航天器總裝工藝數據結構化與集成應用

孫 剛，易旺民，馬 強，鄭圣余，萬畢樂，劉宏陽

（北京衛星環境工程研究所，北京 100094）

0 引言

航天器總裝流程一般包括設備入庫/出庫、機械安裝、電氣裝聯、管路焊接、檢測調整、航天器運輸和發射場裝配等，其中總裝工藝是保障航天器整體性能的關鍵環節之一[1]。在當前的總裝過程中，總裝工藝人員首先要依據航天器總體部門提供的圖紙、文件、資料，結合總裝實施的工裝設備能力、總裝場地功效、總裝物流資源狀況、人員技能水平等綜合因素，將各項設計技術要求（裝配要求、安裝精度、漏率、質量特性參數）全面準確地分配至各總裝操作單元模塊中，形成相應的工藝文件和圖樣，提供給總裝生產實施部門，作為總裝具體實施和生產計劃組織、物資調度的技術依據[2]。總裝工藝設計將涉及大量的總體設計、分系統設計、工藝要素、現場實施等多個維度的數據信息，可以理解為總體設計信息的再設計，任何數據信息的傳遞失真都會導致嚴重的后果。有效地實現工藝數據的數字化集成應用，將直接關系到航天器總裝生產實施的質量和效率。

利用數據結構化技術將設計、工藝、實物的各類數據信息進行有效的整合和集成，以實現航天器生產過程中數據的閉環管理和控制，對加強航天器產品的技術狀態控制、質量提升以及總裝效率的提高都有著重要的意義。

1 航天器總裝工藝數據集成應用的目標

1.1 總裝工藝數據集成的內涵

與航天器總裝相關的所有數據信息都應納入工藝數據集成的范疇，主要數據內容分為設計數據、工藝數據和現場實施數據。設計數據包括航天器總體、總裝、結構、熱控、推進、有效載荷、電纜網及其他分系統下達的各類圖紙文件和技術要求；工藝數據包括各階段的工藝文件、臨時工藝、物料配套、執行記錄表、技術狀態更改控制、工裝、工藝布局等；現場實施數據包括工藝簽署信息、檢驗記錄信息、計劃節點信息、物料信息等[3-4]。

1.2 總裝工藝數據集成應用的基本原則

設計數據與工藝數據既是上、下游關系，也是互為補充的關系。工藝數據是將設計文件、圖紙和模型等進行分類匯總，按照工藝流程、標準規范、生產能力、更改控制等規則進行再設計，形成總裝各階段的工藝技術要求和工藝實施方案，同時，再將產品設計的工藝性、工藝特定要求等信息及時反饋給總體設計部門，對設計信息進行修改完善和確認。工藝數據是實施人員在進行裝配生產過程中的執行記錄性數據，為了控制產品的技術狀態和總裝質量，需要定期對工藝數據和工藝實施后的檢測數據進行對比，以便及時進行糾偏。總裝工藝數據集成的基本原則如下：

1）設計數據中應盡量補充工藝接口數據；

2）工藝數據應在最大化繼承設計數據的基礎上進行工程化演變；

3）工藝數據應由數據內核驅動，并保證各類數據之間的聯動貫通；

4）實物數據應與工藝數據保持高度一致；

5）應具備各類數據實時采集、比對、分析與反饋能力。

1.3 總裝工藝數據集成應用要解決的問題

總裝工藝數據集成要解決4個方面的問題。首先是通過工藝數據的要素梳理對總體設計數據和工藝設計數據集成數據結構進行定義，根據工藝數據和總裝生產的特點，集成數據結構將采用多層級聯表單的形式表達，用建立的工藝數據單（PDB）實現部分總體設計數據的自動導入和復用。其次以典型工藝要素為索引，建立由要素驅動的工藝數據內核，實現各類工藝文件中的數據聯動。再次以現有的看板生產管理系統（后文簡稱看板系統）為基礎，建立以數據內核為主導的總裝現場數據反饋模式。最后對現行數據傳遞模式與載體進行分析，研究建立包括計算機輔助工藝設計系統（CAPP）、PDB、看板系統、企業協同產品研制管理系統（AVIDM）等信息化系統之間的數據集成模式，實現從工藝數據的源頭至總裝生產過程的數據流優化。

2 總裝工藝數據結構化與集成應用的總體思路

2.1 數據結構化與集成應用

航天器總體設計文件形式主要分為以二維為主的文檔和以三維為主的實體化模型兩種。二維文檔主要包括以接口數據單（IDS）為代表的表格化文件和以技術要求、流程為代表的文檔文件。三維模型包括本體結構、儀器設備、直屬件、電纜等信息。工藝設計中，一方面要補充總裝生產流程所需的工裝、工具、標準件等模型；另一方面要對模型進行系統整合，將裝配信息以及機、電、熱等不同接口信息補充到結構的實體化模型中，最終形成可供工藝設計用的三維實體化模型。

為確保設計基線與工藝基線的一致性，就需要以工藝設計要素為脈絡，在有選擇性地提取三維模型和IDS中結構化數據的基礎上，將設計文件中的技術要求轉化成結構化數據，并補充必要的工藝數據，最后形成覆蓋總裝全過程的PDB。

PDB一方面是與總體設計、分系統的數據協調接口，用于實現在總體設計、分系統和總裝工藝之間數據信息的傳遞；另一方面，作為工藝設計的完整數據源，不但能實時展示設計基線與工藝基線的符合性，而且還是在CAPP中進行工藝文件編制的數據源。為了進行工藝數據和工藝實施數據的對比，PDB與看板系統之間設計有相應的數據接口，以便技術狀態的控制和數據包匯總分析；同時，以關鍵特征為索引的多層級聯PDB表單為技術狀態和實物數據的查詢提供了便利條件。

基于上述要求，圖1為總裝工藝數據結構化與集成應用的系統結構框圖，主要分為基礎數據層、工藝數據設計層、數據實施層和數據應用層4個層面。

圖1 總裝工藝數據結構化與集成應用的總體框架Fig. 1 Main framework of the structure and the integrated application of spacecraft assembly process data

總裝過程中各類數據的交換與傳遞關系如圖2所示，通過PDB、CAPP和看板系統這3個主信息系統之間的數據關聯與定向調用確保設計、工藝、操作這3個角色層面實時掌握設計基線、工藝基線和產品實物狀態數據，以便數據快速查詢、分析與狀態控制。另外，利用工藝規劃和裝配仿真等輔助信息系統[5]來提高工藝設計的信息化程度并驗證系統的分析能力，為總裝過程決策提供技術支撐。

圖2 總裝過程中數據交換關系Fig. 2 Data exchange relationships in spacecraft assemblyprocess

2.2 PDB的數據結構化

航天器總裝數據種類繁多、紛繁復雜，從工藝設計的維度可將工藝數據分為4類：航天器型號數據（型號、平臺、分系統等），通用數據（緊固件、工裝、輔料等），總裝工藝數據（儀器設備、結構件、工藝件、電連接器、熱敏電阻等）以及總裝過程數據（實施結果、測量值等）。從總裝實施的角度也可將工藝數據分為4類：配套性數據（物料、工裝配套等），實施性數據（實施狀態、實施時間），測量性數據（阻值、力矩等）和更改性數據（設計更改、工藝更改等）。

上述數據盡管復雜，但可以從工藝設計和現場實施的集成角度進行分類，挖掘各類數據之間潛在的關系，基于關系數據庫的設計原理將數據結構轉化為 Oracle系統中的關系數據表。在進行關系數據表和數據庫設計時，不僅要保證結構合理、邏輯規范、數據表之間關系表達清楚，同時還要考慮保證數據的一致性、安全性和完整性，不存在數據冗余。鑒于此，為了能夠將星上涵蓋的所有總裝數據信息體現在數據表中，需要建立一個多維的數據表（見表 1）。從表 1中可以看出，除設備名稱和設備代號除外，其余屬性都屬于操作性數據，都反映在總裝工藝文件中。工藝設計數據只是PDB數據的一部分，準確地說只是PDB數據中的可執行部分，將這部分數據抽取出來，嵌入到總裝工藝文件中并流轉到總裝現場用于工藝實施。通過看板系統，將執行后的數據進行反饋并匯總到PDB數據庫中，與原設計數據進行對比分析，作為總裝執行質量的評估基礎。

表1 總裝工藝數據結構化矩陣Table 1 Structure matrix of spacecraft assembly process data

3 航天器總裝工藝數據集成應用系統的接口關系

3.1 PDB與IDS兩個管理系統間的接口

IDS管理系統負責解析和提供IDS數據文件的程序開發包并發送給PDB管理系統，而PDB利用所解析的IDS數據接口文件的相關數據。兩個管理系統分別建立起一個Web服務，其中PDB系統提供的Web服務主要用于接收IDS系統發出的數據更新通知，而IDS系統提供的Web服務用于向PDB系統提供IDS中的數據信息。

1）數據更新

當 IDS系統執行數據更新時，需要利用 Web Service接口將數據更新通知從 IDS系統傳達到PDB中， 而PDB依據通知單可以有選擇性地通過Web方式調用IDS系統的更新的數據，并替換PDB中相應的數據。

2）數據查詢

PDB系統通過 Web service 接口可以實現對IDS系統數據的查詢。

3）數據解析和調用

PDB系統通過本地數據解析組件對IDS數據文件（*.idsd文件）進行解析。PDB通過該數據解析組件能夠方便地讀取 IDS數據文件中的數據內容，按照IDS表的業務邏輯獲取對應的數據內容并將其保存在PDB相應的數據庫表中，以形成本地工藝數據。

3.2 PDB系統與Intralink系統間的接口

與Intralink系統相關的總裝工藝數據信息有2類：航天器三維設計模型和總裝設計信息。航天器三維設計模型將通過 Intralink本地客戶端直接下載和復制相應的三維設計模型。總裝設計信息也通過Intralink接口提供開發包給PDB，而PDB利用該接口解析Pro/E模型中的相關參數數據。同時，兩個系統分別建立起 Web服務，當總裝設計數據發生變動時，通過Web服務向PDB發送數據更新通知單。

1）數據更新

當Pro/E中三維模型參數欄中的數據發生更改時，需要利用Web Service接口將數據更新通知從IDS系統發送到PDB系統中。

2）數據查詢

PDB系統通過Intralink系統實現對Pro/E中的三維模型和參數數據的查詢。

3）數據解析和調用

PDB系統通過本地數據解析組件對三維模型中的參數數據進行解析。PDB通過該數據解析組件能夠方便地讀取三維模型中參數數據的內容，并將這些數據保存在PDB相應的數據庫表中，以形成本地工藝數據。

3.3 PDB系統與看板系統之間的接口

PDB系統與看板系統之間建立起的是Web服務。PDB提供Web服務以解析看板系統現場的執行數據包，同時為看板系統提供執行數據文件（執行記錄表）。看板系統通過PDB和接口解析數據文件中的相關信息自動生成各種執行記錄表。

1）數據解析

PDB系統通過本地數據解析組件對看板系統中的數據包進行解析。PDB通過該數據解析組件能夠方便地讀取看板系統中的數據內容，按照約定的業務邏輯獲取對應的數據內容并將其保存在PDB相應的數據庫表中，以形成本地工藝數據。

同樣，看板系統通過本地數據解析組件對PDB中的數據包進行解析，方便地讀取和獲取PDB中的數據內容，并將其保存在看板生產系統相應的數據庫表中，以形成本地工藝數據。

2）數據更新

PDB數據經審批后一般情況下保持不變，若特殊需要更改數據信息時，則要經過一個完整的審批流程，然后在看板系統和PDB系統中分別手動地進行局部的數據修改，并且保留修改前的數據版本。但是對已經執行的數據不再更改。

當更新看板系統的數據時，需要利用 Web Service接口將數據更新通知從PDB系統傳送到看板系統。然后，看板系統依據通知單直接通過Web方式調用本系統中的更新數據，并替換PDB中的相應數據。

3.4 PDB系統與AVIDM系統之間的接口

總裝工藝人員通過AVIDM系統獲取總體部門編制的技術文件和設計圖紙；然后以圖紙、文件為依據進行結構化工藝信息的梳理，如儀器的緊固件數量、熱敏電阻數量、導熱硅脂類型、接地線代號等，并將這些信息填入Excel表格中。

PDB系統讀取Excel表格中的工藝信息，并與系統中已有的數據（從IDS、Intralink中導入的數據）進行整合和比對。如果存在信息沖突，則由工藝人員判斷是否更新。

當文件、圖紙發生更改時，工藝人員則根據紙質更改單中的更改項，對PDB系統中的信息進行手動關聯修改，同時，對于已傳遞至下游環節（如工藝文件）的數據，則需要同時更改下游環節相應的文件、表單。

3.5 PDB系統開發

對總裝工藝數據進行整理和分析，基于關系數據庫的原理，在 Oracle數據庫平臺上進行數據結構及數據庫的設計。按照軟件工程方法對軟件系統總體架構進行設計，PDB數據庫系統分為系統維護管理模塊、IDS數據接口模塊、Intralink數據接口模塊、工藝數據導入模塊、工藝數據查詢模塊、總裝執行記錄模塊、總裝過程數據模塊以及總裝數據分析模塊。通過PDB數據庫的初步開發和利用，基本上實現了工藝設計與總體設計數據（IDS系統、Intralink）的導入，使之成為一個受控的集成工藝數據庫，為總裝生產過程數據的進一步集成應用奠定了最重要基礎。

PDB系統以結構完整、相互關聯的數據庫表為核心，實現了總裝工藝基礎數據的有機整合、集中展示。PDB系統在某航天型號中的應用表明，總裝工藝人員在總裝生產前期即可快速、準確地獲取結構化的總裝工藝信息，及早掌握設計技術狀態并以結構化表單中整合的工藝信息為源頭開展工藝文件以及各類生產表單（如物料明細表、總裝實施執行記錄表等）的編制，可使總裝工藝準備周期縮短15%以上。

4 結束語

通過對航天器總裝工藝數據的整理分析，提出了總裝工藝數據結構化與集成應用的基本思路和總體方案。針對總體方案，進行了PDB數據庫系統的初步開發，并通過PDB系統與其他應用系統的集成應用取得了很好的效果，為后續的總裝工藝數據集成和應用奠定基礎。

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[1]孫剛, 易旺民, 代衛兵, 等. 航天器總裝工藝流程優化的分析與思考[J]. 航天器環境工程, 2008, 25(4):381-383

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[2]QJ 3133—2001 航天器產品項目階段劃分和策劃[S]

[3]孫剛, 李琦. 計算機輔助工藝設計（CAPP）技術在航天器總裝工藝文件編制中的應用[C]//2006年度結構強度與環境工程專業委員會暨第十專業信息網學術研討會論文集, 2006: 241-245

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