1 引言
直属件是连接单机设备与舱体结构之间的零件，对其进行详细设计是在航天器布局完成后，且一般在航天器进入总装阶段才能安装到位，因此其机械接口的正确性及设计周期，直接影响航天器总装工作能否顺利进行。
航天器单机设备布局位置不尽相同，机械接口各异，因此直属件种类繁多，形状各异。航天器直属件传统设计方法是根据设备及舱体的机械接口信息，在脱离布局模型的状态下完成直属件的详细设计，按这种方式设计的直属件与设备及舱体之间不存在有效的动态关联。若设备及舱体机械接口发生变化，不会自动提示设计约束的改变，直属件不能及时得到更新，导致最终直属件机械接口与设备及舱体的机械接口不匹配。因此，如何实现直属件的动态关联设计，确保机械接口信息的实时传递，缩短直属件设计周期，提高设计准确性，是影响航天器总装工作的重要问题。
本文结合航天器直属件三维设计模型体系，采用自顶向下的方法，使设计层次变得更清晰，实现了边界约束信息的传递、共享、继承，从而有效解决了直属件关联设计时，设计约束信息实时、有效传递的问题，提高了设计效率和正确性。
2 直属件关联设计机械接口信息传递问题的解决途径
目前，航天器的三维模型层次从上到下分为航天器模型一舱段模型一舱段的仪器设备安装模型，如图1所示，各航天器可根据自身特点对该模型体系中每一层的规模进行扩展。
在模型体系中，“舱段I区域3设备安装模型”下面的“直属件装配总模型及顶层基本骨架”为直属件设计层次。直属件关联设计时，需要在设计顶层先构造出一个“顶层基本骨架”(Top Basic Skeleton)，随后的设计过程基本上都是在这个“顶层基本骨架”的基础上进行复制、修改、细化、完善并最终完成整个设计过程。“顶层基本骨架”成为整个关联设计过程中机械接口信息传递的纽带。该模型里面的骨架零件“顶层基本骨架”包含后续直属件详细设计所需的所有边界约束。单机设备机械接口发生变化时，对该顶层基本骨架进行更新，即可实现机械接口更改后的信息传递。在直属件详细设计时，其机械接口均与顶层骨架中的边界约束发生关联，因此单机设备机械接口的更改信息能够从顶层基本骨架中自动传递到直属件中。
“顶层基本骨架”的主要功能包括：①顶层基本骨架可以用来管理大型的装配设计，允许只读出顶层装配的骨架模型到内存中来控制整个产品的设计及变更；②顶层基本骨架可以增强零件在装配中的相互关联和依赖性，这些存在于实际装配之中的相互关系从最初的总体布局中抽取出来，构成顶层基本骨架，为子装配和零件享用；③设计变更的传递功能。
2.1 直属件关联设计机械接口信息传递过程
直属件关联设计时，采用“自顶向下”的设计模式，首先，在单机设备三维模型中通过“发布几何”将单机设备的机械接口的逻辑关系对外发布，如图1所示；其次，在舱段设备布局完成后，建立直属件装配总模型，并在该装配体下面建立顶层基本骨架零件，通过“复制几何”完成单机设备的机械接口信息收集；最后，建立单机设备直属件组件模型和骨架模型，将顶层基本骨架零件中对应的单机设备的设计约束条件（包含在发布几何中）通过“复制几何”的形式收集，并进行直属件的详细设计，整个设计过程如图2所示。如果单机设备机械接口发生变化，只要更新“直属件装配顶层基本骨架模型”及“单机设备直属件组件骨架模型”，单机设备边界约束的变化就会传递到具体的直属零件。其中比较关键的步骤是“单机设备边界约束的建立”和“直属件顶层基本骨架模型的建立”。
2.2 直属件设计边界约束的建立
为了实现直属件自顶向下的设计，必须将单机设备的机械接口信息（即直属件详细设计的边界约束条件）提取出来并进行准确地信息传递。在用Pro/E软件进行单机设备建模时，先要将设备的安装面信息（如设备安装面、安装孔径尺寸及数量等）通过“发布几何”发布出来，如图3所示，红色显示的部分即为该设备的发布几何，包含了该单机设备的机械接口信息，即“设计边界约束”。
2.3 直属件顶层基本骨架模型
每个舱段均会布局一定数量的单机设备，每台单机设备的边界约束，均在三维模型中通过“发布几何”的形式发布。为进行直属件的详细设计，需要将该舱段中所有单机设备的边界约束条件“收集”起来并统一对外发布，作为后续直属件详细设计的依据。
在直属件总装配模型下，建立直属件装配顶层基本骨架模型，通过复制几何将设备机械接口信息和舱体安装面信息复制，并通过发布几何发布，如图4所示。在XX_133-0_ZSJ.ASM下建立的XX_133-0_ZSJ_SKEL.PRT即为顶层基本骨架模型，该骨架中包含XX_133-0.ASM中需要用到的直属件的所有边界约束，其中“直属件1发布几何”、“直属件2发布几何”中包含了单机设备边界约束以及舱体安装面约束，因此设备的直属件设计所需的所有约束信息全包含在其中。
3 直属件关联设计验证
按照图1所示的直属件关联设计模型体系，在建立完“顶层基本骨架”后，在“直属件装配总模型”下建立“直属件组件1模型及骨架”，从“顶层基本骨架”将该设备边界约束条件复制进来，至此，就完成了直属件组件骨架模型的创建，可以开展后续的直属件详细设计。
图5是直属件组件1骨架中的单机设备的边界约束，包含了2个设备安装接口及设备仪器板的信息，图6是进行详细设计后的直属件组件1模型。图7是直属件组件1骨架的单机边界约束，其中一个单机设备机械接口发生变化（设备安装孔数量由4个减少为3个，安装孔位置也发生变化），导致了该直属件的装配模型和零件模型均显示为红色，如图8所示。软件会自动提示，按照更新后的单机设备安装接口进行修改。
按照本文所述的方法进行某航天器的直属件关联设计，共设计了62种直属件，出现错误的直属件仅1种，直属件的失误率降低至1.6%，所有直属件设计完成共耗时13天，按传统设计方法约耗时20天，设计时间缩短约35%。
4 结束语
综上所述，航天器直属件关联设计模式有以下特点：
(1)直属件设计边界约束都是通过骨架零件中的“复制几何”和“发布几何”进行自上而下的传递，不会出现任何差错，在建立完顶层基本骨架后，就可以开展直属件的关联设计；
(2)由于直属件设计是依附单机边界约束和舱体结构上的安装接口进行设计，直属件设计完成后会自动装配在准确位置，因此无须设计人员进行装配，设备布局位置调整后，直属件也会随设备自动同步调整；
(3)若设备机械接口参数发生变化（如孔径、孔间距等），甚至布局位置调整，对应的直属件装配模型和零件模型均会显示红色，提示直属件的设计约束条件发生改变，须按照最新的布局约束条件修改直属件三维模型，从而确保设计状态发生更改后的闭环管理。
本文在直属件关联设计过程中运用了“顶层基本骨架”方法，能够实现直属件关联设计过程中的机械接口的实时传递和自动装配，缩短了设计周期并提高了设计准确性，为航天器总装直属件的设计模式找到了一条新途径。
(审核编辑: 智汇小新)
