0 前言
在小衛(wèi)星型號(hào)研制過程中，對(duì)于三維設(shè)計(jì)、虛擬仿真、虛擬裝配的要求不斷提升，需要更加真實(shí)的三維模型，并增加大量特征信息。對(duì)近年小衛(wèi)星型號(hào)三維模型的實(shí)際狀態(tài)和計(jì)算機(jī)軟硬件問題進(jìn)行調(diào)查分析，并提出改進(jìn)措施。
1 三維模型特點(diǎn)
在小衛(wèi)星型號(hào)研制過程中，型號(hào)三維模型是所有后續(xù)工作開展的基礎(chǔ)，特別是虛擬驗(yàn)證要求越來越高，后續(xù)仿真分析、熱控分析、虛擬三維動(dòng)畫裝配、三維直屬件下廠、電纜三維設(shè)計(jì)下廠、三維管路焊接、三維總裝等工作等等，要求模型能夠直接面對(duì)仿真分析與生產(chǎn)制造，因此，需提升建模詳細(xì)程度。
整星三維模型的細(xì)節(jié)提升主要包括以下幾個(gè)方面：
a)單機(jī)設(shè)備：?jiǎn)螜C(jī)設(shè)備表面增加自身的具體結(jié)構(gòu)特征，可方便直觀地確定設(shè)備的可操作部位；
b)整星電纜：進(jìn)行更加真實(shí)的整星電纜網(wǎng)建模，增加更多控制點(diǎn)使整星電纜走線向各精確、電纜粗細(xì)更真實(shí)；
c)分系統(tǒng)細(xì)節(jié)：增加如整星結(jié)構(gòu)板的各連接部位的結(jié)構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)件、熱管、熱敏電阻、加熱回路、羽流范圍、視場(chǎng)范圍、運(yùn)動(dòng)范圍等；
d)參數(shù)增加：為了設(shè)備信息傳遞和全三維設(shè)計(jì)投產(chǎn)，模型增加了安裝基準(zhǔn)點(diǎn)、設(shè)備坐標(biāo)系、設(shè)備腳印、三維標(biāo)注等特征。
雖然模型的精細(xì)化提升了設(shè)計(jì)正確率，但是，同時(shí)也使得三維模型的實(shí)體模型數(shù)量和建模特征數(shù)量急劇增加，三維模型越來越復(fù)雜。而設(shè)計(jì)師以往使用的計(jì)算機(jī)大部分為高配置商務(wù)計(jì)算機(jī)或者低配置圖形工作站，在繪制大型整星模型時(shí)會(huì)遇到速度慢、CPU和顯卡性能不足、頻繁出現(xiàn)內(nèi)存錯(cuò)誤等問題，從運(yùn)行速度、運(yùn)行穩(wěn)定性方面已存在瓶頸，影響工作效率。
2 小衛(wèi)星整星模型現(xiàn)狀
針對(duì)存在的問題，對(duì)近年小衛(wèi)星型號(hào)整星三維模型的實(shí)體數(shù)量和建模特征數(shù)量進(jìn)行了全面統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。模型使用Pro/E 5.0三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模，型號(hào)H到型號(hào)L為近兩年內(nèi)建模的衛(wèi)星。
圖1 近年小衛(wèi)星型號(hào)整星三維模型實(shí)體和特征數(shù)統(tǒng)計(jì)
從統(tǒng)計(jì)圖中可以看出：
a)型號(hào)模型的實(shí)體數(shù)量表征模型的大小，特征數(shù)表征模型的復(fù)雜程度，隨著時(shí)間的推移，整星三維模型的實(shí)體數(shù)和特征數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)；
b)按照實(shí)體數(shù)和特征數(shù)劃分模型規(guī)模，一般實(shí)體數(shù)在500以內(nèi)的簡(jiǎn)單模型屬于小規(guī)模裝配，零部件級(jí)應(yīng)用較多；實(shí)體數(shù)在2000以內(nèi)的簡(jiǎn)單模型屬于中等規(guī)模裝配，型號(hào)A、型號(hào)B、型號(hào)C衛(wèi)星的實(shí)體數(shù)均在2000以內(nèi)，特征數(shù)小于8000，為中等規(guī)模裝配；型號(hào)D、型號(hào)E、型號(hào)F、型號(hào)G的實(shí)體數(shù)在5000以內(nèi)，特征數(shù)在8000左右，屬于大規(guī)模裝配；型號(hào)H、型號(hào)I、型號(hào)J、型號(hào)K衛(wèi)星零件數(shù)在3000到5000不等，型號(hào)L衛(wèi)星更是達(dá)到了10000多個(gè)實(shí)體，它們其特征數(shù)均超過了14000個(gè)，為復(fù)雜零件，屬于超大規(guī)模轉(zhuǎn)配。
c)型號(hào)A衛(wèi)星的單機(jī)模型均為總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化建模，缺少具體細(xì)節(jié)，模型實(shí)體數(shù)和特征數(shù)最少，分別為865個(gè)和3897個(gè)；
d)型號(hào)C衛(wèi)星實(shí)體數(shù)1236，特征數(shù)7953；型號(hào)G衛(wèi)星和型號(hào)C衛(wèi)星為同平臺(tái)產(chǎn)品，整星體積和設(shè)備規(guī)模接近，而型號(hào)G衛(wèi)星首次推行部分三維下廠工作，如三維指導(dǎo)總裝，其實(shí)體數(shù)達(dá)到了4849個(gè)，特征數(shù)為8827，分別較型號(hào)C衛(wèi)星有大幅增長(zhǎng)；
e)近年的新型號(hào)，如型號(hào)H、型號(hào)I、型號(hào)J、型號(hào)K、型號(hào)L衛(wèi)星特征數(shù)均超過了軟件目前能統(tǒng)計(jì)顯示的最大特征數(shù)14000個(gè)。
由統(tǒng)計(jì)圖中可以看出，隨著各方面信息的增加，反映產(chǎn)品的更加真實(shí)的狀態(tài)，模型的實(shí)體數(shù)量不斷增長(zhǎng)，特征數(shù)量急劇增加，三維模型越來復(fù)雜。如果數(shù)字化項(xiàng)目全面實(shí)施，增加整星熱控實(shí)體信息、標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體、三維標(biāo)注信息等，再加上單機(jī)模型繼續(xù)細(xì)化，估計(jì)未來幾年內(nèi)整星三維實(shí)體模型數(shù)量將超過10000個(gè)，特征數(shù)將超過20000個(gè)。
3 現(xiàn)有計(jì)算機(jī)對(duì)型號(hào)模型的打開測(cè)試情況
為了以進(jìn)一步分析模型實(shí)體數(shù)和特征數(shù)增長(zhǎng)的影響，我們選取型號(hào)I整星模型，對(duì)公司現(xiàn)有設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了模型打開測(cè)試。HP 8000、HP 8280、Dell 690計(jì)算機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)配置，并增加當(dāng)年主流圖形加速卡；HP Z400、HP Z800、Dell T3600圖形工作站采用中等配置，圖形加速卡為當(dāng)年中端圖形加速卡。
由表1可以看出：
a)32位操作系統(tǒng)只能管理4G以下內(nèi)存，無論計(jì)算機(jī)配置多高，也不能滿足型號(hào)數(shù)字化建模的需求，必須使用能管理大內(nèi)存的64位系統(tǒng)；
b)按照每天設(shè)計(jì)人員對(duì)模型的操作次數(shù)估算，一天內(nèi)打開整星模型5次、打開單機(jī)模型80次、旋轉(zhuǎn)并選擇零件500次、激活并編輯零件300次、整星質(zhì)量計(jì)算5次，HP8000耗時(shí)76分鐘，HP Z400工作站耗時(shí)68分鐘，HP Z800工作站耗時(shí)60分鐘，HP Z400和HP Z800分別提升效率11%和21%。使用具有專業(yè)圖形加速卡的圖形工作站能給設(shè)計(jì)效率帶來極大的提升。
表1 公司設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)對(duì)型號(hào)I整星模型的測(cè)試情況
4 改進(jìn)小衛(wèi)星整星建模的措施
為了滿足小衛(wèi)星模型規(guī)模增長(zhǎng)帶來的計(jì)算機(jī)硬件配置不足的問題，對(duì)小衛(wèi)星整星建模方式進(jìn)行分析，提出了以下措施并逐步落實(shí)：
a)規(guī)范單機(jī)設(shè)備模型
分系統(tǒng)提供的單機(jī)設(shè)備模型應(yīng)保證外觀尺寸、機(jī)械接口、電連接器接口與實(shí)際產(chǎn)品一致，將整星狀態(tài)下不需要的設(shè)備內(nèi)部特征簡(jiǎn)化或刪除，限制單機(jī)模型大小。
b)完善整星三維模型建模標(biāo)準(zhǔn)
完善整星三維模型建模規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，使用同一的建模輔助軟件和設(shè)計(jì)模板，極大減少設(shè)備多余信息。
c)選用適合于整星三維設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)
經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)外企業(yè)計(jì)算機(jī)情況進(jìn)行調(diào)研，推薦使用圖形工作站進(jìn)行三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)。圖形工作站的配置準(zhǔn)則在于：切實(shí)了解應(yīng)用需求，以合理的價(jià)格組建一個(gè)符合應(yīng)用軟件要求的穩(wěn)定、高速、高效的設(shè)計(jì)平臺(tái)，以最大程度地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖。這與普通辦公、家用電腦注重多媒體性能和價(jià)格因素的配置方法是截然不同的。
一般圖形工作站在企業(yè)的適用范圍見表2：
表2 不同配置圖形工作站在企業(yè)的配置梯度
d)選擇合適的操作系統(tǒng)和配套軟件
操作系統(tǒng)及配套軟件需要合理配套，才能充分發(fā)揮硬件的性能。對(duì)于常用的Windows操作系統(tǒng)，進(jìn)行如下分析：
●32位操作系統(tǒng)只能管理4G以下內(nèi)存，不能滿足設(shè)計(jì)建模對(duì)高內(nèi)存使用的要求；
●Windows2003 server和Windows 2008 server服務(wù)器系統(tǒng)后臺(tái)加載服務(wù)多，計(jì)算機(jī)配置要求高，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，且軟件兼容性差，不適合個(gè)人終端；
●64位Windows XP系統(tǒng)只支持十年前圖形加速，僅支持美國(guó)英語和日本語，對(duì)目前使用的三維設(shè)計(jì)軟件運(yùn)行穩(wěn)定性差，并已停止技術(shù)支持；
●64位Windows Vista系統(tǒng)硬件配置要求高，驅(qū)動(dòng)支持較差，支持軟件較少，兼容性差，屬于過渡產(chǎn)品，很快退出歷史舞臺(tái)；
●64位Windows 7系統(tǒng)硬件要求一般，驅(qū)動(dòng)成熟，支持軟件種類多；幾乎完全兼容XP軟件，市場(chǎng)占有率最高；
●64位Windows 8系統(tǒng)為2012年底發(fā)布的新系統(tǒng)，被稱為Win7觸屏版。
對(duì)于三維模型設(shè)計(jì)使用的配套軟件，主要包括大型商用建模軟件、商用辦公軟件、院內(nèi)自主開發(fā)軟件、訂制的網(wǎng)上辦公平臺(tái)，這些軟件主要針對(duì)32位windows XP系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，可能對(duì)64位Windows 7\Windows 8系統(tǒng)存在一定的不兼容性。后續(xù)必須對(duì)軟件進(jìn)行兼容性測(cè)試或相應(yīng)的升級(jí)。
綜合以上分析，64位Windows 7\Windows 8系統(tǒng)較適合作為操作系統(tǒng)。
但應(yīng)在使用前對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)安全配置研究、各類航天專業(yè)應(yīng)用軟件的64位兼容性評(píng)估。
5 結(jié)論
小衛(wèi)星型號(hào)研制應(yīng)適應(yīng)市場(chǎng)化的需求，在激烈的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中快速發(fā)展，設(shè)計(jì)研發(fā)周期速度加快、研制成本降低和質(zhì)量要求提高，要求型號(hào)研制過程實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化信息傳遞�？傮w設(shè)計(jì)必須從單機(jī)及整星建模方式、計(jì)算機(jī)的硬件和軟件入手，及時(shí)了解型號(hào)研制模型狀態(tài)，選擇市場(chǎng)上合適的軟硬件進(jìn)行配套升級(jí)，為型號(hào)研制提供保障。
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