高清可复制 HB 8411-2014(2017) 民用飞机数字样机通用要求

　　ICS 49.020 V 07

　　HB 8411-2014

　　民用飞机数字样机通用要求

　　General requirements for digital mockup of civil aircraft

　　2014-05-19 发布 2014-10-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按 GB/T 1. 1-2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准主要起草单位：中国航空综合技术研究所、中国直升机设计研究所。本标准主要起草人：胡秦赣、张岩涛、郑朔昉、夏晓理、廖子祥。

　　民用飞机数字样机通用要求

　　1 范围

　　本标准规定了民用飞机(含直升机)数字样机的分类、构建、应用、管理和评审等要求。

　　本标准适用于民用飞机(含直升机)研制过程中数字样机的分类、构建、应用、管理和评审。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　HB 7729 航空产品 CAD 文件管理规定

　　HB 7730 图层定义与管理

　　HB 7756 基于 CATIA 建模要求(所有部分)

　　HB 7803 飞机数字化预装配通用要求

　　HB 7835 飞机数字样机着色要求

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　虚拟装配和拆卸 virtual assembly and disassembly

　　模拟数字样机零部件的装配过程和拆卸操作，动态检测零件及其夹具在装配和拆卸过程中的干涉和间隙情况的过程。

　　3.2

　　机构运动仿真 mechanism movement simulation

　　模拟运动部件的运动，验证运动部件在空间运动过程中位置的准确性，动态检测各零部件的运动间隙及整个机构的可靠性，并对运动期间各几何元素的加速度、速度等进行数值分析的过程。

　　3.3

　　人机工效 ergonomic

　　通常以心理学、生理学、人体测量学和生物力学等作为研究手段和方法， 设计使操作人员、维修人员能发挥最大效能的显示装置、控制装置、工作空间，以及它们的最佳布局等。

　　3.4

　　虚拟维修 virtual maintenance

　　全过程全方位模拟维修活动，验证对整机、系统和设备的维修程序和方法是否满足所规定的维修性要求，评价整机、系统和设备的设计特性是否满足所规定的维修性要求。

　　3.5

　　沉浸 immersion

　　通过虚拟现实环境，使操作者有身临其境的感受，成为虚拟维修和保障环境的相应角色，切身感受维修和保障效果。

　　3.6

　　交互 interaction

　　对象组件、系统模型或仿真互相作用或影响的方式。

　　4 数字样机分类

　　4.1 基于研制阶段的数字样机

　　民用飞机数字样机按照研制阶段划分为一级样机、二级样机和三级样机， 与民用飞机研制程序各研制阶段工作和评审的对应关系如下(见图 1)：

　　a) 立项论证、可行性论证阶段构建和形成一级样机，通过总体技术方案评审后发放并冻结一级样机，后续各阶段维护一级样机;

　　b) 初步设计/联合定义阶段(JDP)构建和形成二级样机，通过初步设计评审(PDR)后发放并冻结二级样机，后续各阶段维护二级样机;

　　c) 工程发展阶段构建和形成三级样机，通过详细设计评审后发放三级样机，飞机取得 TC 证后冻结三级样机，后续各阶段维护三级样机;

　　d) 产业化阶段按飞机取证后管理要求维护一、二、三级样机。

　　图 1 数字样机与民机研制阶段的关系

　　4.2 基于产品结构的数字样机

　　民机数字样机可按产品结构和配置条件，形成结构样机、系统样机、分区样机和全机样机等四类样机及四类条件组合下的数字样机。

　　4.3 专用数字样机

　　为支持仿真、培训、市场等特殊目的而构建的数字样机，具体可按民机数字样机用途而定。

　　4.4 各类数字样机的关系

　　基于研制阶段的各级样机与基于产品结构和特殊用途的样机之间是两维矩阵关系，具体见表 1。

　　表 1 各类数字样机两维矩阵关系表

　　5 数字样机构建

　　5.1 一般要求

　　5.1.1 样机标识要求

　　各类数字样机应具有唯一标识。构建数字样机的各模型应按 HB 7729 要求进行标识，并与产品零部件标识一致。

　　5.1.2 坐标系与定位要求

　　坐标系与定位要求如下：

　　a) 构建数字样机的构型项应使用飞机(或直升机)全机坐标系定位;

　　b) 飞机(或直升机)主模型(理论外形和各总体布置几何要素)应使用全机坐标系定位;

　　c) 结构设计模型一般参照理论外形和各总体布置几何要素，定位全机坐标系下，必要时，零组件可使用各种约束;

　　d) 系统安装和布置设计模型一般参照理论外形和各总体布置几何要素，定位全机坐标系下，必要时，零组件可使用各种约束;

　　e) 零件可在安装时使用各种约束;

　　f) 通用零部件(含标准件)可使用约束定位。

　　5.1.3 模型简化及轻量化要求

　　数字样机模型的简化及轻量化应根据不同的阶段和目的分别处理，应满足如下要求：

　　a) 对仅用于协调的数字样机，其发动机、机载设备、客舱内饰等可仅示出外形，但应给出重量、重心等数据，接口部位尺寸、外形应准确以保证协调关系;

　　b) 对用于专用数字样机，其发动机、机载设备、客舱内饰等不仅要示出外形， 而且要给出满足特种功能用途的等效模型;

　　c) 在满足模型精度及其他要求的情况下，参与各类数字样机的模型宜实施轻量化。

　　5.1.4 图层管理要求

　　在建模过程中，各种模型可根据系统功能和应用要求使用不同的图层管理，具体见 HB 7730 要求。

　　5.1.5 通用零部件/标准件的要求

　　数字样机应基于产品数据管理系统进行通用零部件/标准件的调用，并应符合有关规定。

　　5.1.6 模型/装配要求

　　模型建模应符合 HB 7756 的要求。

　　模型装配应在产品数据管理系统集成下三维辅助设计软件中进行，并应符合构型管理要求，形成数字样机时应按 HB 7803 执行。

　　5.1.7 样机着色要求

　　数字样机着色可参照 HB 7835 执行。

　　5.1.8 模型状态要求

　　数字样机的模型状态应按研制协调机制进行确定，一般要求如下：

　　a) 模型应经过模型质量检查;

　　b) 模型为装配或安装的工作状态;

　　c) 运动部件处于正常巡航状态，如舱门处于关闭状态，起落架机构处于收起状态;

　　d) 所有的行程和开关处于初始状态。

　　5.1.9 构型管理要求

　　数字样机及其应用过程中产生的数据应作为构型数据并按相关规定进行构型管理。

　　5.2 详细要求

　　5.2.1 一级样机

　　可行性论证阶段结束后完成初步的一级样机，可进行发放(即进行构型管理);其最终在预发展阶段的总体方案定义/联合概念定义(JCDP)完成后发放，其定义过程及结果至少应包括：

　　a) 演示总体布局、理论外形及内部空间;

　　b) 演示民机运营、维护和乘坐;

　　c) 演示民机与机场匹配适应;

　　d) 演示民机各方案对比优选;

　　e) 描述初步的总体设计参数和总体布局，定义结构和系统界面;

　　f) 描述初步的气动设计参数和气动布局，完成气动外形初步设计;

　　g) 建立零部件的基本形状和包容空间，进行结构打样设计;

　　h) 进行初步的参数优化和发动机选型，并对成品、设备、内饰等提出要求;

　　i) 完成总体布置设计(包括发动机布置、进气道布置、油箱布置等)。

　　一级样机完成后，经评审，作为下一阶段工作的依据。

　　5.2.2 二级样机

　　二级样机于预发展阶段的初步设计/联合定义(JDP)完成后发放，其定义至少应包括：

　　a) 进行结构、系统总体设计，在强度分析的基础上进行结构详细初步设计(包括初步数字化预装配和干涉检查)，并进一步完成座舱总体、布置和内饰等设计;

　　b) 进行气动力初步分析、经济性分析、飞机质量特性估算、性能计算分析、操稳分析、载荷计算等，并进行总体可靠性、维修性、安全性分析等;

　　c) 完成产品模型空间分配、装配区域和装配层次的划分;

　　d) 对总体设计参数和气动外形等进一步修改完善;

　　e) 产品的工艺性初步评价。

　　二级样机完成后，经评审，作为下一阶段工作的依据，并进行预发放。

　　5.2.3 三级样机

　　三级样机形成于工程发展阶段，其定义至少应包括：

　　a) 完成三维实体的最终设计;

　　b) 对零件进行详细设计，并进行完整的数字化预装配和全机干涉检查;

　　c) 进行飞机重量特性计算，各舱虚拟仿真，维修性、综合保障分析;

　　d) 进一步进行性能计算、操稳分析、载荷计算、气弹和颤振分析、飞控仿真、强度有限元分析等，完善结构和系统设计;

　　e) 三级样机完成后应能进行工程发放。

　　三级样机经评审后，标志着己完成产品数字化定义，可进行正式工程发放。

　　5.2.4 结构样机

　　结构样机应按产品的设计/工艺分离面的划分进行分段制作，其定义及结果至少应包括：

　　a) 结构样机应按全机坐标系装配，正确反映结构间的装配关系;

　　b) 应反映更改及新研部件的结构型式、关键性间隙尺寸及构件相对关系;

　　c) 应反映构型变化状态以及反映零部件所处的工作状态(如确定、正在协调、未知等);

　　d) 应提供模型的组成、状态、使用等说明。

　　5.2.5 系统样机

　　系统样机按各专业分别制作，其定义及结果至少应包括：

　　a) 各系统样机一般应按全机坐标系装配;

　　b) 应反映系统组成、走向和位置;

　　c) 应反映与相关结构之间的协调关系;

　　d) 可利用机构运动仿真、干涉检查等功能，检测系统自身的装拆和使用维护性;

　　e) 应明确构型变化状态以及处于的工作状态(如确定、正在协调、未知等);

　　f) 应提供模型的组成、状态、使用等说明。

　　5.2.6 分区样机

　　分区样机按划分的不同区域制作，其定义及结果至少应包括：

　　a) 分区样机应按全机坐标系装配;

　　b) 应反映该区的结构、系统组成及分布;

　　c) 应反映结构、系统在数字样机上的位置;

　　d) 应反映该区内结构间、系统间以及结构与系统之间的协调关系，完成干涉检查;

　　e) 应使该区内结构部件、系统设备、附件等具有良好的可达性、可拆装性及合理的维修空间;

　　f) 可评价该区中机组人员操作使用的合理性;

　　g) 可进行运动部件全行程检查;

　　h) 提供该分区模型的组成、关系、状态、使用等说明。

　　5.2.7 全机样机

　　对结构、系统或各分区的数字样机进行总装配，形成全机样机，其定义及结果至少应包括：

　　a) 应完整地反映结构、各系统全机分布及在数字样机上的位置;

　　b) 应按构型管理要求配置构型项形成完整的全机样机;

　　c) 应反映系统和分区之间结构、系统的协调性和维修性。

　　5.2.8 专用数字样机

　　专用数字样机可为产品的非精确表达，具体可按用途而定。

　　6 数字样机应用

　　6.1 空间结构分析

　　应能基于数字样机进行干涉检查、剖面分析、位置测量等空间结构分析， 以发现和暴露产品设计中存在的空间结构类问题。

　　6.2 装配拆卸分析

　　应能基于数字样机进行各项虚拟装配和拆卸，动态检测零件及其夹具在装配和拆卸过程中的干涉和间隙情况，检查零组件的几何形状以及其安装/拆卸的空间，验证零组件的可装配/拆卸性，为产品定义容差分配和技术要求提供必要的数据。

　　6.3 运动仿真分析

　　应能基于数字样机进行机构运动仿真，验证机构在空间运动过程中物理位置的准确性，分析机构运动过程中的间隙、干涉， 以及机构的可靠性(如卡死、中断等情况)， 并能对运动期间几何元素或者点的加速度、速度等进行数值分析。

　　6.4 人机工效分析

　　通过在数字样机中设计、定义和模拟真实人的各项活动和姿态， 进行人机工效的检查，并通过专用数字样机和展示环境实现沉浸式感观和交互式操作。

　　6.5 重量特性分析

　　应能通过数字样机各零组件及构型项在全机的空间位置信息，及其自身重量、重心、转动惯量， 进行全机重量与平衡的计算与分析。

　　6.6 维修性评估

　　通过在数字样机中设计、定义和模拟预定的维修方案， 应能对数字样机进行维护、检测评估。并通过专用数字样机和展示环境实现沉浸式或交互式虚拟维修。

　　6.7 工艺性评估

　　应能基于数字样机进行工艺性评估，在专用数字样机下，检查产品与型架的协调性，进行装配模拟和容差分析。

　　6.8 辅助开展优化设计

　　应能基于数字样机辅助开展优化设计，包括：

　　a) 空间结构优化：根据数字样机空间结构分析结果，对零件的几何外形、零件的重量、材料的强度等因素进行优化;

　　b) 运动部件优化：根据数字样机运动分析结果，对运动路径、运动载荷和机构尺寸等运动机构参数进行优化;

　　c) 装配优化：根据数字样机装配模拟分析结果，对装配过程、路径和方法等装配要素进行优化，简化实际装配并保证其可行性;

　　d) 综合优化：根据数字样机各项虚拟展示和仿真结果，进行权衡分析，实现对产品各项要求的综合优化。

　　7 数字样机管理

　　7.1 数据管理要求

　　数字样机数据应基于产品数据管理系统所管理的零组件模型和构型项数据，并设定相应的数字样机管理权限、流程和机制， 对形成的简化和轻量化数据进行有效管理，满足准确性、唯一性、实时性和可追溯性等原则。

　　7.2 环境要求

　　数字样机构建环境应支持飞机的全寿命周期管理，基本环境应包括：

　　a) 产品数据管理系统;

　　b) 数字化建模使能工具;

　　c) 数字样机构建使能工具;

　　d) 构型驱动数字样机使能工具;

　　e) 信息集成与协同设计平台。

　　7.3 组织要求

　　数字样机组织构建的主要要求如下：

　　a) 按照协同并行设计的要求，建立数字样机集成研发团队(IPT)的组织体系，明确各级 IPT 工作职责;

　　b) 全机样机由总体 IPT 负责，分区样机由项目IPT 负责，结构样机由结构 IPT 负责，系统样机由各系统 IPT 负责;

　　c) 各专业(结构、系统)的 IPT 对本专业的数字样机负责，并就本专业对分区(或全机)数字样机负责;低一级 IPT 应协助使本专业(或分区)样机在高一级样机中再现和恢复;

　　d) 高一级 IPT 负责对低一级样机制作的监控，质量部门则应对各级样机进行全程规范化监控。

　　8 数字样机评审

　　8.1 评审要求

　　按民用飞机研制阶段评审要求开展数字样机评审，并作为阶段评审组成内容，即：

　　a) 立项评审时，提交一级数字样机;

　　b) 预发展评审时，提交二级数字样机;

　　c) 详细设计评审时，提交三级数字样机。

　　8.2 评审准备

　　数字样机评审准备项目包括：

　　a) 数字样机;

　　b) 数字样机的展示环境;

　　c) 数字样机评审大纲，其内容包括评审要求、评审内容、检查项目、测试项目和演示项目;

　　d) 按照数字样机评审大纲完成自查，形成相应的报告提交评审;

　　e) 相关的文件、标准、图片、幻灯片和视频等资料。

　　各项评审准备应完整配套、详实准确。

　　8.3 评审程序

　　8.3.1 评审申请

　　数字样机评审的申请应并入各研制阶段评审的申请，将数字样机评审作为研制阶段评审的组成部分。

　　8.3.2 评审机构

　　数字样机评审机构一般设评审组、若干专业评审小组和测试小组：

　　a) 评审组负责数字样机的全面技术评审工作，终审数字样机评审的结论报告;

　　b) 专业评审小组负责指定专业的评审工作，向评审组提交专业评审报告;

　　c) 测试组负责测试并完成测试报告。

　　8.3.3 评审过程

　　数字样机评审过程如下：

　　a) 研制方进行数字样机工作汇报，内容包括：数据样机管理工作总结报告、质量控制报告等;

　　b) 评审组、专业评审小组和测试小组审阅研制方提交的评审大纲和相关资料;

　　c) 测试小组按照数字样机评审大纲的内容对数字样机逐项进行测试评定;

　　d) 专业评审小组观看演示项目，并根据审阅资料、测试小组测试报告对有关问题进行技术查询和讨论，明确重点问题。

　　8.4 评审总结

　　8.4.1 评审数据处理

　　评审数据由专业评审小组进行统计处理，为形成专业评审报告提供素材和依据。

　　8.4.2 专业评审报告

　　专业评审报告由专业评审小组集体内部讨论形成，并提交评审组。专业评审报告应包括：

　　a) 评审项目;

　　b) 资料目录;

　　c) 测试项目及结果;

　　d) 存在问题;

　　e) 说明与结论;

　　f) 建议等。

　　8.4.3 评审结论

　　评审组审阅各专业评审小组的专业评审报告，进行综合权衡，作出评价，对有重大争议的问题进行讨论和复查，作出裁决。最后集体内部讨论形成数字样机评审报告。

　　8.5 评审复查

　　研制方根据评审结论进行问题归零，由质量部门监督实施，并就评审问题的处理结果组织复查。