火箭部段总装对接应用自研设备实现数字化

王沛琳 陈世奎 孙明伟

摘要 本文基于数字化背景下，针对火箭总账的对接应用设备进行研究，在论述中文章首先针对目前我国在火箭部段总装对接工作上所取得一些成就进行探讨，最后就如何通过数字化手段实现火箭部段总装的对接，提升火箭的安全性能提出了一些自己的思考和见解，为推动我国运载火箭的发展提供一定的帮助。

【关键词】火箭装置 部段总装 自研设备 数字化

1 基本现状

现如今，随着我国的改革开放，与外交流也频繁起来，我国也接受了很多国外先进的科学关键，再加上国家在科技领域上投入的资金越来越多，所以我国的科技实力也己肉眼可见的速度增长着。但是由于我国对火箭的研究，起步较晚，所以在很多地方都赶不上发达国家。可是我国从来没有放弃，一直努力钻研，赶超跨越，日前中国航天科技集团公司所属天津航天长征火箭制造有限公司，攻克了大型运载火箭数字化总装对接技术这一难题，实现了运载火箭部段总装对接从“手动模式”向“数字化模式”的跨越。

“十、九、八……，点火！起飞！”每一架火箭的升起，都伴随着熟悉的倒数声，我国目前对于运载火箭的大部段总装对接工作，依旧沿用传统的“目视、人喊、手工推”这三步。但是通过人用肉眼观察调整度，本来就存在一定的误差，其次在声音进行传递的过程中还会有几秒钟的误差，最后多人进行一起调整，共同进行手工推动对接，这样一来所以难免会有误差，我们对此也应该进行适当改进。

长征五号系列火箭芯级直径由现役火箭的3.35米增加到5米，最大燃料贮箱长度由现役火箭的10米增大到20米，质量重达5吨。直径和质量的增大直接导致火箭装配难度的增加。直径增加使得产品高度增加，通过目测方法难以准确判断调整量;多人操作使得人为差异较大，实现同步非常困难;质量增加导致手动调整环节强度增加。

现在来看，数字化总装对接技术是国内外都进行大力研究，并急于熟练应用的一项技术。数字化总装对接技术是基于对接装配工艺所形成的新技术，由计算机、数字化、自动化控制等多个高新科技技术综合而成，现在像以美国为首的一些发达国家已经实现了在火箭装配中的工程应用。我国的沈阳、成都等地的飞机制造厂也对此技术进行了投入建设。

2 我国火箭部段总装对接应用的数字化实现路径

2.1 建设目标与核心思想

数字化运载火箭体系建设的目标包括以下几个方面：

（1）构建以数字样机贯穿全生命周期的一体化运载火箭，创新研制模式转变，打造基于数字化技术的运载火箭研制流程与模式;

（2）瞄准未来运载火箭核心能力需求，配套建设数字化设计、仿真、试验与制造平台;

（3）实现背景型号预先研究的小回路多学科闭环设计和原理样机的验证能力，提升低成本、高可靠、快响应、多用途运载火箭的研制水平;

（4）对运载火箭的数字化建设，实现一个系统化的设计，将各单元综合起来，实现单元的最优利用率，争取让运载火箭整个流程都可以是数字化的研制与管理;

（5）运载火箭对未来的目标就是：1进行设计的时候，可以快速优化;2可以进行仿真实验;3.在进行试验的时候，团队严格且高效，尽量减少失误;4.可以大批量的生产，实现短时间内制造出最多的优质品;5.对整个流程除了单独管理以外，还要进行综合性管理，将所有的项目都控制在一个大框架里。6.争取实现数字化运载火箭体系建设。

2.2 我国火箭部段总装对接数字化实现的路径

研制业务模型、产品行为模型和产品工程模型这三部分，构成了数字化运载火箭的主要框架体系。本文以此为基点，通过对运载火箭不同层次，不同角度的研制活动，进行了其开展方式的综合探讨。运载火箭的整体研制是非常繁琐复杂的，并不是说可以由哪一个部门或者科研小组就可以单独完成的，研制流程是由所有的业务板块综合形成的，但是虽然综合却又形成单独的个体，由于每一个版块都代表着运载火箭的不同内容，所以每一个业务模块中，又单独定义着该模块的工作内容、输入输出要求、执行部门、所需遵从的标准规范等信息。

在进行一个系统设计的时候，除了做出设计方案以外，最重要的就是产品行为模型的构建，也可以说，想要体现一个人的专业能力，就看他的产品行为模型做的是否符合设计方案，且是否和运载火箭的理念相契合。并且，如果想要完成能力单元的构建，就要采用先进的数字化技术和手段，这就必然要求采用行为建模的方式，所以说产品行为模型也是完成各类业务模块的能力单元的集合。

产品行为模型（即能力单元）受研制业务流程驱动，可以生成各類产品工程模型。通过在研制业务模型中对研制业务流程进行分析，针对研制过程中的瓶颈和重点业务节点，梳理业务节点输入输出格式，分析现有的业务执行工作流程，引入数字化技术，优化设计过程，建立数字化设计能力单元，减少设计师的重复劳动，实现快速、高质量设计。

3 结束语

综上所述，我国目前已经完成用于首飞的长征五号运载火箭一级氢箱、一级箱间段和一级氧箱的数字化总装对接工作，这标志着我国实现了运载火箭部段总装对接从“手动模式”向“数字化模式”的跨越，大型运载火箭数字化总装对接技术这一难题的攻克，并且此次对接是天津火箭公司自主研制的数字化总装对接装备首次应用于产品正式总装，也大大缩短了我国和发达国家的航宇公司之间的差距，打破了我国传统的运载火箭制造模式，使其“更上一层楼”。它最大程度地减少专用装配、定位、检验等工具的使用，减少人工操作过程，全面提升运载火箭总装过程中的测量精度、定位精度和对接精度，提升火箭总装效率和自动化水平，为提升火箭产品装配质量，为重型运载火箭技术积累奠定坚实基础。

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