0 引言
随着国防实力的增强，国防科技工业的市场化改革不断深化，中国航天企业在完成国家重大专项任务的基础上开始跻身国际市场竞争中，企业内部管理精细化及转型升级的内在压力剧增，日益激烈的竞争环境已经形成。为满足日益频繁化、常态化的航天型号产品齐套交付和精细化管理需求，提高航天产品齐套交付的效率和管理水平，笔者通过合理配置系统资源、改善作业流程，以成熟先进的数字孪生系统为支撑，打造具有现代自动化交付水平的先进系统，使航天型号产品齐套交付在管理手段上迈上精细化、一体化、信息化的新台阶。
1 基于数字孪生的航天型号的数字交付平台设计
构建多层次信息融合的基于双型号的数字模型交付平台。去除不需要的部分细节要素，包含工艺参数、材料熟悉、加工过程、装配工序、装备交付、操作流程、维修保障等数字模型要素。支撑虚拟加工、虚拟装配和虚实结合的测试检验，实现高质量低成本生产；同时支撑虚实结合的性能试验，实现数字样机与实体样机的同步交付。通过采集实际生产过程的物料、工装、工艺等完整信息，建立虚实映射的产品装配的层次化模型，考虑零件几何形状、位姿约束、物理特性等相关误差状态，分析不同偏差源的累积特性，建立多偏差源的全过程偏差映射模型，开发航天型号产品数字孪生建模与装配精度分析系统，为建立基于产品实际误差状态的装配工艺过程仿真分析提供基础。平台主要包括以下系统:
1.1 制造过程数据全流程孪生系统
根据产品实物，对应具体产品编号建立全产品1:1数字孪生模型，并且包含产品生产过程中所产生的各项具体参数，达到通过数字模型，可以有效地知悉产品生产过程中各项数据，包含不限于产品环境、安装要求，时间、实际检测\测量数据、生产厂家、关键数据提醒等信息。
模型信息包含产品结构模型树，包含处理后的产品实物匹配的数字模型，根据产品生产过程中的实际检测数据，在模型内部数据一一对应进行匹配，替代掉设计模型的理论尺寸，将实际尺寸带入数字模型之中。数字装备模型可以根据每一个零件，展开相应的数据流，可以追寻到此零件的加工信息，加工人员，加工设备、原材料炉批号、加工日期，流转方式等等，数字装备模型树可以根据每个设备，展开安装信息数据流，可以体现设备生产厂商，交付时间，可以调出相应的合格证信息，，可以展开设备安装时间，安装相天数据等。数字装备模型可以做全过程质量记录数据可视化，例如不限于装备过程中紧固件力矩参数，电连接器测量参数、以及测量过程中使用的工具型号，工具编码等相关信息，全部可以有效查询。
1.2 制造过程数据采集与可视化系统
构建航天型号制造过程数据采集与可视化系统，记录装配过程重要数据，反映到数字样机上。基于CPS架构设计航天型号及其零件加工、装配工位数字孪生系统，建立加工、装配等装备与工装的数据采集流程与接口规范，将零件变生体与设备组成的资源和工艺、环境等信息为基础构造产品制造过程孪生体。在制造过程的实际数据驱动下，实现物理工位与数字孪生体的双向映射与实时交互，实现制造过程全要素和全流程的动态实时可视化监控、制造过程工艺状态和产品形性状态的精准预测。
1)实现对产品装配的过程数据、结果数据的记录；
2)实现对装配过程中几何相关数据、物理参数等影响装配质量的数据的采集和记录；
3)构建装配过程结构化数据采集模板，包括:>采集内容说明，如采集对象、采集时间、操作步骤和注意事项等；>采集设备信息，如设备的名称和型号等；>附件信息，如指导数据采集操作的图片和动画等。
4)采集装配过程中结构化和非结构化的数据、定义数据源关系，构建实时数据模型，实现数据模型与数字样机的融合，为产品数字化交付提供准确、标准的制造信息。
2 基于数字孪生的航天型号的数字交付平台管理
2.1 数字孪生系统运行
ModelOS 中的 DT 都采用统一的运行范式，这样可真正实现 DT 的即插即用，避免因为 DT 的差异频繁修改代码。空间互联网星座系统主要包含空间段、地面段、用户段。空间段采用用户灵活接入、星间高速互联、系统弹性高效的空间混合星座网络架构，实现全球宽带互联网和移动通信服务能力。用户段按照“终端模块设计、系统开放扩展”等设计原则，开展终端结构化设计、应用平台化集成、数据云化配置等工作。
(1) SOS Level: SatelliteNetworkDT。
(2) System Level: ComTerminalDT 和 SatelliteDT。
(3) SubSystem Level: PayloadDT 和 PlatformDT。
(4) PlayloadDT. INFO 模型等效 Playload 星载计算机软件处理过程。
(5) PlayloadDT. ENGY 模型包括运动模型、无线信号强度模型与系统功耗模型。
(6) PlayloadDT. MATR 模型为 Payload 几何模型、Payload 子系统中各部件的安装矩阵、天线方向图模型。
(7) PlatformDT. INFO 模型等效 Platform 综合电子计算机软件处理过程。
(8) PlatformDT. ENGY 模型包括运动模型、太阳能充电模型与系统功耗模型。
(9) PlatformDT. MATR 模型为Platform几何模型、Platform 子系统中各部件的安装矩阵、太阳帆板参数模型。
2.2 数字交付平台管控
数字交付平台将虚拟制造执行的结果反馈到EPR系统，用于生产进度和交货期的反馈，并将生产计划和优化后的仿真执行策略下达制造执行系统，制造执行系统依据数字孪生传递的执行策略和生产计划完成真实的制造执行。图1所示为基于数字孪生数字交付平台管控过程。要想实现对整个交付平台的运行管控，必须从物理、功能、行为、规则等多个维度构建与物理平台高度一致的虚拟平台模型，其中，物理模型包括平台内所有的人、设备、物料等资源的几何、材料、位置、布局等；功能模型为每个资源所能提供的能力，包括运输、加工、装配、检测等。通过物理平台获取的各种驱动信号和数据，包括平台生产任务、制造资源、生产能力、物流路径、库存情况等，从而对数字空间中各个层级进行有效的驱动。根据虚拟仿真结果，数字孪生数字交付平台将及时制定生产策略、资源调度等平台控制指令并输入MES系统。同时，通过对历史数据的统计分析，支撑平台的效能评估、质量统计过程控制分析、设备综合效率分析等，为平台运行优化和生产决策提供重要依据。
图1 基于实时数据仿真的交付平台管控
3 结语
本文针对军工企业面临的产品研制过程中资源短时冲突、计划协同性差、资源效率偏低等问题，以航天产品制造车间为对象开展数字孪生驱动的数字交付平台应用研究，实现物理实体和数字孪生模型的双向映射。通过对过程数据全流程孪生，实现数字样机模型的“增长”，通过模型的“增长”,反映实际装配过程从而实现模型、实体、数据的同步进行。同时通过对实体对象的动态仿真，逐渐逼近其对应的实体对家，从而实现对实体对象进行可视化、分析。
参考文献
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