产品创新数字化峰会有奖征文:基于MSC.SimManager的航天器机构设计分析门户技术研究
1 概述
近年来由于航天器构造日益复杂，功能不断增多，需要采用各种机构来完成航天器的多种任务，机构已经成为现代航天器中必不可少的重要组成部分。目前在航天器机构的研制中已大量采用CAD/CAE技术，不仅大大提高了设计质量、而且缩短了设计周期、减少了试验成本。但是目前航天器机构研制过程中由不同的人或部门来完成设计与分析工作，存在模型和数据交接、结果等待和评判等过程，造成了整个设计流程的不畅通。同时由于在方案设计阶段往往缺乏足够的设计分析参数无法进行充分的仿真分析。因此如何整合这些与航天器设计分析相关的技术资源，开发数字化的设计分析门户系统，使之充分发挥创新设计的能力，从而快速、高效地完成产品的方案设计已成为当前迫切需要解决的问题。
目前针对企业型号产品的研发流程软件的开发成为当今数字化技术研究的热点，许多CAE软件公司开发了各种开放性应用开发平台，用来构建了系统集成和设计仿真协同环境，而且可以实现各种型号产品或者系统的专用研发平台开发。其中MSC公司开发的Si
但是CAE公司推出的各种集成设计分析平台都是用于软件开发的框架，均需要根据具体产品的特点进行大量的二次开发和定制工作。例如航天器机构的设计生成的是三维实体模型，而有限元分析模型大量采用的是梁和板壳单元，这种情况下如何保证CAD/CAE模型的一致性是不能很好的解决的技术难题。本文根据航天器机构产品的特点和要求，基于Si
2 门户的基本概念与要求
2.1 门户的基本概念
门户（portal）一词源自于中世纪拉丁语portale（城门），一般指大门和入口。在互联网时代，一般而言，门户是将上下文相关信息、应用程序和服务合并在一起的Web站点，门户对提供给用户的复杂多样的信息和服务进行提炼，简化为一个满足用户需求和利益的单一界面[2]。建立数字化设计分析门户的意义在于为设计师提供访问所需信息的单一入口，只要在本地计算机打开浏览器，访问门户网站，完成一次用户验证，即可访问到自己工作所需的各种信息资源和工具软件。
2.2 航天器机构设计分析门户的基本要求
根据航天器机构产品研制的流程和特点，对于机构设计分析门户开发需满足如下要求:
1)完整性。应能全面支持机构产品方案设计的主要工作环节，使设计师在系统提供的集成环境下完成机构产品的主要设计分析工作，例如三维虚拟装配、模态分析、展开动力学分析等功能。
2)多样性。必须适用于不同卫星平台的机构产品，机构型谱库应包含尽可能多的零部件，设计平台应支持多种不同的设计分析方法。
3)可扩充性。应保证较好的可扩充性，能不断对系统进行扩充，适应新的机构类型，吸取新的设计理论和设计方法，保持系统有较好的适应性和旺盛的生命力。
4)可验证性。应利用计算机的仿真和分析功能，实现对复杂设计结果的正确性验证，并采用较为清晰直观的形式提供验证结果，保证设计者能准确评价设计结果。
5)简便性。系统应尽可能追求使用的简便性，采用基于Web的普遍访问方式，设计师不需下载客户端程序，也不需任何插件，最大程度地提高设计和研究效率，使系统更好地发挥作用。
6)安全性。支持门户访问的安全控制，一次登录用户一次登录可以访问权限范围内的所有资源。
3 机构设计分析门户总体方案
3.1 系统开发目标
基于仿真数据管理软件—MSC.Si
3.2系统应用层构架设计
由于航天器机构构型复杂，零件繁多，因此按照机构部件在产品中的相互位置关系、所起的作用和实现的功能分为多个相对独立的部件，并按照型谱类型把每种部件的关键设计参数信息存储在数据库中，在设计时可以选择不同型谱的部件进行组合设计，程序按照预先定义好的拓扑关系自动组合装配。该门户系统系统运行需要基于三个支撑数据库，分别为设计信息数据库、分析信息数据库和三维模型数据库。机构的零部件三维参数化模型根据产品的型谱存储在三维模型数据库中，每种零部件对应的设计分析信息也存储在数据库。门户系统包含若干个模块：设计向导模块，三维设计模块（例如Pro/E)、有限元分析模块（例如Patran）等，同时把强度分析、多体动力学分析、可靠性预计和静力矩裕度计算等功能封装并集成，整个系统的应用层构架如图1所示[3]。各模块和应用使用挂入式结构，可采用了不同的工具和技术，最后通过SimManager将其有机地集成在一起。随着新技术的发展和相关专业的扩充，可以根据需要在现有模块基础上进行扩充完善，添加新的设计分析功能。
图1 门户系统应用层构架设计
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