基于標準知識應(yīng)用的戰(zhàn)車設(shè)計開發(fā)平臺

馬張健 曾遠帆 居閩 趙文俊 孔超

（上海機電工程研究所， 上海， 201109）

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展， 防空導彈戰(zhàn)車作為防空導彈武器地面裝備的重要組成部分， 正朝著高集成、 小型化、 模塊化和通用化方向發(fā)展。 戰(zhàn)車的組成越來越復(fù)雜， 集成度越來越高， 功能越來越強大。 隨著我國武器裝備競爭性采購模式推廣和軍民共用逐漸深化， 戰(zhàn)車產(chǎn)品研制周期不斷縮短， 且設(shè)計方案迭代更新頻繁。 因此快速、 高效的產(chǎn)品設(shè)計手段顯得越來越重要。

民用汽車、 飛機[1-4]的研制過程中注重標準化與設(shè)計過程的融合以提升工作效率； 利用多種數(shù)字化工具實現(xiàn)符合標準要求的快速設(shè)計； 在設(shè)計平臺中嵌入標準知識規(guī)范設(shè)計過程， 這些都可以成為提升產(chǎn)品快速設(shè)計水平和質(zhì)量的重要手段[5-9]。

1 設(shè)計標準化的主要內(nèi)容

1.1 設(shè)計流程

設(shè)計流程的標準化主要是指規(guī)范設(shè)計過程， 使復(fù)雜的事情簡單化， 提高員工的工作效率； 使接替工作順利化， 有利于新員工的培養(yǎng)， 并降低員工犯錯的概率； 使工作分工更優(yōu)化， 職責更明確， 各部門溝通更順暢； 規(guī)范管理過程， 保證產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

1.2 零部組件設(shè)計

零部組件設(shè)計的標準化主要是指通過對一些通用的零部組件進行標準化、 通用化設(shè)計， 建立各種符合標準的通用零部組件庫， 以達到縮短設(shè)計周期、 提升加工工藝性、 提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的目的。

1.3 設(shè)計接口

設(shè)計接口標準化主要是通過對產(chǎn)品之間或零部件間的接口、 典型特征進行標準化、 通用化設(shè)計，使得不同產(chǎn)品或零部件間實現(xiàn)快速對接或互換。

1.4 設(shè)計標準應(yīng)用

設(shè)計過程離不開各種規(guī)范、 標準的運用。 從國家標準、 國家軍用標準、 行業(yè)標準到企業(yè)標準， 標準規(guī)范的使用可以有效降低設(shè)計過程中的差錯， 更能減少由此帶來的設(shè)計反復(fù)。

2 防空導彈戰(zhàn)車快速設(shè)計平臺的建立

開發(fā)一個基于標準化知識應(yīng)用的快速設(shè)計平臺， 可以將標準化與設(shè)計過程相結(jié)合。 設(shè)計師可以在防空導彈戰(zhàn)車設(shè)計過程中嚴格遵守標準化的要求， 同時將標準化的要求貫徹進每一研制階段的設(shè)計工作中， 前一階段的設(shè)計工作通過審查后方可開展下一階段的設(shè)計工作。 在設(shè)計全流程中， 不斷將總結(jié)出的設(shè)計經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為知識， 形成相關(guān)標準規(guī)范， 補充進設(shè)計平臺中， 形成 “標準指導設(shè)計—設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)—形成新標準” 的良性循環(huán)。

2.1 設(shè)計流程的嵌入

戰(zhàn)車作為導彈武器系統(tǒng)地面裝備， 它的設(shè)計和研制過程已經(jīng)相當規(guī)范。 國家軍用標準 《武器裝備研制項目管理》 中明確規(guī)定地面設(shè)備研制流程主要分為論證、 方案、 工程研制和設(shè)計定型等4 個階段。 先根據(jù)對應(yīng)的標準規(guī)范要求梳理出各階段審查的要素， 并將對應(yīng)的審查要素植入設(shè)計平臺， 設(shè)計過程中均需按相關(guān)標準規(guī)范要求進行審查， 每條要素均滿足要求后當前階段的審查才可通過， 然后進入下一階段設(shè)計工作。 審查要素的制定需充分考慮產(chǎn)品的階段、 難易性、 重要性， 因此應(yīng)分級、 分類實施審查。 通過設(shè)計審查制約機制的建立和完善， 克服設(shè)計工作的隨意性， 有效保證產(chǎn)品質(zhì)量， 減少設(shè)計返工帶來的人力、 物力和時間浪費。

a） 論證階段

可行性論證階段主要是根據(jù)武器系統(tǒng)提出的作戰(zhàn)使用性能和要求， 分析戰(zhàn)車的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標及可能的方案。 該階段需要分析國內(nèi)外同類裝備的在役和在研現(xiàn)狀、 技術(shù)水平等。 因此快速設(shè)計平臺中收集了很多國內(nèi)外同類裝備的相關(guān)信息，可供論證參考。 本階段主要審查戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標是否合理可行。

b） 方案階段

方案設(shè)計階段主要根據(jù)論證階段提出的戰(zhàn)車戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標進行方案設(shè)計。 該階段可以通過查閱同類產(chǎn)品模型集、 同類產(chǎn)品質(zhì)量案例集等相關(guān)文件， 充分了解原有防空導彈戰(zhàn)車結(jié)構(gòu)或類似防空導彈戰(zhàn)車結(jié)構(gòu)在實際制造、 裝配以及使用過程中存在的功能性能、 實用性、 工藝性、 可靠性、安全性、 維修性、 經(jīng)濟性等方面的問題， 結(jié)合相關(guān)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標提出可能的設(shè)計方案， 并組織相關(guān)人員進行討論、 研究和審查。 本階段主要審查設(shè)計輸入是否正確、 設(shè)計方案是否能夠滿足功能性能指標的要求、 對外接口是否匹配、 產(chǎn)品組成是否合理。 審查通過后選定設(shè)計方案。

c） 工程研制階段

工程研制階段以通過審查的設(shè)計方案為依據(jù)， 完成戰(zhàn)車的總體設(shè)計、 組件、 部件和零件設(shè)計。 在工程研制過程中， 除了能結(jié)合不同的設(shè)計內(nèi)容推送相關(guān)標準和符合標準規(guī)范的產(chǎn)品和零部件模型外， 設(shè)計師也可以自行查閱平臺中的各專業(yè)設(shè)計手冊、 防空導彈戰(zhàn)車設(shè)計指南、 質(zhì)量管理體系文件、 材料手冊、 設(shè)計工藝性手冊等文件。設(shè)計完的戰(zhàn)車需要進行結(jié)構(gòu)仿真計算和設(shè)計優(yōu)化， 該部分計算和優(yōu)化的模塊均依據(jù)相關(guān)標準要求進行軟件實現(xiàn)， 最后依據(jù)審查要素進行設(shè)計審查。 本階段主要審查設(shè)計輸入是否正確、 是否能夠滿足功能性能指標的要求、 對外和對內(nèi)接口是否匹配、 產(chǎn)品組成是否合理、 關(guān)鍵技術(shù)問題是否有效解決、 通用質(zhì)量特性設(shè)計是否充分、 元器件和原材料選用是否合理、 技術(shù)狀態(tài)是否明確、 風險分析與控制是否合理、 舉一反三經(jīng)驗是否落實、 數(shù)據(jù)包策劃是否全面等要素， 審查主要依據(jù)標準、 規(guī)范、 手冊、 指南、 管理文件等準則。 審查通過后才能進行產(chǎn)品生產(chǎn)和制造。

d） 定型階段

根據(jù)工程研制階段樣機在試驗、 使用和鑒定過程中暴露的技術(shù)問題進行設(shè)計修改、 優(yōu)化和完善， 確定最終的設(shè)計狀態(tài)。 該階段主要是進行設(shè)計完善和復(fù)核復(fù)算。 設(shè)計改進過程應(yīng)該符合標準化的技術(shù)狀態(tài)更改的要求。 同時需要經(jīng)過復(fù)核復(fù)算以及審查， 復(fù)核復(fù)算及審查內(nèi)容基本與工程研制階段相同。

2.2 典型零部組件庫的建立

根據(jù)戰(zhàn)車的結(jié)構(gòu)組成劃分成不同的分系統(tǒng)，對于外包產(chǎn)品僅需審查外形及對外接口的正確性。 對于自研產(chǎn)品必須審查外形、 接口、 特征的標注等內(nèi)容。 將符合標準化要求的成熟設(shè)計產(chǎn)品做成模型庫， 方便其他型號直接調(diào)用， 既有利于設(shè)計師的借鑒學習， 也有利于后續(xù)型號使用前面型號的成熟設(shè)計。 對于新研型號產(chǎn)品的模型經(jīng)標準化審查完后也可以加入模型庫內(nèi)。 標準件和電子元器件同樣可以加入模型庫， 方便快速調(diào)用。

2.3 設(shè)計接口庫的建立

設(shè)計接口庫主要用于規(guī)范不同產(chǎn)品、 不同分系統(tǒng)間的對接接口型式， 通常用于定義產(chǎn)品的部分典型特征， 比如花鍵、 齒輪、 槽口、 法蘭、 接插件、 唇口等特征。 使用時通過初始化部分參數(shù)， 快速導入設(shè)計特征。

2.4 設(shè)計標準庫的建立

防空導彈戰(zhàn)車設(shè)計標準庫主要包括通用標準庫和專用 （定制化） 知識庫， 如圖 1 所示。 全部文件和手冊中的內(nèi)容按設(shè)計階段重新分類和整合， 明確各個設(shè)計階段需要參考執(zhí)行的部分， 并根據(jù)相關(guān)設(shè)計標準和手冊制定審查要素。

a） 通用標準庫

通用標準庫以系統(tǒng)頂層要求執(zhí)行的法律法規(guī)、 國標、 國軍標、 行業(yè)標準、 通用設(shè)計規(guī)范為主， 涵蓋防空導彈戰(zhàn)車設(shè)計相關(guān)的通用標準和規(guī)范、 結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊、 電氣設(shè)計手冊等。

通用標準庫建立過程如下： 由設(shè)計人員收集已經(jīng)發(fā)布的戰(zhàn)車設(shè)計相關(guān)標準、 規(guī)范、 手冊等知識， 然后按照設(shè)計階段進行整理分類， 再由評審專家進行知識適用性、 全面性、 分類合理性評價， 評價通過后將相關(guān)內(nèi)容納入通用標準庫， 并實時同步更新。

b） 專用 （定制化） 知識庫

專用 （定制化） 知識庫以相關(guān)專業(yè)設(shè)計師總結(jié)的產(chǎn)品設(shè)計指南等文件為主， 更貼近具體產(chǎn)品設(shè)計細節(jié)和研制單位的實際情況， 涵蓋防空導彈戰(zhàn)車及相關(guān)分系統(tǒng)的設(shè)計指南和設(shè)計作業(yè)指導、同類產(chǎn)品集、 同類產(chǎn)品質(zhì)量案例集等。

專用知識庫的建立由設(shè)計人員根據(jù)防空導彈戰(zhàn)車的產(chǎn)品特點， 總結(jié)戰(zhàn)車設(shè)計過程中的經(jīng)驗，形成相關(guān)設(shè)計指南、 作業(yè)指導書等專用知識文件，然后由評審專家進行知識適用性、 正確性評價，同時進行專用知識文件試用， 評價及試用通過后按相應(yīng)類別納入專用知識庫， 對知識庫不斷補充完善。 亦可將形成的知識進行進一步的定制開發(fā)，提升知識在設(shè)計過程中的應(yīng)用效率。 例如使用數(shù)字化工具開發(fā)出成熟的產(chǎn)品設(shè)計模板， 將通用計算公式和仿真模型納入數(shù)字化設(shè)計平臺中。 同時，設(shè)計人員可對已經(jīng)成熟固化的設(shè)計指導文件進一步總結(jié)升級， 制定所標、 院標等標準規(guī)范， 落實共享學習， 并以此進一步規(guī)范設(shè)計過程。

3 防空導彈戰(zhàn)車快速設(shè)計平臺的應(yīng)用

戰(zhàn)車快速設(shè)計平臺中包括設(shè)計知識庫、 典型零部件庫、 接口特征庫、 復(fù)核復(fù)算模板、 仿真計算模板等等內(nèi)容。 設(shè)計平臺部分模板示例如圖2所示。

以統(tǒng)一的設(shè)計流程 “串聯(lián)” 防空導彈戰(zhàn)車快速方案設(shè)計各個功能模塊， 結(jié)合數(shù)字化設(shè)計環(huán)境， 開展相應(yīng)的防空導彈戰(zhàn)車總體布局、 分系統(tǒng)設(shè)計、 性能快速校核和仿真分析。 基于知識庫，統(tǒng)一設(shè)計手段， 實現(xiàn)對防空導彈戰(zhàn)車的標準化、產(chǎn)品化的快速方案設(shè)計、 校核和仿真驗證， 保證設(shè)計規(guī)范性和設(shè)計質(zhì)量一致性， 提升設(shè)計效率，降低設(shè)計人力成本。

戰(zhàn)車設(shè)計過程中首先分析了防空導彈戰(zhàn)車結(jié)構(gòu)任務(wù)需求， 確定了設(shè)計要求， 提出了可能的設(shè)計方案， 針對設(shè)計依據(jù)、 功能性能指標、 對外和對內(nèi)接口、 產(chǎn)品組成、 關(guān)鍵技術(shù)、 通用質(zhì)量特性、 元器件和原材料選用、 技術(shù)狀態(tài)、 風險分析與控制、 舉一反三經(jīng)驗等要素進行了方案審查，由于戰(zhàn)車部分結(jié)構(gòu)設(shè)計方案未充分考慮可加工性， 審查未通過； 然后， 設(shè)計人員對設(shè)計方案進行了優(yōu)化， 重新提交審查， 審查通過后選定了設(shè)計方案。 隨后， 進行了防空導彈戰(zhàn)車工程設(shè)計、仿真計算， 戰(zhàn)車及各部件功能性能、 機械及電氣接口、 結(jié)構(gòu)剛強度、 結(jié)構(gòu)工藝性、 環(huán)境條件等要素均滿足要求， 通過了工程設(shè)計審查； 最后， 分析了造成戰(zhàn)車設(shè)計方案初審未通過的原因， 主要是由于戰(zhàn)車的某焊接部件設(shè)計時未充分考慮可加工性， 會導致焊接可操作性差， 可能會引起焊縫不滿足設(shè)計要求的情況， 影響部件結(jié)構(gòu)強度。 設(shè)計人員對該類結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了分析總結(jié)， 形成了該類結(jié)構(gòu)設(shè)計指南， 并通過了專家審查， 補充入專用知識庫， 用于指導類似結(jié)構(gòu)設(shè)計， 避免同類問題再次發(fā)生。 通過該方法的應(yīng)用， 及時發(fā)現(xiàn)了某型防空導彈戰(zhàn)車設(shè)計中的隱患， 提高了產(chǎn)品質(zhì)量， 共享了設(shè)計經(jīng)驗。

通過該方法開展某型戰(zhàn)車方案設(shè)計， 相比以往戰(zhàn)車方案研制周期縮短了63%， 方案合理可行， 有效提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

防空導彈戰(zhàn)車的設(shè)計質(zhì)量決定著產(chǎn)品的固有質(zhì)量。 為了使戰(zhàn)車設(shè)計高效、 高質(zhì)， 提出了基于標準化知識應(yīng)用的快速設(shè)計平臺。 實踐表明： 該快速設(shè)計平臺可以將防空導彈戰(zhàn)車的設(shè)計規(guī)范要求有效落實到設(shè)計過程中， 也能將設(shè)計實踐過程中產(chǎn)生的經(jīng)驗及時轉(zhuǎn)化為知識， 達到了規(guī)范設(shè)計過程和總結(jié)設(shè)計規(guī)范的目的， 提高了防空導彈戰(zhàn)車的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量， 為航天產(chǎn)品快速、 高效地設(shè)計提供了參考。