起落架作為飛機重要的承力且兼具操縱特性的部件，在飛機起飛、著陸、滑行和地面停放過程中承擔關鍵角色盯。在起落架設計中，面臨著諸多挑戰，如在起落架設計的不同階段，接口參數需與主機進行多輪協調和反復修改，使設計方案不斷變化；起落架設計單位之間、設計與制造單位之間人員和資源多地布局，技術和信息需頻繁進行交互和協作；起落架系統零件結構復雜，涉及工藝因素繁多，關鍵參數受制于試驗結果，研制周期緊張等。面對上述挑戰，傳統的以單機單用戶為核心的數字化設計方法已阻礙了現代飛機起落架設計的發展。

因直觀、高效、準確等優點，三維協同設計已在水利水電工程設計和航空器設計領域得到了應用。本文以公司基于ENOVIA VPM開發完成的飛機起落架設計協同系統為基礎平臺，通過人員組織權限管理，鎖機制、權限傳送控制等安全機制，利用關聯設計技術、基于模型的定義技術和設計復用技術，實現某型飛機起落架的三維協同和并行設計，為現代飛機起落架設計提供了有效的新方法。

協同設計的基礎

1.統一數據源

傳統基于單機CAD工具的飛機起落架數字化設計，數據離散地分布于各設計員的計算機中，使用時各專業間數據交叉傳遞，間接引用（如圖1所示），不僅效率低下，而且準確性和一致性難以保證。基于ENOVIA VPM的飛機起落架設計協同系統提供了“電子倉庫(Vauit)+數據庫(DB2)”的統一數據源存儲和管理機制，各相關專業設計人員通過統一的客戶端登陸系統，基于同一服務器進行數據交換，不僅實現了數據源的唯一性和共享性，而且可以方便地進行數據備份。其系統架構如圖2所示，為典型的C/S架構，服務器端電子倉庫（Vault)存儲物理文件數據，包括幾何模型文件和文檔數據等，而數據庫(DB2)存放數據對象的屬性信息和前述物理文件的索引信息。

圖1 基于單機CAD工具的飛機起落架設計數據傳遞

圖2 基于ENOVIA VPM的飛機起落架設計協同系統架構

2.數據安全性保障

統一數據源帶來數據讀寫風險，通過人員組織權限管理、鎖機制和權限傳送控制保證了數據安全和穩定。

2.1 人員組織權限管理

飛機起落架設計協同系統中的人員組織包含項目、組織、角色和人員4大元素，可以分別進行權限控制。項目、組織、角色3項形成一個上下文，每位設計員可用不同上下文登陸系統進行工作。系統中數據對象的操作和訪問權限主要包括：創建、刪除、瀏覽、修改、傳送所有權、加鎖/解鎖、升級/降級等，權限管理機制如圖3所示。通過授權(Privilege)和遮罩(Mask)兩種方式實現權限控制，其主要區別在于：授權用來定義安全的對象方法（如創建、刪除、修改等），而遮罩用來定義安全的對象訪問（如對象屬性的可見性及訪問權限等）。

圖3 人員組織權限管理機制

2.2 鎖機制

在傳統飛機起落架設計過程中，數模的傳遞和修改不受限制，往往是數模所有者將數據向使用者傳遞出去的同時就失去了對其有效性和準確性的控制。

而在設計協同系統中，無論是通過LCA客戶端對模型屬性數據進行修改，還是通過Navigator客戶端在CATIA中直接對數模幾何形狀、鏈接、實例位置等進行修改，必須首先對該模型進行鎖定。只有被鎖定的數據對象，其修改才會被保存進VPM數據庫；而被所有者鎖定的數據，其他人員僅可瀏覽無法修改，這避免了對同一數據的同時寫入風險。

2.3 權限傳送控制

權限傳送功能允許數據對象所有者將所有權傳送給其他人員，這些數據對象包括：零部件參考、零部件實例、文檔和技術包。通過權限傳送控制，主任設計師可以首先創建完成產品部件結構樹，然后將不同部件的權限傳送給相應主管設計人員，各設計人員可以分別對自己具有所有權的產品同時進行設計并保存進VPM數據庫，并行工作，互不干涉。

協同設計方法

1.基于骨架的關聯設計

關聯設計是一種創建產品與其上下文中零部件之間幾何鏈接關系，管理產品設計生命周期過程中因果聯系的技術，它改變以往通過尺寸驅動、裝配約束零部件自底向上生成產品的方法，轉而采用先建立產品總體站位和布局的點、線、面（即骨架模型）后通過骨架模型約束和驅動零部件形狀和位置的自頂向下的方法，從而實現骨架模型的更改直接帶動零部件形狀和位置的更新，如圖4、圖5所示。通過關聯設計，可以在進行數模修改之前就提前預估其原因和影響，提前評估修改代價，縮短開發時間。

圖4 基于骨架的關聯設計

圖5 基于骨架的關聯設計應用

基于骨架的關聯設計優化了起落架設計過程中各專業室之間的協作模式，特別是在方案設計階段信息和參數多變的情況下，將設計員各自為戰、口頭協調的設計過程轉變為統一基準（即依賴于關鍵參數的骨架模型）、流程化和層次化的設計過程，提高了設計效率。基于骨架的關聯設計流程如圖6所示。

圖6 基于骨架的關聯設計流程圖

2.基于成熟度的生命周期控制

基于成熟度的生命周期控制是并行工作界面劃分的基礎，為不斷迭代的多專業協同關聯設計變更提供了規范機制。根據飛機起落架設計業務基本流程，將不同專業工作劃分為若干級成熟度，并對相應成熟度的權限和檢查機制進行定義，如MA4代表確定材料，MA7凍結后無法修改數模。

3.基于模型的定義技術

隨著三維數字化設計技術的發展，基于模型的定義(Model Based Definition，MBD)技術被廣泛采用。MBD是指由精確幾何實體、相關3D幾何、3D標注及屬性構成的數據集定義的完整的產品定義，其數據組織形式如圖7所示。

圖7 MDB模型數據結構

在飛機起落架三維協同設計過程中，通過MBD技術可實現對產品特征的數字化描述和共享，以滿足設計和制造信息直接傳遞的需求，使基于數字化平臺的協同設計成為可能。

4.設計復用技術

起落架設計常采用工藝成熟的材料，如大量選用HB、GJB等標準件，優先選擇其他型號產品在用的成品件，以滿足航空產品高可靠性和嚴格的壽命要求。為減少重復建模工作量，提高材料、標準件及成品件數據一致性，應采用設計復用技術建立和維護起落架設計用材料庫、標準件庫和成品件庫。

材料庫的創建直接使用CATIA自帶的“材料庫(Material Librarry)”命令，創建CATMaterial類型的文件，新建和編輯相應的系列(Family)和材料屬性，并保存至VPM。標準件庫和成品件庫的創建和維護均使用“目錄編輯器(Catalog Editor)”命令，創建相應的catalog類型文件并保存至VPM；標準件庫創建采用設計表進行參數化和系列化設計。

應用實例

將本協同設計方法應用于某型飛機起落架設計，技術路線如圖8所示。

圖8 某型飛機起落架三維協同設計技術路線

1.人員組織權限創建

根據某型飛機起落架設計流程，在系統默認角色和上下文基礎上，建立兩類角色：數據管理員(SJADM)和設計員(DESIGN)。

2.產品結構創建

按照某型飛機起落架功能及結構組成，根據構型管理規定，根據各專業業務分工，總體、結構、強度、控制等相關專業設計人員可選擇產品組織結構中各自上下文進行協同工作。

3.資源庫創建

創建了包含螺栓、密封件、軸承、充氣嘴、機輪、輪胎等在內的飛機起落架設計常用標準件及成品件資源庫。

4.骨架模型

根據接口控制規范建立的起落架總體布局骨架模型。

5.關聯設計

依據建立的起落架總體布局骨架，創建并豐富前、主起骨架，基于骨架模型進行前主起落架關聯設計。前起外筒的關聯設計，最終關聯設計完成的前起落架。

結論

根據飛機起落架設計依賴主機接口、方案多變、異地協同、研制周期緊張的特點，以基于ENOVIA VPM開發完成的飛機起落架設計協同系統為平臺進行了三維協同設計方法研究，并成功應用于某型飛機起落架設計：

(1)創建人員組織并賦予角色，通過權限控制，實現兩類角色（數據管理員和設計員）不同的操作流程和權限功能；

(2)根據飛機起落架的構型管理特點，創建了扁平化的起落架產品組織結構，利于不同專業設計人員并行設計；

(3)創建飛機起落架設計常用標準件庫和成品件庫，一次建立，長期使用，提高了建模效率；

(4)嚴格按照起落架系統接口控制文件要求，創建起落架骨架模型，并基于骨架模型進行關聯和協同設計，實現了飛機起落架設計的自頂向下和自底向上的結合。

研究結果表明，基于ENOVIA VPM的飛機起落架協同設計，提高了研制效率，為現代飛機起落架設計提供了便捷和有效的技術手段。