通信衛(wèi)星高頻電纜數(shù)字化設(shè)計與總裝的可視化驗證

汪文斌 劉海明 景莉莉 王京京 董少華

2019年航天科技集團(tuán)有限公司裝配工藝技術(shù)中心交流會專欄

通信衛(wèi)星高頻電纜數(shù)字化設(shè)計與總裝的可視化驗證

汪文斌 劉海明 景莉莉 王京京 董少華

（中國空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710100）

分析了通信衛(wèi)星傳統(tǒng)的高頻電纜數(shù)字化研制模式，并提出了一種基于PRO/E的全新高頻電纜數(shù)字化研制和總裝的可視化驗證模式。在此模式下，設(shè)計、工藝、總裝的各環(huán)節(jié)實現(xiàn)了無縫銜接，設(shè)計效率和準(zhǔn)確率極大提高，工藝過程記錄便捷、可追溯性強，總裝可視化驗證簡潔直觀，大大提高了國內(nèi)通信衛(wèi)星高頻電纜數(shù)字化設(shè)計與總裝可視化驗證水平。

通信衛(wèi)星；高頻電纜；數(shù)字化研制；數(shù)字化總裝

1 引言

隨著我國航天事業(yè)快速發(fā)展，航天器高頻電纜數(shù)字化研制進(jìn)步飛快，傳統(tǒng)的二維CAD軟件高頻電纜設(shè)計已經(jīng)逐漸被PRO/E、CATIA等三維軟件設(shè)計取代，解決了傳統(tǒng)高頻電纜研制模式效率低、無法模擬真實形狀、長度不準(zhǔn)確的問題[1]。即便如此，依然存在高頻電纜設(shè)計效率低、連接關(guān)系易出錯、精細(xì)化設(shè)計費時費力、復(fù)合復(fù)審效率低、總裝的可視化驗證差等問題。本文結(jié)合設(shè)計、工藝、總裝的現(xiàn)狀，通過PRO/E二次開發(fā)提出了一種高頻電纜數(shù)字化設(shè)計與總裝的可視化驗證方式，旨在解決當(dāng)前存在的問題。

2 傳統(tǒng)設(shè)計方式和總裝面臨的問題

傳統(tǒng)通信衛(wèi)星高頻電纜研制整個過程中電原理設(shè)計、三維模型設(shè)計、工藝設(shè)計、總裝可視化驗證等環(huán)節(jié)無法很好的銜接，高頻電纜設(shè)計中存在著節(jié)點關(guān)系錯誤的情況，高頻電纜工藝設(shè)計時存在指導(dǎo)性不強，高頻電纜可視化模型存在不直觀、查看效率低的情況。針對以上問題從設(shè)計、工藝、總裝驗證三個方面進(jìn)行論述。

2.1 傳統(tǒng)高頻電纜數(shù)字化設(shè)計中存在的問題

a. 高頻電纜數(shù)字化設(shè)計過程中，電設(shè)計師在繪制原理框圖過程中，采用CAD、Visio等工具，繪制、修改等工作效率較低，并且無法自動生成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的高頻接點關(guān)系表，下一環(huán)節(jié)的高頻電纜三維設(shè)計采用的高頻電纜節(jié)點關(guān)系表與原理框圖無關(guān)聯(lián)性，系人工手動創(chuàng)建錄入，低效且存在錯誤風(fēng)險，如圖1所示。

圖1 電原理框圖示意圖

b. 高頻電纜三維數(shù)字化設(shè)計中設(shè)備之間連接采用手動創(chuàng)建，三維設(shè)計過程中需要在龐大的通信衛(wèi)星艙體中查找單機(jī)接口，電纜走向需要較多人工干預(yù)，雖能實現(xiàn)三維數(shù)字化設(shè)計，但效率較低，且存在人為帶入錯誤的風(fēng)險，如圖2所示。

圖2 高頻電纜三維數(shù)字化設(shè)計示意圖

c. 高頻電纜三維數(shù)字化模型中接插件等信息無法全部反映，三維數(shù)字化電纜不能夠模擬真實走向和裝配，訂購電纜長度余量偏大，因而增加了系統(tǒng)損耗[2]。

2.2 傳統(tǒng)高頻電纜數(shù)字化工藝存在的問題

a. 高頻電纜支架定位無法快速查找

圖3 通信衛(wèi)星艙板高頻電纜支架編號示意圖

衛(wèi)星艙板上高頻電纜支架采用人工編號，人工編號無法與衛(wèi)星三維數(shù)字化模型中高頻電纜支架關(guān)聯(lián)，高頻電纜總裝過程中無法做到人工編號、三維模型、高頻電纜實物的快速一一匹配，大大降低了高頻電纜總裝的效率，增加了因電纜敷設(shè)路徑與設(shè)計路徑偏離導(dǎo)致返工安裝的風(fēng)險，如圖3所示。

b. 高頻電纜總裝記錄與數(shù)字化模型無聯(lián)動

雖然高頻電纜總裝時先查看數(shù)字化三維模型，再進(jìn)行總裝敷設(shè)，但電纜總裝記錄均通過人工錄入紙質(zhì)工藝或總裝記錄系統(tǒng)中，數(shù)字化三維模型、電纜實物、電纜記錄三者之間無直接關(guān)聯(lián)，存在總裝記錄漏、缺、錯等人為引入的風(fēng)險。

c. 高頻電纜總裝操作指導(dǎo)性不強

雖然在高頻電纜敷設(shè)總裝環(huán)節(jié)中，總裝操作人員可以通過查看高頻電纜三維數(shù)字化模型進(jìn)行總裝，但PRO/E軟件操作繁瑣，模型查看效率低。

2.3 傳統(tǒng)高頻電纜數(shù)字化總裝驗證存在的問題

a. 高頻電纜數(shù)字化模型可視化驗證不直觀

高頻電纜總裝過程中，操作人員無法從高頻電纜數(shù)字化模型中匹配高頻電纜的端口信息，故數(shù)字化總裝驗證不充分。

b. 高頻電纜數(shù)字化模型可用性不強

采用PRO/E基礎(chǔ)模塊設(shè)計的三維高頻電纜數(shù)字化模型無法拆分成單根的高頻電纜模型，總裝操作人員只能查看高頻電纜主束模型進(jìn)行指導(dǎo)性總裝，數(shù)字化總裝驗證效果不理想。

3 高頻電纜數(shù)字化研制和總裝可視化驗證的實現(xiàn)

針對目前高頻電纜數(shù)字化研制和總裝可視化驗證存在的不足，重新對高頻電纜整個研制業(yè)務(wù)過程進(jìn)行了梳理和分析，如圖4、圖5所示。

圖4 通信衛(wèi)星高頻電纜設(shè)計流程

圖5 通信衛(wèi)星高頻電纜數(shù)字化總裝驗證流程

根據(jù)梳理的新的高頻電纜數(shù)字化研制業(yè)務(wù)流程和實現(xiàn)流程，提出了以下幾個方面的解決方案。

3.1 高頻電纜數(shù)字化原理圖與節(jié)點關(guān)系的交互解決

對于高頻電纜電原理框圖，從傳統(tǒng)的CAD、Visio等工具模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，基于PRO/E底層開發(fā)一種更加便于繪制、調(diào)整，并可導(dǎo)出結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)節(jié)點關(guān)系表的電原理框圖軟件，實現(xiàn)高頻電纜電原理框圖與節(jié)點關(guān)系表直接交互，避免了人為參與導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯誤，如圖6所示。

圖6 基于PRO/E的高頻電纜原理框圖示意圖

3.2 高頻電纜數(shù)字化設(shè)計要求與三維設(shè)計的關(guān)聯(lián)

為了解決高頻電纜設(shè)計要求與最終數(shù)字化三維設(shè)計的快速關(guān)聯(lián)與切換，需要通過開發(fā)一種機(jī)制，使電原理框圖導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)化節(jié)點關(guān)系表以及高頻電纜線徑、線材密度、電纜顏色、連接器等參數(shù)信息直接驅(qū)動PRO/E三維數(shù)字化設(shè)計軟件，使高頻電纜能夠真實反映電纜線徑、密度、顏色信息[3]，如圖7所示。

圖7 設(shè)計信息對于PRO/E三維數(shù)字化設(shè)計軟件的驅(qū)動

3.3 高頻電纜數(shù)字化設(shè)計的快速實現(xiàn)

a. 傳統(tǒng)的高頻電纜數(shù)字化設(shè)計時，通過人工提前設(shè)置電纜通道以及電纜敷設(shè)路徑，費時費力，且后期調(diào)整周期長，無法適應(yīng)艙內(nèi)儀器設(shè)備布局頻繁迭代引起的電纜設(shè)計迭代變化。提出一種新的電纜通道及路徑規(guī)劃模式，通過程序?qū)Ψ植加谛l(wèi)星艙板上的高頻電纜支架進(jìn)行智能計算，自動解析生成基于高頻電纜支架的電纜通道路徑，并可對不需要的路徑提前篩選、快速刪除。通過智能通道路徑的設(shè)置，可以將通道路徑規(guī)劃效率提升數(shù)倍。如圖8所示。

圖8 高頻電纜網(wǎng)絡(luò)的快速生成

b. 傳統(tǒng)的高頻電纜數(shù)字化模型設(shè)計時，電纜的三維模型走向設(shè)計通常手動產(chǎn)生，無法分批量或一次性全部生成，查看特定編號電纜模型時必須在模型樹進(jìn)行查看，查看效率及效果達(dá)不到理想狀態(tài)。提出一種利用表單和電原理圖直接驅(qū)動的全新電纜生成模式，實現(xiàn)了高頻電纜三維模型生成與電原理圖無縫對接，避免帶入人為錯誤。同時可實現(xiàn)電纜分批或全部一次性生成，可在預(yù)設(shè)操作窗口進(jìn)行電纜的分批生成、快速搜索、選定查看、電纜狀態(tài)提示、電纜長度修正、電性能預(yù)算等。如圖9所示。

圖9 高頻電纜模型的快速生成

c. 提出一種采用軟件智能批量裝配接插件的思路，以此來解決高頻電纜三維數(shù)字化模型接插件無法在模型中反映和手工裝配低效、易錯等問題。具體思路為在高頻電纜走向設(shè)計之前，設(shè)計師根據(jù)衛(wèi)星艙體內(nèi)設(shè)備布局信息對選用的接插件進(jìn)行預(yù)先判斷和選定，并通過數(shù)據(jù)表單驅(qū)動軟件，快速自動對接插件進(jìn)行批量裝配，達(dá)到在三維模型中真實模擬接插件的目的，實現(xiàn)高頻電纜精細(xì)化設(shè)計目標(biāo)，最終達(dá)到從軟件提取準(zhǔn)確電纜長度信息進(jìn)行生產(chǎn)制造的目的，如圖10、圖11所示。

圖10 高頻電纜連接器的快速裝配

圖11 高頻電纜連接器的快速裝配結(jié)果

3.4 高頻電纜數(shù)字化設(shè)計與總裝工藝的交互

為了解決衛(wèi)星艙內(nèi)高頻電纜數(shù)量多，人工編號效率低下，后期總裝匹配性差的問題，提出一種利用智能化程序進(jìn)行自動編號的模式。根據(jù)高頻電纜支架所在艙板和支架高度進(jìn)行組合，自動對高頻電纜支架模型進(jìn)行編號（如11號艙板，100高支架，編號為40的高頻電纜支架編號則規(guī)定為“11-100-40”），并且在支架所在位置附近自動草繪支架編號，并可在查看窗口實現(xiàn)對高頻電纜支架進(jìn)行編號搜索、模型加亮等操作。這種模式依靠軟件自動實現(xiàn)高頻支架按規(guī)則批量自動編號和自動匹配高頻支架編號、支架艙板位置，可實現(xiàn)艙板支架的自動搜尋匹配和按編號目視匹配2種方式的同時實現(xiàn)。如圖12、圖13所示。

圖12 高頻電纜支架自動編號、搜尋、標(biāo)識示意

圖13 高頻電纜數(shù)字化模型掃碼加亮示意

3.5 設(shè)計的總裝驗證

a. 為解決高頻電纜總裝過程中電纜數(shù)字化模型與電纜實物的快速匹配問題，提出了一種利用輔助設(shè)備進(jìn)行強制電纜走向、電纜端口匹配的思路。具體為總裝前在電纜實物上粘貼經(jīng)過特定規(guī)則轉(zhuǎn)換的條形碼標(biāo)識，條形碼標(biāo)識與電纜工藝文件中的節(jié)點關(guān)系對應(yīng)，利用條碼識別輔助系統(tǒng)（掃碼槍、PAD、數(shù)字可視化系統(tǒng)）在電纜掃描時對電纜端口進(jìn)行強制識別和匹配，并自動通過數(shù)字可視化系統(tǒng)對相應(yīng)編號的高頻電纜三維模型進(jìn)行端口加亮，實現(xiàn)總裝前對高頻電纜實物和高頻電纜數(shù)字化模型的總裝驗證，如圖14、圖15所示。

圖14 高頻電纜端口條形碼標(biāo)記

圖15 通信衛(wèi)星總裝現(xiàn)場高頻電纜掃碼匹配應(yīng)用

b. 為擺脫PRO/E基礎(chǔ)模塊設(shè)計的三維高頻電纜數(shù)字化模型無法對單根高頻電纜進(jìn)行拆分的現(xiàn)狀，利用PRO/TOOLKIT開發(fā)出一種在高頻電纜三維設(shè)計時就能自動生成單根電纜實體的快捷工具，配合條碼化掃描實現(xiàn)單根高頻電纜的查看和加亮，掃除高頻電纜總裝過程中可視化模型可用性不強的障礙，大大提高了通信衛(wèi)星高頻電纜可視化模型總裝驗證能力，如圖16、圖17所示。

圖16 單根高頻電纜數(shù)字化模型樹

圖17 單根高頻電纜可視化實體模型查看示意

4 結(jié)束語

針對目前高頻電纜數(shù)字化研制與總裝可視化驗證特點和面臨的問題，提出了一種基于PRO/E軟件的多模塊交互設(shè)計與驗證方式，并以此思路開發(fā)了相應(yīng)的軟件，在某系列衛(wèi)星高頻電纜研制過程中進(jìn)行了應(yīng)用驗證，提高了設(shè)計的效率，保證了設(shè)計質(zhì)量，提高了總裝可視化驗證效率，形成了從設(shè)計、工藝、總裝驗證、總裝記錄全流程協(xié)同的高頻電纜數(shù)字化研制新模式。由于此模式應(yīng)用效果良好，后續(xù)可在更多航天器型號高頻電纜數(shù)字化研制中進(jìn)行推廣。

1 刁常堃，劉剛，侯向陽，等. 基于Pro/e軟件的電纜三維設(shè)計及制造方法[J]. 信息技術(shù)，2013，4(2)：48～52

2 趙佳琪. 基于CREO的虛擬裝配路徑規(guī)劃技術(shù)研究[J]. 航天制造技術(shù)，2016(1)：63～67

3 徐偉玲. 航天電子產(chǎn)品的整機(jī)裝聯(lián)布線[J]. 航天器返回與遙感，2003(4)：55～57

Digital Design and Visual Verification of Radio-frequency Cable Assembly in Communication Satellite

Wang Wenbin Liu Haiming Jing Lili Wang Jingjing Dong Shaohua

(Xi’an Branch of China Academy of Space Technology, Xi’an 710100)

This thesis analyzes the traditional digital development mode of radio-frequency cable of communication satellite, and proposes a new visual verification mode of digital development and assembly of radio-frequency cable based on PRO/E. In this mode, the links of design, process and final assembly are well connected, design efficiency and accuracy are greatly improved, and the process record is convenient and traceable, visual verification of final assembly is more convenient and intuitive, and greatly improve the level of digital design and final assembly visualization verification of radio-frequency cable of communication satellite.

communication satellite；radio-frequency cable；digital development；digital assembly

汪文斌（1980），工程師，機(jī)械設(shè)計專業(yè)；研究方向：衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計。

2019-12-13