运载火箭数字化工程 载人航天出版工程
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作者张卫东 李少阳 郑宇
出版社中国宇航出版社
ISBN9787515913223
出版时间2017-05
装帧精装
开本32开
定价218元
货号1202176935
上书时间2024-06-01
商品详情
- 品相描述：全新
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-
前言
2015年9月20日长征六号运载火箭一箭二十星的成功发射,标
志着我国新一代运载火箭开始投入应用,同时原有成熟的火箭型号
也承担着高密度发射的任务。航天任务的快速增加,以及众多不同
的飞行目的的需求,对运载火箭的设计、制造、试验等所采用的技
术方法和组织模式提出了新的挑战。通过学习研究欧美航空航天企
业先进的研制模式,借助于快速发展的计算机、软件、数据库、网
络等技术所形成的信息化、数字化技术手段与能力,在新一代运载
火箭的研制中尝试开展数字化协同研制,初步形成了一定的数字化
研制能力和研制模式,进一步提升了型号的研制效率,控制了研制
质量。
对于运载火箭等复杂航空航天装备的数字化研制技术,所涉及
的专业学科非常多,形成了各种各样的应用方法和模式。我们认为
有两种数字化研制模式是具有里程碑意义的,一是美国波音公司从
20世纪90年代开始,为了研制波音777等新型飞机,应用PDM 实
现三维CAD设计和受控,组建了IPT设计制造协同工作组,牵头研
究推动了MBD技术发展,为实现基于三维模型的设计制造一体化打
下了重要基础;二是1994年NASA 的喷气推进实验室(JPL)组建
了多学科并行协同论证中心,不同专业学科的专家集中在同一环境
内开展多学科并行协同的研究论证,借助于网络、软件、语音、视
频、数据存储共享等技术,实现了航天任务的评估与方案优化论证
的“快、好、省”。众多装备制造业通过学习研究此类数字化技术模
式,逐步形成了研制规范、积累了专业知识、拓展了应用领域、促
前 言
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进了型号产品的创新和发展。
随着新一代运载火箭的研制及发射成功,有必要对研制过程中
基于数字化技术的工作模式,积累的知识、经验甚至教训等进行分
析总结,以期在未来新的航天型号研制中,信息化、数字化技术能
发挥更大的作用,产生更大的效益。本书是在学习研究国内外同行
数字化技术的基础上,以我们承担新一代运载火箭的数字化研制为
主要工作实践,分别从数字化设计、仿真分析、工艺制造、试验管
理,以及数字化支撑平台技术这几方面进行了总结论述,同时对知
识工程的应用也进行了概述。本书可供从事运载火箭及飞行器数字
化研制的工程技术人员,以及高校相关专业的师生参考。
全书共10章,第1章概论,对航天型号数字化技术的研制历程
进行了概述,介绍了国内外航天型号数字化技术的建设应用现状,
由李少阳编写;第2章运载火箭的系统组成与研制流程,介绍了运
载火箭的发展历程,概述了火箭数字化研制流程,由张卫东、刘靖
华编写;第3章数字化设计技术,介绍了自顶向下设计方法,以及
结构件、管路、电缆的数字化设计方法, 由吴辉、郑宇、秦英明、
陈鸣亮、王金童编写; 第4 章基于模型的运载火箭设计技术, 对
MBD技术方法在火箭结构件设计中的应用进行了系统介绍,由张卫
东、郑宇、吴辉、陈若飞编写;第5章数字化仿真技术,对仿真体
系建设、力学仿真、人机工程仿真等方面进行了介绍, 由刘靖华、
毛玉明、唐玉花编写;第6章数字化工艺与制造技术,对三维数字
化工艺、数字化加工制造、制造资源计划管理、制造执行系统等方
面进行了介绍,由程辉、郑宇、王炜编写;第7章数字化协同设计
平台技术,对数字化协同设计平台技术、基于CMII的型号产品工程
变更控制技术、图文档生命周期管理技术、跨厂所的数据会签发放
技术、协同设计平台应用等方面进行了介绍,由郑宇、陈若飞编写;
第8章多学科协同仿真平台技术,从仿真平台的概念及主要内容、
仿真平台应用案例、运载火箭总体多学科协同仿真分析平台应用等
运载火箭数字化工程
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方面进行了介绍,由张卫东、李少阳、刘靖华、杨浩强编写; 第9
章试验数字化管理技术,从数字化试验的概念及主要内容、国内外
航空航天的试验数字化案例、运载火箭试验数字化平台应用等方面
进行了介绍,由李少阳、李峰编写;第10章知识工程系统的应用探
索,从知识工程基础理论、主流知识管理软件系统、运载火箭知识
工程体系应用探索等方面进行介绍,由郑宇、李少阳编写。
由于编者水平、经验有限,书中疏漏和不妥之处在所难免,敬
请广大读者批评指正。
作 者
2016年10月
商品简介
本书是在学习研究国内外同行数字化技术的基础上,以我们承担新一代运载火箭的数字化研制为主要工作实践,分别从数字化设计、仿真分析、工艺制造、试验管理,以及数字化支撑平台技术这几方面进行了总结论述,同时对知识工程的应用也进行了概述。本书可供从事运载火箭及飞行器数字化研制的工程技术人员,以及高校相关专业的师生参考。
作者简介
张卫东同志现任我国新一代长征六号运载火箭总设计师、总指挥，长期从事运载火箭研制和科研管理工作。主要完成了液氧煤油增压输送系统研究，解决了液氧箱自生增压、液氧煤油发动机预冷和POGO抑制等重大关键技术，达到国际领先水平。曾获得国家科技进步二等奖1项、国防科技进步一等奖1项、国务院政府津贴等，入选百千人才工程。
目录
第1章 概论………………………………………………………… 1
1.1 产品数字化研发概念………………………………………… 2
1.2 航天型号数字化研制发展历程……………………………… 4
1.3 航天产品数字化研制专业应用领域………………………… 6
1.3.1 面向型号研制的数字化技术发展框架………………… 6
1.3.2 数字化技术应用领域…………………………………… 8
1.4 国外军工产品数字化技术应用现状……………………… 14
1.4.1 多学科并行协同设计仿真技术的发展和应用……… 14
1.4.2 虚拟设计与仿真验证技术发展应用………………… 17
1.4.3 基于知识工程的设计技术发展情况………………… 21
1.4.4 数字化制造技术发展及应用情况…………………… 23
1.4.5 数字化试验技术发展及应用情况…………………… 24
1.5 国内航天产品数字化技术应用现状……………………… 26
1.6 数字化技术发展趋势和特点……………………………… 27
第2章 运载火箭的系统组成与研制流程………………………… 29
2.1 运载火箭发展历程及系统组成…………………………… 29
2.1.1 运载火箭发展历程…………………………………… 29
2.1.2 运载火箭系统组成…………………………………… 37
2.2 运载火箭数字化研制流程………………………………… 40
2.2.1 运载火箭全数字化产品型号研制阶段……………… 40
2.2.2 全数字化产品型号研制的特点……………………… 43
目 录
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2.2.3 运载火箭数字化研制流程…………………………… 44
2.3 运载火箭研制特点分析…………………………………… 46
2.3.1 运载火箭产品数据对象的复杂性特点……………… 46
2.3.2 运载火箭设计过程特点……………………………… 48
第3章 数字化设计技术…………………………………………… 54
3.1 概述………………………………………………………… 54
3.2 自顶向下设计方法………………………………………… 54
3.2.1 自顶向下设计方法原理……………………………… 55
3.2.2 运载火箭总体三维数字样机Top Down
设计应用……………………………………………… 62
3.3 运载火箭结构数字化快速设计…………………………… 74
3.3.1 结构快速设计流程…………………………………… 74
3.3.2 结构总体快速布局和设计…………………………… 76
3.3.3 结构初步参数设计优化……………………………… 78
3.3.4 结构快速建模………………………………………… 81
3.3.5 结构快速分析………………………………………… 87
3.3.6 结构数字化快速设计系统…………………………… 90
3.4 运载火箭管路数字化设计………………………………… 92
3.4.1 管路系统设计流程…………………………………… 93
3.4.2 结构布局……………………………………………… 93
3.4.3 管路设计……………………………………………… 95
3.5 电缆数字化设计…………………………………………… 105
3.5.1 原理图设计…………………………………………… 107
3.5.2 框图设计……………………………………………… 108
3.5.3 线束图设计…………………………………………… 110
3.5.4 三维交互……………………………………………… 112
3.5.5 仿真分析……………………………………………… 113
运载火箭数字化工程
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3.5.6 报表生成……………………………………………… 115
第4章 基于模型的运载火箭设计技术………………………… 117
4.1 基于模型定义(MBD)技术概述………………………… 117
4.2 MBD技术的现状和发展趋势…………………………… 119
4.2.1 国内外MBD技术应用现状………………………… 119
4.2.2 MBD技术的发展…………………………………… 120
4.3 基于MBD 的三维标准模型构建和体系框架…………… 122
4.3.1 基于MBD的三维标准模型构建…………………… 122
4.3.2 基于MBD的三维标准体系框架…………………… 123
4.4 基于MBD的产品设计协同机制及协同信息表达……… 124
4.4.1 基于MBD的产品设计协同机制…………………… 124
4.4.2 基于MBD的产品设计协同信息表达……………… 126
4.5 基于MBD的数据集数字化定义………………………… 127
4.6 基于MBD的数据管理技术……………………………… 130
4.6.1 基于MBD的BOM 演变关系和管理过程………… 130
4.6.2 基于MBD的数据管理……………………………… 130
4.7 支持MBD的全三维标注CAD软件…………………… 131
4.8 MBD技术和三维标注在运载火箭设计中的应用……… 133
4.8.1 三维标注……………………………………………… 134
4.8.2 三维签审与可视化…………………………………… 135
4.8.3 三维规范体系建设…………………………………… 146
4.8.4 三维归档……………………………………………… 147
第5章 数字化仿真技术………………………………………… 149
5.1 概述………………………………………………………… 149
5.1.1 CAE仿真基本概述………………………………… 149
5.1.2 运载火箭总体设计的仿真举例及特点……………… 153
5.2 仿真驱动数字化设计……………………………………… 158
目 录
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5.2.1 仿真驱动设计的理念………………………………… 158
5.2.2 仿真驱动设计的优势………………………………… 159
5.2.3 仿真驱动设计的主要特点…………………………… 160
5.2.4 构建仿真技术体系…………………………………… 161
5.2.5 基于设计结构矩阵(DSM)的火箭总体多学科协同
设计仿真体系………………………………………… 162
5.3 力学仿真…………………………………………………… 163
5.3.1 流体力学仿真………………………………………… 163
5.3.2 结构动力学仿真……………………………………… 177
5.3.3 力学环境仿真………………………………………… 199
5.3.4 静力学仿真…………………………………………… 208
5.3.5 热环境仿真…………………………………………… 213
5.4 人机工程仿真……………………………………………… 228
5.4.1 人机工程仿真………………………………………… 228
5.4.2 人机仿真工具简介…………………………………… 231
5.4.3 虚拟人机仿真技术在新型运载火箭设计中的
应用…………………………………………………… 232
第6章 数字化工艺与制造技术………………………………… 242
6.1 概述………………………………………………………… 242
6.1.1 三维数字化工艺和制造技术………………………… 243
6.1.2 国内外三维制造平台软件产品……………………… 255
6.2 三维数字化工艺管理……………………………………… 259
6.2.1 三维数字化工艺内涵………………………………… 259
6.2.2 三维数字化工艺设计核心技术问题………………… 260
6.2.3 三维工艺规划系统框架……………………………… 262
6.2.4 三维机加工艺规划…………………………………… 267
6.2.5 三维装配工艺规划…………………………………… 275
运载火箭数字化工程
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6.2.6 三维工艺数据管理…………………………………… 283
6.3 数字化加工制造…………………………………………… 286
6.3.1 数字化加工制造内涵………………………………… 286
6.3.2 数字化加工仿真……………………………………… 286
6.3.3 数字化生产管理仿真………………………………… 305
6.4 制造资源计划管理………………………………………… 319
6.4.1 制造资源计划内涵…………………………………… 319
6.4.2 制造资源计划管理软件系统………………………… 321
6.4.3 ERP在火箭研制过程中的应用……………………… 323
6.5 制造执行管理……………………………………………… 326
6.5.1 制造执行系统定位…………………………………… 326
6.5.2 制造执行系统功能…………………………………… 329
6.5.3 MES在火箭制造中的应用………………………… 331
第7章 数字化协同设计平台技术……………………………… 338
7.1 概述………………………………………………………… 338
7.1.1 协同设计概述………………………………………… 338
7.1.2 数字化协同设计平台………………………………… 341
7.2 航天型号并行设计过程技术状态管理…………………… 347
7.2.1 技术状态的定义……………………………………… 347
7.2.2 基于基线的技术状态管理…………………………… 348
7.2.3 批组技术状态管理…………………………………… 354
7.2.4 阶段并行技术状态管理……………………………… 358
7.3 基于CMII的型号产品工程变更控制技术……………… 366
7.3.1 型号设计过程更改类型……………………………… 366
7.3.2 CMII更改控制模型………………………………… 366
7.3.3 型号工程更改落实与控制…………………………… 369
7.4 图文档生命周期管理技术………………………………… 375
目 录
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7.5 跨厂所的数据会签发放技术……………………………… 375
7.6 运载火箭协同设计平台应用……………………………… 378
7.6.1 总体功能框架………………………………………… 378
7.6.2 产品设计BOM 结构管理…………………………… 378
7.6.3 型号产品基线管理…………………………………… 383
7.6.4 型号产品的技术状态管理…………………………… 384
7.6.5 型号产品设计变更过程管理………………………… 388
7.6.6 型号图纸和技术文件对象管理……………………… 390
7.6.7 同外部系统集成应用………………………………… 391
第8章 多学科协同仿真平台技术……………………………… 394
8.1 仿真平台的概念及主要内容……………………………… 394
8.1.1 仿真平台的提出背景及需求………………………… 394
8.1.2 仿真平台产品概述…………………………………… 398
8.2 航空航天仿真平台应用案例……………………………… 419
8.2.1 NASAAEE先进工程环境………………………… 419
8.2.2 普惠ITAPS航空动力总系统集成环境…………… 420
8.2.3 某航天型号典型舱段结构强度仿真系统…………… 421
8.3 运载火箭总体多学科协同仿真分析平台应用…………… 423
8.3.1 运载火箭总体多学科协同仿真平台的业务需求…… 423
8.3.2 运载火箭总体多学科协同仿真平台架构…………… 426
8.3.3 运载火箭总体多学科协同仿真平台应用内容……… 428
8.3.4 运载火箭总体多学科协同仿真平台应用技术……… 440
第9章 试验数字化管理技术…………………………………… 453
9.1 数字化试验的概念及主要内容…………………………… 453
9.1.1 数字化试验的提出背景及需求……………………… 453
9.1.2 试验数据管理产品概述……………………………… 459
9.2 国内外航空航天的试验数字化案例……………………… 472
运载火箭数字化工程
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9.2.1 F 35飞机系统综合设施(VSIF)
数据采集系统………………………………………… 472
9.2.2 固体火箭发动机试验数据采集和分析系统………… 473
9.2.3 国内航天某单位总测数据管理系统………………… 476
9.3 运载火箭试验数字化平台应用…………………………… 478
9.3.1 运载火箭试验数字化平台的业务需求……………… 479
9.3.2 运载火箭试验数字化平台架构……………………… 481
9.3.3 运载火箭试验数字化平台应用内容………………… 482
9.3.4 运载火箭试验数字化平台应用技术………………… 490
第10章 知识工程系统的应用探索……………………………… 507
10.1 概述……………………………………………………… 507
10.1.1 运载火箭研制工程对知识管理的需求…………… 508
10.1.2 国内外知识管理研究及应用现状………………… 510
10.2 知识工程基础理论……………………………………… 514
10.2.1 知识工程…………………………………………… 514
10.2.2 TRIZ理论…………………………………………… 520
10.2.3 本体论……………………………………………… 526
10.3 主流知识管理软件系统………………………………… 535
10.3.1 亿维讯的Pro/Innovator…………………………… 535
10.3.2 安世亚太的知识工程平台PERA.KnowleMan … 538
10.4 运载火箭知识工程体系应用探索……………………… 540
10.4.1 知识管理建设思路………………………………… 540
10.4.2 知识管理应用路线………………………………… 543
10.4.3 知识管理平台软件架构…………………………… 544
10.4.4 应用场景…………………………………………… 548
参考文献…………………………………………………………… 552
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