基于標準知識應用的戰車設計開發平臺

馬張健 曾遠帆 居閩 趙文俊 孔超

（上海機電工程研究所， 上海， 201109）

隨著軍事技術的發展， 防空導彈戰車作為防空導彈武器地面裝備的重要組成部分， 正朝著高集成、 小型化、 模塊化和通用化方向發展。 戰車的組成越來越復雜， 集成度越來越高， 功能越來越強大。 隨著我國武器裝備競爭性采購模式推廣和軍民共用逐漸深化， 戰車產品研制周期不斷縮短， 且設計方案迭代更新頻繁。 因此快速、 高效的產品設計手段顯得越來越重要。

民用汽車、 飛機[1-4]的研制過程中注重標準化與設計過程的融合以提升工作效率； 利用多種數字化工具實現符合標準要求的快速設計； 在設計平臺中嵌入標準知識規范設計過程， 這些都可以成為提升產品快速設計水平和質量的重要手段[5-9]。

1 設計標準化的主要內容

1.1 設計流程

設計流程的標準化主要是指規范設計過程， 使復雜的事情簡單化， 提高員工的工作效率； 使接替工作順利化， 有利于新員工的培養， 并降低員工犯錯的概率； 使工作分工更優化， 職責更明確， 各部門溝通更順暢； 規范管理過程， 保證產品質量[3]。

1.2 零部組件設計

零部組件設計的標準化主要是指通過對一些通用的零部組件進行標準化、 通用化設計， 建立各種符合標準的通用零部組件庫， 以達到縮短設計周期、 提升加工工藝性、 提升產品設計質量的目的。

1.3 設計接口

設計接口標準化主要是通過對產品之間或零部件間的接口、 典型特征進行標準化、 通用化設計，使得不同產品或零部件間實現快速對接或互換。

1.4 設計標準應用

設計過程離不開各種規范、 標準的運用。 從國家標準、 國家軍用標準、 行業標準到企業標準， 標準規范的使用可以有效降低設計過程中的差錯， 更能減少由此帶來的設計反復。

2 防空導彈戰車快速設計平臺的建立

開發一個基于標準化知識應用的快速設計平臺， 可以將標準化與設計過程相結合。 設計師可以在防空導彈戰車設計過程中嚴格遵守標準化的要求， 同時將標準化的要求貫徹進每一研制階段的設計工作中， 前一階段的設計工作通過審查后方可開展下一階段的設計工作。 在設計全流程中， 不斷將總結出的設計經驗轉化為知識， 形成相關標準規范， 補充進設計平臺中， 形成 “標準指導設計—設計經驗總結—形成新標準” 的良性循環。

2.1 設計流程的嵌入

戰車作為導彈武器系統地面裝備， 它的設計和研制過程已經相當規范。 國家軍用標準 《武器裝備研制項目管理》 中明確規定地面設備研制流程主要分為論證、 方案、 工程研制和設計定型等4 個階段。 先根據對應的標準規范要求梳理出各階段審查的要素， 并將對應的審查要素植入設計平臺， 設計過程中均需按相關標準規范要求進行審查， 每條要素均滿足要求后當前階段的審查才可通過， 然后進入下一階段設計工作。 審查要素的制定需充分考慮產品的階段、 難易性、 重要性， 因此應分級、 分類實施審查。 通過設計審查制約機制的建立和完善， 克服設計工作的隨意性， 有效保證產品質量， 減少設計返工帶來的人力、 物力和時間浪費。

a） 論證階段

可行性論證階段主要是根據武器系統提出的作戰使用性能和要求， 分析戰車的戰術技術指標及可能的方案。 該階段需要分析國內外同類裝備的在役和在研現狀、 技術水平等。 因此快速設計平臺中收集了很多國內外同類裝備的相關信息，可供論證參考。 本階段主要審查戰術技術指標是否合理可行。

b） 方案階段

方案設計階段主要根據論證階段提出的戰車戰術技術指標進行方案設計。 該階段可以通過查閱同類產品模型集、 同類產品質量案例集等相關文件， 充分了解原有防空導彈戰車結構或類似防空導彈戰車結構在實際制造、 裝配以及使用過程中存在的功能性能、 實用性、 工藝性、 可靠性、安全性、 維修性、 經濟性等方面的問題， 結合相關戰術技術指標提出可能的設計方案， 并組織相關人員進行討論、 研究和審查。 本階段主要審查設計輸入是否正確、 設計方案是否能夠滿足功能性能指標的要求、 對外接口是否匹配、 產品組成是否合理。 審查通過后選定設計方案。

c） 工程研制階段

工程研制階段以通過審查的設計方案為依據， 完成戰車的總體設計、 組件、 部件和零件設計。 在工程研制過程中， 除了能結合不同的設計內容推送相關標準和符合標準規范的產品和零部件模型外， 設計師也可以自行查閱平臺中的各專業設計手冊、 防空導彈戰車設計指南、 質量管理體系文件、 材料手冊、 設計工藝性手冊等文件。設計完的戰車需要進行結構仿真計算和設計優化， 該部分計算和優化的模塊均依據相關標準要求進行軟件實現， 最后依據審查要素進行設計審查。 本階段主要審查設計輸入是否正確、 是否能夠滿足功能性能指標的要求、 對外和對內接口是否匹配、 產品組成是否合理、 關鍵技術問題是否有效解決、 通用質量特性設計是否充分、 元器件和原材料選用是否合理、 技術狀態是否明確、 風險分析與控制是否合理、 舉一反三經驗是否落實、 數據包策劃是否全面等要素， 審查主要依據標準、 規范、 手冊、 指南、 管理文件等準則。 審查通過后才能進行產品生產和制造。

d） 定型階段

根據工程研制階段樣機在試驗、 使用和鑒定過程中暴露的技術問題進行設計修改、 優化和完善， 確定最終的設計狀態。 該階段主要是進行設計完善和復核復算。 設計改進過程應該符合標準化的技術狀態更改的要求。 同時需要經過復核復算以及審查， 復核復算及審查內容基本與工程研制階段相同。

2.2 典型零部組件庫的建立

根據戰車的結構組成劃分成不同的分系統，對于外包產品僅需審查外形及對外接口的正確性。 對于自研產品必須審查外形、 接口、 特征的標注等內容。 將符合標準化要求的成熟設計產品做成模型庫， 方便其他型號直接調用， 既有利于設計師的借鑒學習， 也有利于后續型號使用前面型號的成熟設計。 對于新研型號產品的模型經標準化審查完后也可以加入模型庫內。 標準件和電子元器件同樣可以加入模型庫， 方便快速調用。

2.3 設計接口庫的建立

設計接口庫主要用于規范不同產品、 不同分系統間的對接接口型式， 通常用于定義產品的部分典型特征， 比如花鍵、 齒輪、 槽口、 法蘭、 接插件、 唇口等特征。 使用時通過初始化部分參數， 快速導入設計特征。

2.4 設計標準庫的建立

防空導彈戰車設計標準庫主要包括通用標準庫和專用 （定制化） 知識庫， 如圖 1 所示。 全部文件和手冊中的內容按設計階段重新分類和整合， 明確各個設計階段需要參考執行的部分， 并根據相關設計標準和手冊制定審查要素。

a） 通用標準庫

通用標準庫以系統頂層要求執行的法律法規、 國標、 國軍標、 行業標準、 通用設計規范為主， 涵蓋防空導彈戰車設計相關的通用標準和規范、 結構設計手冊、 電氣設計手冊等。

通用標準庫建立過程如下： 由設計人員收集已經發布的戰車設計相關標準、 規范、 手冊等知識， 然后按照設計階段進行整理分類， 再由評審專家進行知識適用性、 全面性、 分類合理性評價， 評價通過后將相關內容納入通用標準庫， 并實時同步更新。

b） 專用 （定制化） 知識庫

專用 （定制化） 知識庫以相關專業設計師總結的產品設計指南等文件為主， 更貼近具體產品設計細節和研制單位的實際情況， 涵蓋防空導彈戰車及相關分系統的設計指南和設計作業指導、同類產品集、 同類產品質量案例集等。

專用知識庫的建立由設計人員根據防空導彈戰車的產品特點， 總結戰車設計過程中的經驗，形成相關設計指南、 作業指導書等專用知識文件，然后由評審專家進行知識適用性、 正確性評價，同時進行專用知識文件試用， 評價及試用通過后按相應類別納入專用知識庫， 對知識庫不斷補充完善。 亦可將形成的知識進行進一步的定制開發，提升知識在設計過程中的應用效率。 例如使用數字化工具開發出成熟的產品設計模板， 將通用計算公式和仿真模型納入數字化設計平臺中。 同時，設計人員可對已經成熟固化的設計指導文件進一步總結升級， 制定所標、 院標等標準規范， 落實共享學習， 并以此進一步規范設計過程。

3 防空導彈戰車快速設計平臺的應用

戰車快速設計平臺中包括設計知識庫、 典型零部件庫、 接口特征庫、 復核復算模板、 仿真計算模板等等內容。 設計平臺部分模板示例如圖2所示。

以統一的設計流程 “串聯” 防空導彈戰車快速方案設計各個功能模塊， 結合數字化設計環境， 開展相應的防空導彈戰車總體布局、 分系統設計、 性能快速校核和仿真分析。 基于知識庫，統一設計手段， 實現對防空導彈戰車的標準化、產品化的快速方案設計、 校核和仿真驗證， 保證設計規范性和設計質量一致性， 提升設計效率，降低設計人力成本。

戰車設計過程中首先分析了防空導彈戰車結構任務需求， 確定了設計要求， 提出了可能的設計方案， 針對設計依據、 功能性能指標、 對外和對內接口、 產品組成、 關鍵技術、 通用質量特性、 元器件和原材料選用、 技術狀態、 風險分析與控制、 舉一反三經驗等要素進行了方案審查，由于戰車部分結構設計方案未充分考慮可加工性， 審查未通過； 然后， 設計人員對設計方案進行了優化， 重新提交審查， 審查通過后選定了設計方案。 隨后， 進行了防空導彈戰車工程設計、仿真計算， 戰車及各部件功能性能、 機械及電氣接口、 結構剛強度、 結構工藝性、 環境條件等要素均滿足要求， 通過了工程設計審查； 最后， 分析了造成戰車設計方案初審未通過的原因， 主要是由于戰車的某焊接部件設計時未充分考慮可加工性， 會導致焊接可操作性差， 可能會引起焊縫不滿足設計要求的情況， 影響部件結構強度。 設計人員對該類結構設計進行了分析總結， 形成了該類結構設計指南， 并通過了專家審查， 補充入專用知識庫， 用于指導類似結構設計， 避免同類問題再次發生。 通過該方法的應用， 及時發現了某型防空導彈戰車設計中的隱患， 提高了產品質量， 共享了設計經驗。

通過該方法開展某型戰車方案設計， 相比以往戰車方案研制周期縮短了63%， 方案合理可行， 有效提高了設計效率和設計質量。

防空導彈戰車的設計質量決定著產品的固有質量。 為了使戰車設計高效、 高質， 提出了基于標準化知識應用的快速設計平臺。 實踐表明： 該快速設計平臺可以將防空導彈戰車的設計規范要求有效落實到設計過程中， 也能將設計實踐過程中產生的經驗及時轉化為知識， 達到了規范設計過程和總結設計規范的目的， 提高了防空導彈戰車的設計效率和設計質量， 為航天產品快速、 高效地設計提供了參考。