長征七號:中國航天全數字化研制第一箭
長征七號:中國航天全數字化研制第一箭

文章來源:中國航天科技集團公司 發布時間:2016-06-28
10153個零部件的數字化定義,56個團隊高效、并行、協同的工作——長征七號運載火箭成為我國首個采用全數字化手段研制的火箭。
長七火箭的成功發射,揭開了我國載人航天工程空間實驗室任務大幕,而全壽命周期數字化對火箭的研制模式來說,也是質的飛躍。
火箭的全壽命周期數字化,意味著將數字化貫穿設計、試驗、制造、管理的全過程,從全三維協同、全三維設計、全三維下廠、全三維生產,數字化仿真試驗、數字化發射服務,完成全流程IPT(Integrated Product Team)研制。
從設計到制造:艱難一躍
時間回溯到2008年,長征五號運載火箭首次采用了數字化設計,這在當時是一條大新聞。而作為長五火箭的“同門師弟”——“長七”則勇敢地又向前躍了一步,將數字化技術貫穿火箭研制全過程,成為首發實現全壽命周期數字化的火箭。
這一躍,并沒有想象中那么容易。
對于一個火箭產品來說,不僅在設計上實現數字化,如果能打通制造環節,實現全三維下廠,按照數字火箭的設計來進行生產,打通產品研制全鏈路的數字化,才能真正意義上稱之為一枚全數字化火箭。
從設計到制造,為什么這么難?“這是跨越式的一躍,這就好像從紙質閱讀到電子閱讀,這對于傳統生產制造來說是顛覆性的改造。”型號副總師張立洲說道。難就難在要將數字化輻射到火箭的設計、模裝、試驗、生產制造的全過程。
“這沒圖紙,咋干活?”剛開始,在生產制造現場,工人們很不適應,再也看不到原先精美的圖紙,取而代之的是屏幕上的“三維模型”。在中國航天科技集團一院211廠總裝事業部,總裝車間調度尚曉菁指著電腦演示起來,隨著他的操作,顯示器上出現了一個圓柱體,經過放大,可以很清晰地看出來,它和旁邊的長七火箭二級箭體實物幾乎一模一樣。
任何新的事物都需要適應的過程,現在,他們動一動鼠標就能一目了然,將每一個細節全方位看清。“‘三維模型’是聯系設計與制造環節的重要紐帶。全三維下廠,提高了設計人員與制造人員之間信息傳遞的準確性。”尚曉菁補充道。
前幾年,數字化在航空領域創造的超高效益,加快了歐美國家在航空產品方面的數字化步伐。而近幾年,數字化也逐漸在航天領域大展手腳,以長七為例,裝配出現的問題減少了70%,設計更改減少了30%……長七實現了全數字化艱難的一躍。
打開神秘的大門:先吃螃蟹
長七的首飛成功,標志著我國新一代運載火箭在數字化設計能力上已躋身國際先進行列,同時它代表了國內運載火箭研制領域數字化的最高水平。
這扇神秘的全數字化大門終于被打開了。
航天產品的數字化設計制造一直是個國際性難題,即使是在這些領域研究很長時間的歐美發達國家。用新的模式改造傳統習慣,張立洲認為這是大勢所趨,“這不僅能夠提高設計質量和效率,也能節約成本。”的確,有人形象地比喻,采用這種新的研制方式好比把工廠搬到了計算機上,一些不協調、不合理的地方,科研人員可以通過數字化的手段提前發現。
同時,以IPT集成產品協同組的形式打破各單位“單兵作戰”的局面,“各系統的設計師組成一個設計組,形成協同工作的團隊,集中在統一的工作現場。”主任設計師聶蓉梅介紹說,設計師們通過網絡在工作站之間及時傳遞進展情況和反饋意見,把原先按串行流程進行的許多工作盡可能同步、甚至提前進行,直接在三維模型上進行設計、工藝制造以及協同,大大縮短了數據傳遞的時間和傳遞的路徑。
在長七火箭關鍵環節的仿真驗證和試驗中,“虛擬現實技術”這種驗證方法也被應用其中。技術人員趙博說:“通過虛擬現實技術可以實現三維數字火箭的虛擬維修,這項技術還應用在火箭發射場虛擬訓練、發射場總裝流程預演中,確保火箭的可靠性。”
“不管是哪里有坑,哪里是坎,都得有第一個吃螃蟹的人去試試才知道。”張立洲認為,長七實現全數字化火箭的嘗試將成為“標桿”,為后續我國航天數字化發展鋪好路。
數字化的生產方式實現了先進的設計手段與傳統的制造模式的新對接,對傳統制造業來說是一場新技術革命,長七火箭的全數字化正式開啟了火箭制造業的新一輪革命。