載人航天數字化之路上的天舟“三劍客”

在海上漂了8天的賈東永作為天舟一號貨運飛船總體總裝主任設計師，完成了他海上押運天舟一號的光榮使命。作為唯一一個從項目論証、立項、方案設計、初樣研制到正樣出廠，完完整整陪著天舟一號從無到有的設計師，賈東永笑稱海上8天是他修禪靜心的入門期。

在沒有wifi信號，甚至沒有手機信號，荒蕪人際的海上漂8天，他每天的工作就是監測天舟一號包裝箱運輸過程中的各項測試數據，心理素質也受到了考驗。然而這一切，比起過去6年來，賈東永和他的團隊為了天舟一號貨運飛船的數字化總裝研制工作所付出的努力，都算不得什麼。

看前世今生

數字化制造在幾年前就已經成為先進制造技術的發展趨勢。通過成功應用數字化制造技術，國內外先進宇航制造企業有效地縮短了研制周期，提高了質量保証和協同效率。NASA建立了基於三維技術的集成、協同的環境，實現了產品全生命周期的快速、無縫、可控的研制。波音、空客公司也採用全三維研制模式，開發費用和時間都縮減了50%左右。

早在2011年，作為貨運飛船的抓總單位，中國航天科技集團公司五院載人航天總體部就已經預見到了三維數字化設計在航天器設計中的廣闊前景，成立了五院第一家“全三維數字化協同設計實驗室”。在空間實驗室、貨運飛船、空間站等全部載人型號研制中的全面應用數字化協同研制模式，其中，貨運飛船在方案設計階段，就確定了載人航天器數字化研制方案，確定了載人航天器數字化研制平台，制定了數字化模型體系，並明確了數字化研制各階段模型及文檔的輸入、輸出的要求及清單。可以說，從一出生，天舟一號就走上了數字化之路，而這條路是賈東永團隊之前的設計師都沒有走過的。

所謂“航天器數字化研制”，就是以數字化技術為主要手段，充分利用數字化的特點，以模式變革為導向，通過產品描述的數字化、過程管控的數字化、加工裝備的數字化，打通產品設計、工藝、生產、裝配、檢驗、交付的全過程信息流，加速信息傳遞和閉環追溯，支撐型號產品的“好、快、省”研制。

全三維協同設計研制模式相比二維設計研制模式主要有兩點不同：第一是三維與二維的區別，第二是協同與個體設計的區別。三維設計的重點是設計真實的數字樣機，數字樣機集成了一個產品的所有要素和產品信息，從平台數字樣機的建設，到數字樣機用於型號或者產品的生產，到后期產品實物的組裝、裝配，數字樣機就是二維設計模式中的一套套圖紙，是設計 、制造、裝配的依據，因此，三維設計的重點是數字樣機的建設和維護。協同設計是提高效率，提升質量的一個有效途徑，協同設計規范和流程的制定是協同設計能夠高效開展的基礎，也是保証研發質量的關鍵。

賈東永的機械總體團隊在載人航天器研制中首次採用全三維數字化協同設計手段開展總體總裝設計，建立了四層協同設計模型，制定了機械總體模型體系，建立了機械總體協同設計流程，首次實現了載人航天器總體和各分系統、制造廠、總裝廠間的全三維協同設計，摸索實踐了機械總體全三維設計、制造、總裝的研制模式。

貨運飛船全三維數字化設計的願景是“准確、高效、規范、可控”。為了這個目標，賈東永團隊把研制過程細分為：需求的提出、設計的輸入、方案的設計、詳細設計、制造、總裝和試驗測試七個部分，“需求與設計輸入管理”、“設計狀態管理”、“制造狀態管理”、“AIT現場狀態管理”四個板塊，致力於把三維數字化模型作為傳遞設計信息、分析信息、工藝信息和AIT數據包的唯一載體，以實現產品設計、工藝設計、總裝設計的集成化和設計過程的可視化。

收累累碩果

主要負責產品運輸、檢漏和貨運保障的郭軍輝能如數家珍地說出天舟一號上有多少種直屬件，多少根管路，多少根電纜。整個貨物艙的187根電纜設計全部出自他之手。在提起天舟一號全三維數字化設計的優越性時，他無不自豪地介紹道。

以構型布局設計為例，傳統模式中，設計人員在二維圖紙中進行設備布局、調整、送審，貨船單艙段的設備布局需要30人天﹔而採用全三維數字化設計后，隻需要15人天，工作效率提高了約50%。貨船的管路系統、電纜網、直屬件和總裝設計採取三維設計后，工作效率提高了約50%，整船的總裝詳細設計研制周期縮短約45%。

此外，賈東永團隊在五院內首次提出並實現三維模型附加數據信息直接下廠的工作模式，首次實現了三維模型有效受控管理，實現了跨域單位的三維下廠和三維總裝，直屬件55類150件、管路組件93組全部三維下廠、三維總裝，通過採取新模式后，直屬件和管路的下廠研制周期縮短約58%，並為貨船總裝工作節省了35-45天的時間，一次性直接安裝到位率達100%。

結合貨運飛船數字化設計的實踐，賈東永、郭軍輝、韓彬三人組牽頭制定了規范體系，形成包括總體、結構、熱控、單機、信息傳遞、質量控制等50多份設計規范，作為未來空間站工程全三維協同設計的共同標准規范。當然，天舟一號作為先行型號率先適用這些規范。

貨運飛船系統建立的基於全三維模型的協同設計模式顯著提高了設計效率和設計質量、縮短了設計周期、降低了設計成本，已經在空間站工程等航天器研制上獲得推廣應用，為數字空間站建設奠定了堅實基礎。

恰同學少年

過去6年，賈東永隻干了一件事，那就是貨運飛船的總體總裝。這位來自北京理工大學的仿生技術博士，在型號任務必須萬無一失的壓力之下，堅持將新技術、新手段應用到研制過程中，一堅持就是6年。

作為載人航天器的設計師，賈東永的過去6年是耐得住寂寞的6年。他制定的貨運飛船貨運保障方案，解決了貨運飛船對運輸貨物多樣性、不確定性、非線性的適應問題，他完成了天舟一號構型布局方案的設計，完成了天舟一號貨物艙的總裝工作，並全面負責貨運飛船的全三維數字化設計工作。

負責貨運總裝設計、精度測量工作的副主任設計師韓彬，有著神舟八號的相關研制經驗，在貨運飛船的研制工作中提出了“敏捷工裝”概念，設計了14套敏捷工裝，提高了總裝過程的安全性和高效性﹔他設計的模塊化精度測量方案、制定的19項精測驗証試驗，獲取了300多組精測實測數據，解決了貨運飛船大承載、艙體質心變化大、地面工裝干擾、載荷不確定等因素帶來的精度變化問題，他制定的精測、檢漏技術標准已成為貨運飛船系統的標准規范。

三人裡最年輕的郭軍輝也最活潑，參加了2014年貨運飛船在海南文昌基地的合練，經歷了當時載人航天器首次海上運輸的歷練，積累了貨運飛船海運經驗。在這次天舟一號抵達海南前，郭軍輝提前來到了文昌發射場，與各大系統協調接口，保障了天舟一號的順利進場。未來我國空間站的建設中，因為空間站龐大的身軀，需要通過海運才能從北至南抵達文昌發射場，這兩次貨運飛船的海運，為后續載人航天器的海運積累了寶貴的經驗。

三個80后愛運動，愛相互開玩笑，用樂觀和熱情相互感染，為著同一個目標共同前進。后續，他們將把三維數字化研制模式推廣到所有分系統、所有載人型號中，在載人航天器的數字化之路上，一路向前。