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文章來源：Geis J, Lang J, Peterson L, et al. Concurrent engineering of an infrared telescope system[C]//Optical Modeling and Performance Predictions V. 2011, 8127. ReD]M@; ]8OmYU%6V 摘要： D3,)H%5.y
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我們提出了一種用于設(shè)計(jì)和分析天基電光（EO）傳感器的并行工程方法。紅外望遠(yuǎn)鏡有效載荷的詳盡設(shè)計(jì)由機(jī)械、結(jié)構(gòu)、熱和光學(xué)工程師的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)使用模擬驅(qū)動(dòng)工程（SDE）軟件環(huán)境開發(fā)。望遠(yuǎn)鏡有效載荷設(shè)計(jì)還包括有效載荷任務(wù)的太空段的概念設(shè)計(jì)。我們還描述了并發(fā)設(shè)計(jì)過程的流程，并提供設(shè)計(jì)輸出。 8 -H:5E 4Y %XBTN 簡介： q&3(yhx
W5Jy"]^I 我們的整個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)可靠的產(chǎn)品，以滿足其性能要求，并在預(yù)算和計(jì)劃人力范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這種類型的項(xiàng)目通常具有三個(gè)特點(diǎn)。這項(xiàng)工作通常需要共同擁有解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)和交付所有領(lǐng)域所需的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)的不同項(xiàng)目的專家（SMEs）共同努力。第二個(gè)特點(diǎn)是每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的工作通常是在CAD或CAE計(jì)算機(jī)工具的協(xié)助下進(jìn)行。最后，復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)過一系列設(shè)計(jì)周期或產(chǎn)品設(shè)計(jì)的迭代更改來演變，這對于產(chǎn)品開發(fā)、解決問題和矛盾等是所必需的。 <Piq?&VX[ 4_CL1g 并行工程通過更有效地整合SME參與者的努力，來處理復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)和交付的總體目標(biāo)。通過減少不同學(xué)科領(lǐng)域之間的信息交換的延遲和增加信息交換的頻率，設(shè)計(jì)周期可以得到顯著改善。減少收斂到滿意結(jié)果所需的設(shè)計(jì)周期數(shù)需要通過在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中及早和經(jīng)常地深入了解設(shè)計(jì)問題和矛盾。這能夠使我們盡早發(fā)現(xiàn)問題，并減少進(jìn)行返修的工作量。 [-"ZuU G vfj{j=
G 航空航天公司的概念設(shè)計(jì)中心（CDC）提供了這樣一個(gè)環(huán)境，其空間系統(tǒng)可以由跨學(xué)科工程師團(tuán)隊(duì)在各種級(jí)別的保真度要求下設(shè)計(jì)。本文提供了一個(gè)示例，說明這種集成設(shè)計(jì)環(huán)境如何用于天基紅外望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的端到端設(shè)計(jì)和分析。首先從望遠(yuǎn)鏡光學(xué)設(shè)計(jì)的開發(fā)開始。然后我們展示如何為有效載荷開發(fā)初始CAD設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)模型，以及如何集成這兩個(gè)，允許CAD工程師改進(jìn)CAD設(shè)計(jì)，以獲得滿足發(fā)射負(fù)載環(huán)境要求的最小質(zhì)量解決方案。接下來，我們展示了如何使用有效載荷設(shè)計(jì)作為太空段設(shè)計(jì)研究的輸入，其中開發(fā)了包含IR望遠(yuǎn)鏡有效載荷任務(wù)的空基部分所有方面的頂層設(shè)計(jì)。研究表明，有效載荷可以由運(yùn)載火箭容納，并提供研發(fā)有效載荷熱設(shè)計(jì)所需的基本參數(shù)（軌道、太陽能陣列大小和位置）。然后開發(fā)有效載荷的初始熱設(shè)計(jì)，以及對在軌熱環(huán)境對望遠(yuǎn)鏡圖像質(zhì)量影響的預(yù)測。 e HKb`K7C. /E{tNd^S 這里提供的說明材料代表了通過整個(gè)IR望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的初始，其為每個(gè)技術(shù)學(xué)科區(qū)域提供了堅(jiān)實(shí)的設(shè)計(jì)起點(diǎn)，以及對系統(tǒng)的不同部件之間的相互作用的物理洞察。現(xiàn)在可以迭代相同的集成模型以糾正每個(gè)技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)問題，同時(shí)評估這些設(shè)計(jì)變化對系統(tǒng)性能的所有方面的影響。 pRxVsOb DzA'M X 航空公司的協(xié)同EO傳感器設(shè)計(jì)環(huán)境 8 l= EL7 T*Ge67 本文的工作報(bào)告由CDC的兩個(gè)并行設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)-電光有效負(fù)載團(tuán)隊(duì)（EOPT）和太空段團(tuán)隊(duì)（SST）完成。EOPT是一個(gè)小型、跨學(xué)科（機(jī)械、結(jié)構(gòu)、熱、光學(xué)和控制）的工程師團(tuán)隊(duì)，旨在EO傳感器有效載荷的詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過使用由Comet Solutions, Inc (http: //www.cometsolutions.com)開發(fā)的比較新的模擬驅(qū)動(dòng)工程（SDE）軟件實(shí)現(xiàn)并行工作方式，跨學(xué)科邊界集成工作。該SDE軟件具有以下特性： A.7lo })kx#_o]'d 1. 在公共軟件環(huán)境中存儲(chǔ)和查看所有工程數(shù)據(jù)（材料屬性、邊界條件、網(wǎng)格劃分參數(shù)等）和CAD/CAE仿真結(jié)果，而無需知道如何運(yùn)行每個(gè)工程學(xué)科的基本CAD / CAE工具。 7BqP3T=& _ 2. 項(xiàng)目數(shù)據(jù)以樹形結(jié)構(gòu)組成，獲取設(shè)計(jì)歷史記錄并確保版本控制。 ? G7*^y&Q 3. 從詳細(xì)設(shè)計(jì)中提取頂級(jí)摘要數(shù)據(jù)（質(zhì)量、圖像質(zhì)量度量、關(guān)鍵參數(shù)值），并顯示在“控制面板”區(qū)域，供工程、系統(tǒng)工程和管理人員查看。 ;.xKVH/ @ 4. 復(fù)雜的跨學(xué)科分析的專業(yè)能力可以由學(xué)科工程師開發(fā)，經(jīng)過捕捉，在仿真過程重復(fù)使用，大大減少了設(shè)計(jì)和重復(fù)這些分析所需的設(shè)計(jì)周期。 C|g1:#0 5. SDE軟件通過適配器與其他商業(yè)現(xiàn)貨軟件（COTS）工程軟件協(xié)同工作，允許學(xué)科工程師使用他們已經(jīng)用于日常工作的相同CAD/CAE工具進(jìn)行詳細(xì)工作。 vA Z kT" ` -cw[@uD 詳細(xì)的工程設(shè)計(jì)和分析工作是通過SDE接口訪問學(xué)科工程熟悉的COTS軟件。在航空航天公司的設(shè)計(jì)環(huán)境中，機(jī)械CAD設(shè)計(jì)可以使用Pro/Engineer(http://www.ptc.com)或SolidWorks(http://www.solidworks.com)來完成，結(jié)構(gòu)工作使用MSC Nastran (http://www.mscsoftware.com)或Abaqus(http://www.simulia.com)， E@)'Z6r1 熱工程利用Thermal Desktop(http://www.crtech.com)， *81/q8Az 光學(xué)設(shè)計(jì)使用Code V(http://www.opticalres.com)， UUbO\_&y 控制工作使用Matlab/Simulink(http://www.mathworks.com)。另一個(gè)COTS軟件工具SigFit (http://www.sigmadyne.com)用于將熱變化和結(jié)構(gòu)變形轉(zhuǎn)換為可輸入到Code V中的形式，以評估其光學(xué)性能影響。參考文獻(xiàn)[1]中給出了Comet SDE軟件環(huán)境及其并行工程原理的更多詳細(xì)介紹。此SDE軟件環(huán)境對飛行載荷中關(guān)鍵透鏡子組件的集成結(jié)構(gòu)/熱/光（STOP）分析的優(yōu)先研究請參考文獻(xiàn)[2]。 _I3"35a y P} |8x 使用IR望遠(yuǎn)鏡有效載荷的太空段任務(wù)的初步概念設(shè)計(jì)是由SST開發(fā)，他們使用了與太空段設(shè)計(jì)相關(guān)的每個(gè)技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域主題專家（SME）開發(fā)的電子表格工具。系統(tǒng)模塊捕獲摘要信息，并為每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域開發(fā)的模型之間的沖突進(jìn)行集成和解決提供了一個(gè)平臺(tái)。可用于姿態(tài)確定和控制（定向和穩(wěn)定模式）、天體動(dòng)力學(xué)（軌道參數(shù)）、航天器的命令和數(shù)據(jù)處理、收集和處理數(shù)據(jù)所需的地面部分配置、有效載荷和地面之間的通信、有效載荷功率和數(shù)據(jù)處理要求、推進(jìn)、軟件、總體結(jié)構(gòu)要求、遙測和追蹤、熱控制系統(tǒng)的尺寸和成本。還產(chǎn)生用于支持有效載荷所需的航天器、總線和其他子系統(tǒng)（太陽能陣列等）的概念級(jí)CAD設(shè)計(jì)。SST通常開發(fā)一個(gè)太空段設(shè)計(jì)基線，在考慮許多感興趣的變體之前滿足總體任務(wù)要求，例如插入新技術(shù)或軌道參數(shù)的改變。對航空航天公司的CDC和各種利用它并行設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的更詳細(xì)的描述在參考文獻(xiàn)[3]和[4]中提供。 [
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