起落架作為飛機(jī)重要的承力且兼具操縱特性的部件，在飛機(jī)起飛、著陸、滑行和地面停放過程中承擔(dān)關(guān)鍵角色盯。在起落架設(shè)計中，面臨著諸多挑戰(zhàn)，如在起落架設(shè)計的不同階段，接口參數(shù)需與主機(jī)進(jìn)行多輪協(xié)調(diào)和反復(fù)修改，使設(shè)計方案不斷變化；起落架設(shè)計單位之間、設(shè)計與制造單位之間人員和資源多地布局，技術(shù)和信息需頻繁進(jìn)行交互和協(xié)作；起落架系統(tǒng)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及工藝因素繁多，關(guān)鍵參數(shù)受制于試驗結(jié)果，研制周期緊張等。面對上述挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的以單機(jī)單用戶為核心的數(shù)字化設(shè)計方法已阻礙了現(xiàn)代飛機(jī)起落架設(shè)計的發(fā)展。

因直觀、高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點，三維協(xié)同設(shè)計已在水利水電工程設(shè)計和航空器設(shè)計領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文以公司基于ENOVIA VPM開發(fā)完成的飛機(jī)起落架設(shè)計協(xié)同系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺，通過人員組織權(quán)限管理，鎖機(jī)制、權(quán)限傳送控制等安全機(jī)制，利用關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)、基于模型的定義技術(shù)和設(shè)計復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)某型飛機(jī)起落架的三維協(xié)同和并行設(shè)計，為現(xiàn)代飛機(jī)起落架設(shè)計提供了有效的新方法。

協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)

1.統(tǒng)一數(shù)據(jù)源

傳統(tǒng)基于單機(jī)CAD工具的飛機(jī)起落架數(shù)字化設(shè)計，數(shù)據(jù)離散地分布于各設(shè)計員的計算機(jī)中，使用時各專業(yè)間數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬟f，間接引用（如圖1所示），不僅效率低下，而且準(zhǔn)確性和一致性難以保證。基于ENOVIA VPM的飛機(jī)起落架設(shè)計協(xié)同系統(tǒng)提供了“電子倉庫(Vauit)+數(shù)據(jù)庫(DB2)”的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源存儲和管理機(jī)制，各相關(guān)專業(yè)設(shè)計人員通過統(tǒng)一的客戶端登陸系統(tǒng)，基于同一服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)源的唯一性和共享性，而且可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，為典型的C/S架構(gòu)，服務(wù)器端電子倉庫（Vault)存儲物理文件數(shù)據(jù)，包括幾何模型文件和文檔數(shù)據(jù)等，而數(shù)據(jù)庫(DB2)存放數(shù)據(jù)對象的屬性信息和前述物理文件的索引信息。

圖1 基于單機(jī)CAD工具的飛機(jī)起落架設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞

圖2 基于ENOVIA VPM的飛機(jī)起落架設(shè)計協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

2.數(shù)據(jù)安全性保障

統(tǒng)一數(shù)據(jù)源帶來數(shù)據(jù)讀寫風(fēng)險，通過人員組織權(quán)限管理、鎖機(jī)制和權(quán)限傳送控制保證了數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定。

2.1 人員組織權(quán)限管理

飛機(jī)起落架設(shè)計協(xié)同系統(tǒng)中的人員組織包含項目、組織、角色和人員4大元素，可以分別進(jìn)行權(quán)限控制。項目、組織、角色3項形成一個上下文，每位設(shè)計員可用不同上下文登陸系統(tǒng)進(jìn)行工作。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)對象的操作和訪問權(quán)限主要包括：創(chuàng)建、刪除、瀏覽、修改、傳送所有權(quán)、加鎖/解鎖、升級/降級等，權(quán)限管理機(jī)制如圖3所示。通過授權(quán)(Privilege)和遮罩(Mask)兩種方式實現(xiàn)權(quán)限控制，其主要區(qū)別在于：授權(quán)用來定義安全的對象方法（如創(chuàng)建、刪除、修改等），而遮罩用來定義安全的對象訪問（如對象屬性的可見性及訪問權(quán)限等）。

圖3 人員組織權(quán)限管理機(jī)制

2.2 鎖機(jī)制

在傳統(tǒng)飛機(jī)起落架設(shè)計過程中，數(shù)模的傳遞和修改不受限制，往往是數(shù)模所有者將數(shù)據(jù)向使用者傳遞出去的同時就失去了對其有效性和準(zhǔn)確性的控制。

而在設(shè)計協(xié)同系統(tǒng)中，無論是通過LCA客戶端對模型屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，還是通過Navigator客戶端在CATIA中直接對數(shù)模幾何形狀、鏈接、實例位置等進(jìn)行修改，必須首先對該模型進(jìn)行鎖定。只有被鎖定的數(shù)據(jù)對象，其修改才會被保存進(jìn)VPM數(shù)據(jù)庫；而被所有者鎖定的數(shù)據(jù)，其他人員僅可瀏覽無法修改，這避免了對同一數(shù)據(jù)的同時寫入風(fēng)險。

2.3 權(quán)限傳送控制

權(quán)限傳送功能允許數(shù)據(jù)對象所有者將所有權(quán)傳送給其他人員，這些數(shù)據(jù)對象包括：零部件參考、零部件實例、文檔和技術(shù)包。通過權(quán)限傳送控制，主任設(shè)計師可以首先創(chuàng)建完成產(chǎn)品部件結(jié)構(gòu)樹，然后將不同部件的權(quán)限傳送給相應(yīng)主管設(shè)計人員，各設(shè)計人員可以分別對自己具有所有權(quán)的產(chǎn)品同時進(jìn)行設(shè)計并保存進(jìn)VPM數(shù)據(jù)庫，并行工作，互不干涉。

協(xié)同設(shè)計方法

1.基于骨架的關(guān)聯(lián)設(shè)計

關(guān)聯(lián)設(shè)計是一種創(chuàng)建產(chǎn)品與其上下文中零部件之間幾何鏈接關(guān)系，管理產(chǎn)品設(shè)計生命周期過程中因果聯(lián)系的技術(shù)，它改變以往通過尺寸驅(qū)動、裝配約束零部件自底向上生成產(chǎn)品的方法，轉(zhuǎn)而采用先建立產(chǎn)品總體站位和布局的點、線、面（即骨架模型）后通過骨架模型約束和驅(qū)動零部件形狀和位置的自頂向下的方法，從而實現(xiàn)骨架模型的更改直接帶動零部件形狀和位置的更新。通過關(guān)聯(lián)設(shè)計，可以在進(jìn)行數(shù)模修改之前就提前預(yù)估其原因和影響，提前評估修改代價，縮短開發(fā)時間。

基于骨架的關(guān)聯(lián)設(shè)計優(yōu)化了起落架設(shè)計過程中各專業(yè)室之間的協(xié)作模式，特別是在方案設(shè)計階段信息和參數(shù)多變的情況下，將設(shè)計員各自為戰(zhàn)、口頭協(xié)調(diào)的設(shè)計過程轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一基準(zhǔn)（即依賴于關(guān)鍵參數(shù)的骨架模型）、流程化和層次化的設(shè)計過程，提高了設(shè)計效率。

2.基于成熟度的生命周期控制

基于成熟度的生命周期控制是并行工作界面劃分的基礎(chǔ)，為不斷迭代的多專業(yè)協(xié)同關(guān)聯(lián)設(shè)計變更提供了規(guī)范機(jī)制。根據(jù)飛機(jī)起落架設(shè)計業(yè)務(wù)基本流程，將不同專業(yè)工作劃分為若干級成熟度，并對相應(yīng)成熟度的權(quán)限和檢查機(jī)制進(jìn)行定義，如MA4代表確定材料，MA7凍結(jié)后無法修改數(shù)模。

3.基于模型的定義技術(shù)

隨著三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，基于模型的定義(Model Based Definition，MBD)技術(shù)被廣泛采用。MBD是指由精確幾何實體、相關(guān)3D幾何、3D標(biāo)注及屬性構(gòu)成的數(shù)據(jù)集定義的完整的產(chǎn)品定義。

在飛機(jī)起落架三維協(xié)同設(shè)計過程中，通過MBD技術(shù)可實現(xiàn)對產(chǎn)品特征的數(shù)字化描述和共享，以滿足設(shè)計和制造信息直接傳遞的需求，使基于數(shù)字化平臺的協(xié)同設(shè)計成為可能。

4.設(shè)計復(fù)用技術(shù)

起落架設(shè)計常采用工藝成熟的材料，如大量選用HB、GJB等標(biāo)準(zhǔn)件，優(yōu)先選擇其他型號產(chǎn)品在用的成品件，以滿足航空產(chǎn)品高可靠性和嚴(yán)格的壽命要求。為減少重復(fù)建模工作量，提高材料、標(biāo)準(zhǔn)件及成品件數(shù)據(jù)一致性，應(yīng)采用設(shè)計復(fù)用技術(shù)建立和維護(hù)起落架設(shè)計用材料庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫和成品件庫。

材料庫的創(chuàng)建直接使用CATIA自帶的“材料庫(Material Librarry)”命令，創(chuàng)建CATMaterial類型的文件，新建和編輯相應(yīng)的系列(Family)和材料屬性，并保存至VPM。標(biāo)準(zhǔn)件庫和成品件庫的創(chuàng)建和維護(hù)均使用“目錄編輯器(Catalog Editor)”命令，創(chuàng)建相應(yīng)的catalog類型文件并保存至VPM；標(biāo)準(zhǔn)件庫創(chuàng)建采用設(shè)計表進(jìn)行參數(shù)化和系列化設(shè)計。

應(yīng)用實例

將本協(xié)同設(shè)計方法應(yīng)用于某型飛機(jī)起落架設(shè)計。

1.人員組織權(quán)限創(chuàng)建

根據(jù)某型飛機(jī)起落架設(shè)計流程，在系統(tǒng)默認(rèn)角色和上下文基礎(chǔ)上，建立兩類角色：數(shù)據(jù)管理員(SJADM)和設(shè)計員(DESIGN)。

2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

按照某型飛機(jī)起落架功能及結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)構(gòu)型管理規(guī)定，創(chuàng)建產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)如圖9所示。根據(jù)各專業(yè)業(yè)務(wù)分工，總體、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、控制等相關(guān)專業(yè)設(shè)計人員可選擇產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)中各自上下文進(jìn)行協(xié)同工作。

3.資源庫創(chuàng)建

創(chuàng)建了包含螺栓、密封件、軸承、充氣嘴、機(jī)輪、輪胎等在內(nèi)的飛機(jī)起落架設(shè)計常用標(biāo)準(zhǔn)件及成品件資源庫。

4.關(guān)聯(lián)設(shè)計

依據(jù)建立的起落架總體布局骨架，創(chuàng)建并豐富前、主起骨架，基于骨架模型進(jìn)行前主起落架關(guān)聯(lián)設(shè)計。

結(jié)論

根據(jù)飛機(jī)起落架設(shè)計依賴主機(jī)接口、方案多變、異地協(xié)同、研制周期緊張的特點，以基于ENOVIA VPM開發(fā)完成的飛機(jī)起落架設(shè)計協(xié)同系統(tǒng)為平臺進(jìn)行了三維協(xié)同設(shè)計方法研究，并成功應(yīng)用于某型飛機(jī)起落架設(shè)計：

(1)創(chuàng)建人員組織并賦予角色，通過權(quán)限控制，實現(xiàn)兩類角色（數(shù)據(jù)管理員和設(shè)計員）不同的操作流程和權(quán)限功能；

(2)根據(jù)飛機(jī)起落架的構(gòu)型管理特點，創(chuàng)建了扁平化的起落架產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)，利于不同專業(yè)設(shè)計人員并行設(shè)計；

(3)創(chuàng)建飛機(jī)起落架設(shè)計常用標(biāo)準(zhǔn)件庫和成品件庫，一次建立，長期使用，提高了建模效率；

(4)嚴(yán)格按照起落架系統(tǒng)接口控制文件要求，創(chuàng)建起落架骨架模型，并基于骨架模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)了飛機(jī)起落架設(shè)計的自頂向下和自底向上的結(jié)合。

研究結(jié)果表明，基于ENOVIA VPM的飛機(jī)起落架協(xié)同設(shè)計，提高了研制效率，為現(xiàn)代飛機(jī)起落架設(shè)計提供了便捷和有效的技術(shù)手段。