资源一号02D卫星星上管路设计方法

吴蓓蓓 张宏宇 郝刚刚 周辉 余快 蔡亚宁 王刚 陈海峰 张军

(1 中国空间技术研究院遥感卫星总体部，北京 100094)(2 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)(3 北京华易卓成科技有限公司，北京 100011)

随着数控弯管技术在卫星管路制造中使用越来越广泛，卫星管路三维数字化模型开始逐渐取代传统图纸来传递管路系统生产及焊装信息。基于Pro/E的管道模块可以实现基本管道布局和实体化设计，但是由于管路系统设计工作的复杂性，管路系统设计整体效率低下。推进系统管路设计影响到贮箱、推力器布局、星表布局等重要内容，需要先期开展并且迭代更改量巨大，而整个过程单组元推进系统需要30天·人，双组元推进系统需要45天·人，难以满足日益紧张的卫星任务研制需求。

当前船舶管路系统设计领域均已经有了较完善的软件增效模块[1-6]，卫星推进系统管路设计通过三维管道走向、焊缝自动设计、模型三维标注、物料清单(BOM)输出等，一定程度提高了管路数字化水平[7]，但管路自动化设计程度仍然较低，需要大量人工导管连接和路径调整，设计效率亟待提升，本文结合卫星推进系统管路研制的特点，提出了一种基于原理图驱动的资源一号02D等遥感卫星管路智能设计方法，通过顶层推进系统原理驱动卫星管路系统快速设计，结合管路系统专家库构建，构建高效、智能的卫星管路快速设计软件系统。

1 原理图驱动的管路智能设计方法

典型卫星管路系统设计过程和对周期如表1所示，一个新管路系统的布局设计需要经历管路原理图分析(布局初步设计)、管路三维走向设计、直属件设计、焊缝标注、管路设计检查、管路焊装模型送审、物料信息导出等步骤，其中管路布局和三维走向设计、直属件设计和管路设计检查占用整个管路设计过程近2/3的工作量，而且人工依赖程度高，精确度差，依管路设计师经验差异设计水平也有所不同。

本文所提出的原理图驱动的管路智能设计方法，通过规范化的管路系统原理图，解析生成表单自动进行卫星管路系统的连接走向设计，结合管路系统专家库构建，将顶层需求与三维模型设计直接互联，取代原卫星管路系统中原理识别、模型转化过程，同时反向将管路三维模型与管路原理图对比，实现管路走向设计自动检查复核，减少人工参与，大大提高设计效率和设计精度，如图1所示。

表1 典型卫星管路系统设计过程和周期Table 1 Design process and cycle of typical satellite piping system

该管路智能设计方法包含管路原理图解析、管阀件快速布局、管路智能走向设计、管路设计智能检查共4个步骤：

1)管路原理图解析

管路原理图解析包含3个执行步骤：①预先通过建立模型库，在原理图的管路组件中预置接口关信息；②通过原理图的绘制过程建立管阀件之间的连接逻辑关系；③通过读取原理图中图形属性、连接关系信息，形成可扩展标记语言(XML)文件用于存储逻辑信息。

可通过对卫星推进系统产品归纳，在阀体、管路等图例中预先制定常用属性信息，如入口、出口、管径，介质等属性信息，建立卫星推进阀体、管线、管路交叉图例库(如图2所示)，实现管路原理图的快速编制。

2)管阀件快速布局

管路系统三维设计，首先应进行阀体设备的建模和布局，卫星推进系统阀体设备多为带支架的异形设备，但一般为产品化产品，星上安装支架及固定方式基本一致，卫星管路系统的原理也大同小异，部分模块甚至大部分推进系统的原理基本一致，只是布局区域或应用卫星平台有所差异，所以管阀件建模一般以复用的方式实现，人工完成效率低下。因此，管路智能设计通过对卫星推进管路系统中被2个以上卫星使用的管阀件支架组合、管阀件标准组合归纳梳理(如图3所示)，建立常用布局模型专家库并进行统一管理，供管路布局设计时选择并快速装配使用来提高设计效率[8]。

3)管路智能走向设计

传统卫星管路走向设计需要人工解析管路原理图识别管路连接起始端点，并且空间管道路径连接一般需要多次路径延伸、折弯、连接形成，操作繁琐调整困难，原理图驱动的管路智能走向设计可以依据原理图自动检查匹配模型并实现管路路径快速连接和快速调整，具体步骤如下。

(1)阀体设备三维模型准备和管路连接关系准备：指在Pro/E系统中对照原理图产品配套对管路系统所需的三维模型存在缺失情况进行检查，并通过管道原理图解析得到管路连接关系，为下一步自动管路布局设计提供依据。

(2)管路路径快速连接和调整：管路路径快速连接指按照解析管路原理图，实现管道路径的快速互连；管路路径快速调整指在管路设置管路走向主路径点(可为管路支架，也可为穿舱管道设计点位)，控制管路自适应布局在管路系统所在的舱板或柱形筒上，并可以通过倒角、偏移、折弯、角度调整功能快速对管路连接路径进行调整。

图3 通用管阀件组合Fig.3 Pipe valves combinations in common use

(3)管路设计智能检查包含以下功能：①管路连接正确性检查，依据原理图，对管道连接关系的正确性、管道外径参数和阀体设备极性检查。②管路直管段长度检查，对所有导管直管段长度统计计算并进行长度检查。③管路间距计算统计，对所有导管间间距统计计算。④管路长度折弯数对比，针对双组元推进系统，贮箱连接管道的对称性要求，对与选定导管进行管路长度和折弯数对比。⑤X光正交双向透照排查，所有焊缝X正交双向透照视场干涉物检查，不符合的高亮显示。

通过程序遍历访问相关对象并读取管路加工参数，并结合特定算法分析数据判断设计是否符合生产标准，代替人工检查，既能降低管路设计的错误率，又可提高管路设计师的工作效率。

2 设计实现与验证

2.1 设计实现

按照上述方法和实现步骤，利用C++语言二次开发实现原理图解析生成解析表格，利用三维设计软件与XML的接口及其二次开发功能，在管路三维设计中实现解析后管路原理图的打开、编辑和保存以及三维模型匹配检查和设置。开发功能实现管路阀件快速布局、管路智能走向设计和管路设计智能检查功能[9-10]，结合管路系统专家库，构建从顶层原理图驱动的卫星管路快速设计软件系统(如图4所示)，其中管路系统专家库包含阀体及组合库、阀体支架库、管路连接件库和管路支架库，具体如图5所示。

图5 管路系统专家库Fig.5 Expert database of piping system

2.2 应用验证

资源一号02D卫星应用卫星管路快速设计系统进行设计，依次进行管路原理图解析、管阀件快速布局、管路智能走向设计和管路设计检查(如图6～图7所示)。经验证，应用该管路快速设计系统可以显著提高设计效率，设计投产周期减少一半，如图8所示。

图6 原理图解析示例Fig.6 Example of digital analysis of schematic diagram of propulsion system

图7 管路智能走向设计示例Fig.7 Example of automatic connection design of pipeline

图8 本文方法相对传统方法增效对比图Fig.8 Efficiency comparison using method in this paper with traditional method

3 结束语

结合卫星推进系统管路研制的特点，提出了一种原理图驱动的卫星管路快速设计方法，构建了卫星管路快速设计系统框架，并以此为基础开发了相应的软件系统，经资源一号02D卫星应用验证，可缩短管路设计周期，充分保证设计正确率，为面向基于模型的系统工程实施夯实基础。鉴于本方法在项目前期良好的应用效果，后续可以在其他卫星研制中推广应用，以提升卫星管路系统研制能力。