1、先進復雜產品研制體系的分析newmaker針對新時期大型復雜裝備的研制特點，通過對先進設計技術的跟蹤研究，分析國外復雜產品裝備研制的先進設計技術、理論和方法，并結合典型應用案例深入研究先進設計技術在復雜產品研制中的應用，以幫助我國軍工制造企業更好地理解和應用先進的綜合設計技術。通過探索復雜產品研制過程中集成和協同的手段和方法，為軍工復雜產品產品的研制過程中采用新的設計手段和技術進而提高創新設計能力服務。同時，這也有助于改善我國軍工制造企業落后的產品研發模式，從技術應用的角度為我國軍工制造企業提供技術的引導，并通過進一步研究和應用，搭建起適應最新技術發展的國防科技工業先進設計技術體系，滿足我國大

2、型復雜裝備快速研制和供應的迫切需求。 國外先進設計技術應用的典型案例研究 為了全面反映先進的設計技術在國防復雜產品研制中的應用，本文結合大量的國外研究成果，通過開展“一個型號”（洛·馬公司的JSF項目）、“一個企業”（波音公司）、“一個行業”（船舶工業）等3個案例的研究，進一步分析國外軍工行業典型產品研制中采用的先進設計技術，以期研究形成面向軍工工業的、以信息技術支撐的先進設計技術體系，并歸納和總結復雜產品研制的先進設計技術的發展趨勢。 1 洛·馬公司JSF 的“全球虛擬企業” 作為下一代高性能的軍用飛行器研制的JSF項目是美國軍方歷

3、史上最大的軍火采購項目，總價值大約20004000億美元。 洛·馬公司在JSF項目中采用協同設計制造技術，應用了包括90項網絡軟件的系統，構筑出虛擬開發環境，使工程人員可以模擬在工裝和零件實際制造之前的飛機設計和制造的各個環節。洛·馬公司的JSF小組能夠調動位于187個地點的80多個供應商及4萬多名工作人員為戰機研制共同工作。 洛·馬公司項目發言人稱，JSF是第一架從一開始就完全實施數字化設計的飛機，而商用飛機波音777不能說是完全實施了數字化。JSF制造商在數字化技術應用方面創造了先例。完全數字化的方法在節省時間和成本方面產生了巨大效果。&#

4、160;盡管已經有像波音777商用飛機這樣虛擬設計的例子，但波音777這類項目還需要在各個“設計節點”之間進行繁復的數據文檔轉移，JSF的“數字化三維實體設計”意味著世界上參與項目設計的所有設計人員都有權進入設計網頁，虛擬飛機可以用數字進行操縱，因而使制造商避免了在制造物理樣機時的返工和昂貴的制造成本。JSF工作小組具有一個環球網絡系統，按照允許的級別進入數字化設計網頁，無論是意大利、挪威、加利福尼亞還是德克薩斯州的工程師和供應商都能進入這個數據庫。設計和修改數據可以即時傳送，效率和準確率大大提高。還可以應用數字化數據進行產品加工并能夠獲得精確的尺寸，如高精密鉆孔，通過取消分解制造零件的步驟減

5、少了工藝程序，確保了加工的準確性。利用該網絡節省的時間和成本是非常可觀的。 由于JSF項目提高了系統的整體協同性和信息集成性，經過驗證，與傳統的戰斗機開發生產過程相比，證明了用于JSF的加工量可以減少90%，制造時間減少66%，成本節約50%以上。JSF將減少50%的零部件和緊固件的設計。取得這些成就的關鍵是一個公共的數字化產品數據庫被貫穿使用在了JSF的設計、制造和裝配的各個階段。2 波音公司的數字化研制之路 波音公司的數字化技術應用創造了航空工業上一個又一個的里程碑，引領著世界航空工業的技術發展趨勢，而波音公司的飛機數字化產品開發，大致經歷了4 個發展階段：部件數字樣機

6、階段（19861992），代表型號有波音747-400、波音767-200、波音737-500等；全機數字樣機階段（19901995），代表型號是波音777等；數字化生產方式階段（19962003），代表型號是波音767-X等；虛擬生產方式階段（2003至今），代表型號是波音787。 波音公司數字化設計技術體系的核心技術包括CAD、CAE、CAPP、PLM/PDM，以及系統優化技術MDO等。其中CATIA V5作為飛機設計建模工具可進行零部件設計的數字化預裝配，及早發現零件干涉問題，降低設計風險。ABAQUS、ANSYS、NASTRAN、FLUENT等數值分析軟件為飛機的結構優化、動

7、力學分析、力學和性能仿真等提供支撐。DELMIA作為數字化設計和制造解決方案，主要用于工藝規劃和設計，并可用于工藝設計的驗證和仿真。ENOVIA和TeamCenter則作為產品全生命周期的數據管理軟件，保持產品數據的一致性和可跟蹤性。 飛機數字化設計/制造/管理一體化技術在波音公司的大型飛機研制過程中取得了顯著的成效。波音777飛機的研制采用三維數字化定義，數字化預裝配（DigitalPre-Assembly，DPA）和并行工程（Concurrent Engineering，CE），在世界上第一次實現了無紙設計，打通了從設計、生產到管理的全數字化信息流，該飛機從立項到首架交付只花了4

8、年半的時間，比波音757/767的研制周期9 10年縮短了1/2，用戶交貨期也從18個月縮短到12個月，產品成本降低了50%，廢品率降低了80%，數據錯誤率降低了97.9%。3 船舶工業中的數字化技術應用 自1990 年代中期以來，隨著世界船舶市場的快速發展，船舶設計技術發生了重大變化，現代艦船設計技術隨著市場的需要和數字技術及計算機技術的發展而發展起來。當前，信息技術是現代設計的主要特征，以建立一體化的三維數字模型為核心，輔以數字樣機技術、數字仿真設計、多學科優化設計、并行協同設計等先進設計方法，已經使艦船設計在設計手段的更新、產品表示方法的改變、工作模式的變化、設計與制造信息一體

9、化、設計管理水平的提高、組織模式的開放等方面起到了重要的作用。 圍繞著“數字化造船”的理念，國外在船舶工業中的數字化技術應用同樣廣泛而深入。其內涵主要包括數字化設計船舶、數字化管理造船和數字化建造船舶。其中最為基礎和關鍵的便是艦船設計的數字化，通過對典型的艦船型號研制進行研究分析，我們發現艦船設計的關鍵一方面要從推行CAD/CAPP/CAE/PDM、數字化樣船技術、虛擬仿真設計技術、異地協同設計技術等入手，通過艦船產品全數字化模型的建立，生成滿足現代造船模式所需的精確制造信息、精確管理基礎信息，為“數字造船、綠色造船”提供技術和信息基礎；另一方面要利用計算機和網絡技術、數據庫技術和信

10、息交換、集成技術，建立統一的基礎集成平臺，實現系統的應用集成和資源的一體化管理，為產品開發、設計、建造和管理中各種活動間各類信息的集成化應用和安全保障提供支持。并利用信息技術的優勢，跨越“時、空、地、部門、個人”的障礙，突破造船企業難于實現有效管理控制的難點，使管理控制實現透明、及時、精確和標準規范化，從而使企業生產資源實現優化配置和物流的有效計劃、組織、控制和調整，實現船舶產品全生命周期各環節、各過程的成本和質量管理及控制。 復雜產品研制的先進設計技術體系 通過對以上3個不同的層次和角度對國防科技工業的先進設計技術進行分析和總結，力求全面地研究和歸納現階段國外軍工工業中廣

11、泛和深入的先進設計技術，分析其組織模式和技術體系，為我國形成軍工復雜產品研制的先進設計技術體系服務。 1 先進設計技術體系框架組成 通過對上述3個案例的數字化設計技術的應用現狀研究，總結出復雜產品的數字化設計體系框架。大型復雜產品研制的先進設計技術體系結構以協同工作平臺為核心，集成各企業相關的產品數據管理系統，通過產品數據在整個協同環境中實現共享和一致性控制，支持主設計/制造企業、型號供應商以及企業、軍方、政府等不同角色在整個項目研制過程中協同工作，以提高整個項目的研制效率。 當前，國外先進的復雜產品研制數字化技術應用功能體系結構大致分為3個層次： （1

12、）底層為計算機支撐環境，包括網絡和數據庫等為數字化技術應用提供的基礎環境。 （2）中間層為協同工作平臺。該層是支持異地協同設計制造的核心。協同工作平臺層為多企業聯合研制提供基本的協同工具。同時，協同工作平臺將提供企業應用集成和數據集成工具，實現協同平臺與各企業的企業級產品數據管理系統的緊密集成，實現整個項目成員之間的信息共享與集成。 （3）頂層為業務應用層，項目參研企業根據所承擔的任務類型，各自采用相應的數字化工具進行復雜產品的數字化設計、制造、管理等。 2 先進設計技術體系框架的技術分析 CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM等計算機輔助設計及相關技

13、術是數字化設計技術的核心。為了使產品的設計過程更加科學有效，首先，需要采用企業級產品數據管理(PDM)技術控制產品設計中的過程數據和工作流程。其次，通過產品全生命周期的數據管理技術，搭建出一個協同工作平臺，支持異地并行設計、協同設計等涉及因特網/企業內部網支持環境下的產品需求定義與建模、產品數據管理、產品數據交換等相關技術。而CAE工程分析工具是對產品設計的結構、力學參數進行優化設計，以滿足國防復雜產品設計中的功能和性能要求，并可對產品設計進行虛擬試驗驗證，達到虛擬設計、制造的產品設計方式，近年來，軍工行業典型的成功研制已經表明，產品數字化設計技術已逐漸成為未來產品設計的關鍵技術。 

14、通過分析和總結，我們歸納出軍工行業先進設計技術體系中的關鍵技術主要包括：數字樣機技術、虛擬技術、多學科設計優化技術、產品數據管理技術、并行設計技術、協同設計技術、智能化設計技術等。此外，綠色設計技術雖然目前還不能稱其為復雜產品研制的關鍵技術，但隨著環保問題的逐漸國際化，各個國家也逐漸在軍工工業發展中重視綠色設計技術。 3 先進設計技術體系的協同工作平臺 協同工作平臺的建立和使用可充分發揮各合作伙伴的技術優勢和資源，通過協同工作平臺，能夠有效地整合并利用合作伙伴的各種知識和信息資源，把應用于產品和過程的整個生命周期的工具和資源都集成在一起，促進復雜產品的協同研制。平臺的建立可

15、以支持異地多企業之間的高效信息共享和集成、流程的組織和管理、型號項目進度/質量的控制和協同工作，將設計所、合作伙伴、供應商、用戶等緊密地聯系在一起，使處于異地、異構計算機環境地復雜產品設計人員、合作伙伴、供應商等相關人員共享各自需要地產品信息，支持整個產品生命周期中協同開發、生產和管理。支持異地多企業聯合研制的協同工作平臺具備的主要功能包括：支持采用聯邦式數據模型的分布式產品定義及異地信息共享；大型復雜地項目管理，異地協同工作，異地工作流管理，異構信息可視化，異構信息系統應用集成。 4 未來先進設計技術體系發展 近年來，先進設計技術在產品及相關技術的集成方面取得了長足進步，

16、其發展特點是借助信息技術的飛速發展，通過并行工程，建立協同設計平臺，在CAD/CAPP/CAM的基礎上，利用工程數據庫，針對不同目標對象進行多學科優化設計、DFx設計、快速原型設計、全壽命周期設計。所追求的目標為產品開發人員從一開始就考慮到產品全壽命周期內各個階段的因素（如功能、制造、裝配、質量、成本、維護和用戶需求等），強調各部門的協同工作，通過建立各決策者之間有效的信息交流與通信機制，綜合考慮各相關因素的影響，使后續環節中可能出現的問題在設計的早期階段就被發現，并得以解決，從而使產品在設計階段便具有良好的可制造性、可裝配性、可靠性、可維護性及可回收再生性等特性，最大限度地減少返工，縮短設計

17、、生產準備和制造時間并大大降低產品投入使用后的維修和保障費用。 通過對典型的復雜產品研制進行研究分析，可看出當前先進的復雜產品研制技術就是利用CAD/CAE/CAPP/PDM、虛擬現實等技術，實現產品設計手段和設計過程的數字化，縮短產品開發周期，提高企業的產品研發能力。其關鍵技術包括：數字化設計流程、標準和規范體系研究，建立復雜產品三維設計環境，快速三維數字設計建模，數據庫框架和海量信息處理，并行化、最優化和智能化的設計研究，面向產品壽命周期全過程，協同仿真分析，設計管理。結束語 本文針對現代復雜產品研制過程中涉及機、電、液、控等多學科、多專業以及復雜程度高的特點，以典型復雜產品研制為背景，探討和研究了國外國防