动力、头盔表面的压力分布及气动力等分布情况,直接指导了产品设计,使产品设计能最大限度满足功能和舒适性要求,用理论仿真替代物理试验,节省了可观的试验费用; FEA软件在座椅研制过程的应用,在满足强度的基础上最大限度减轻了座椅重量,有利于提高座椅性能,节省了大量的静力和动力试验费用。

 

  “低温防护仿真分析系统”、“气囊分析设计软件”和“服装3D定制设计系统”等专业仿真设计软件,较好地解决了弹射救生系统中个体防护装备囊类和服装类产品的特殊设计要求,首次引入了基于模型的系统工程思想,利用modelica语言建立人体和个体防护服模型,通过仿真分析,增加模型预测功能,减少试验修正次数75%,产品研发周期缩短50%,大幅降低产品研发成本,提高设计质量。研究成果在第50届SAFE年会(世界安全防护救生领域最知名的国际组织)得到了高度关注和重视,并获得了3项专利和1项软件著作权。

 

  三是集成管理平台初现成效。集成管理平台为科研生产管理提供了有效手段。中航工业航宇以门户系统为统一入口,实现了与PDM系统等6个系统的集成,项目流程管理系统以项目管理思想和公司的实际相结合,成了公司级计划管理的系统,实现了年度科研计划自上而下逐级分解,自下而上、逐级反馈进展情况,为决策层科学决策提供了依据。

 

  软件研制过程中,利用软件需求/配置管理工具为公司顺利通过GJB5000A二级认证提供了信息化手段。

 

  系统工程思想在弹射救生系统研发中的推进与实践

 

  多年来系统工程的思想和方法在弹射救生系统研制过程中得到了成功应用,使我国弹射救生技术跻身世界先进水平的行列。近年来,随着系统综合理念在防护救生装备研制中的实践以及电子式程序控制技术的大量应用,防护救生系统内部各子系统以及系统与飞机之间的交联关系变得十分复杂。弹射救生系统已经从单一的机械、火药装置发展成为一个集机械、电子、火工、柔性织物、复合材料、软件为一身的复杂大系统,涉及机械设计、控制、人机工效、气动、火药等多学科领域。尤其是系统综合的理念在防护救生装备研制中的实践以及电子式程序控制技术的大量应用,弹射救生系统已经成为人机综合的重要媒介,座椅与飞机的交联关系变得十分复杂。基于自然语言的、以文本格式为主的文档传递实现传统的系统工程已经难以满足未来高度复杂的弹射救生装备研制需求。

 

  作为中航工业机电系统的成员单位之一,借助集团公司和机电系统推进“基于模型的系统工程”的东风,中航工业航宇深入学习中航工业发布的有关基于模型系统的相关资料,自4月份以来,先后邀请了中航工业信息化办公室主任刘增进、集团信息中心、IBM等单位领导和技术人员进行“基于模型的系统工程”的技术交流,从理论导入到工程应用,多维度的学习和理解“基于模型的系统工程”。在中航工业机电系统多位领导的关心和支持下,中航工业航宇6月份被批准为集团公司第28家试点单位。

 

  中航工业航宇结合自身技术优势和实际情况,成立了“基于模型的系统工程”领导小组和推进工作小组,领导小组由公司领导担任组长,组员由各专业副总师组成;推进工作小组由技术中心各研发部共同组成。同时为了适应工作需要,技术中心下的各研发部对部门内部的组织机构进行了调整,成立了以各级专家为主要力量的总体室,主要负责产品系统级的顶层规划,探索研究如何将基于模型的系统工程方法与型号研制过程紧密结合,为基于模型的系统工程落地提供了理论指导。在集团信息中心悉心的指导下,根据集团基于系统工程规划和公司的产品特点,制定了基于系统工程的实施路线图和确定了试点项目,并对公司信息化规划中协同研制平台进行了调整。

 

  在培训中注入系统工程的思想。截至今年8月,中航工业航宇在六西格玛精益设计(DFSS)培训班之际,把系统工程的理论导入培训和阐述中,两次共培训110多人。培训涉及范围主要是公司研发部门的项目总师、技术专家和重点科研项目的负责人。培训围绕系统工程的V模型的每个阶段展开,指导设计人员进行精益设计,将系统工程的思想融入研制过程中,内容涉及DFSS的技术路径ICDOV,即需求识别(I)、概念开发(C)、详细设计(D)、优化设计(O)、验证确认(V)五个阶段。

 

  2015年8月28日,中航工业航宇派出副总师、专务和型号主管等20人,参加了由中航工业机电系统举办的“基于模型的系统工程(第二期)”为期5天的培训班,培训内容主要是如何将基于模型的系统工程思想落地,为今后推进和实施“基于模型的系统工程”提供了理论知识、方法、工具和人才储备。

 

  通过“基于模型的系统工程”应用和实践,中航工业航宇具备了较为完整的产品体系。在今后的试点工作中,主要在系统需求分析、系统功能分析、系统架构、逻辑等方面逐一突破,使得系统工程工作中较快取得成果,充分实现弹射救生系统的正向设计,全面提升中航工业航宇在航空产品的体系级和系统级的供应商的能力,为中航工业机电系统实现“弯道超车”贡献更大的力量。

 

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