面向并行工程的航空发动机外部系统设计研究

【类型】学位论文

【作者】陈志英 

【关键词】 并行工程,航空发动机

【摘要】传统的航空发动机外部系统设计是基于实物模型样机的，其设计过程 管理是串行的。为提高设计水平，本文根据并行工程设计的思想和方 法，基于数字模型样机，提出了外部系统设计的若干方法。进行了外 部设计总体规划，提出了过程重构的层环法，构造出并行设计过程模 型和综合评估模型，并编制了管理评估分析软件MEISED系统，对本文 提出的方法进行了演示与验证。 论文首先介绍了航空发动机外部附件布局及管线敷设的概念，叙述了 该领域国内外研究状况，根据外部系统设计的现状与特点，提出了把 并行工程思想与方法引入到航空发动机外部系统设计过程。文中对并 行工程的概念进行了概括，综述了并行工程在国内外航空工程应用领 域研究状况。 基于并行工程的设计思想，确定了航空发动机外部系统总体设计框架 ，提出了一些数字化设计方法。针对需要建立发动机三维实体模型的 要求，结合数字化模型的特点，提出了采用简化模型的概念。由于航 空管路元件有上百种，本文构造了层次结构的元件库，提出了非标准 元件族的归纳原则，依据该原则和三维CAD特征参数化建模的手段， 把航空管路元件归纳为8大类28种元件，简化了元件库建立与调用方 式。文中分析了附件布局的流程，归纳出适合于数字化建模的附件布 局5类多科性设计准则和维修性设计要求，初步探讨了附件布局协同 方法。本文着重研究了计算机辅助三维敷管方法，分析了其主要功能 ，归纳了管路敷设若干规则，提出了创建管路路径的投影层面法。针 对数字模型样机的特点，提出了分区域进行管路敷设技术。发动机外 部系统属多科性约束设计，为此本文提出采用决策支持系统，以期达 到外部设计综合权衡的目标。通过基于数字化平台的外部设计研究， 为实现基于并行工程的外部设计奠定了技术基础。 文中分析了传统过程管理方式的特点，叙述了并行工程过程管理的特 性，对组织重构和资源重构问题进行了一般性研究。根据矩阵组织结 构适用性原则和发动机外部设计的特点，给出了外部设计研制过程的 矩阵组织结构形式和多功能管理模式，同时给出了与之相适应的资源 模型结构形式。 本文根据工程实际构造了现行航空发动机外部系统设计过程模型，依 据工作流重构的6条基本原则，提出了过程重构的层环法。文中叙述 了该法的基本原理与分析步骤，用该法对现行的发动机外部设计过程 进行了因素分析并重构，得到了外部系统并行设计过程模型，并加以 验证。应用关键路线CPM法，找到了影响研制进度的关键工序。文中 进行了过程模型串并行效益分析，结果表明采用并行设计过程将缩短 研制周期。 在叙述了过程评估与决策的意义之后，分析了发动机外部系统设计的 要求，综述了产品设计若干评估方法。用层次分析法（AHP）构造了 发动机外部系统设计评估模型，该模型包括目标层、准则层及相应的 技术措施层，阐述了评估外部系统设计优劣的8个因素指标。文中介 绍了层次分析法的基本原理和分析方法，针对发动机外部系统设计评 估模型，建立了判断矩阵，得到了它们的权向量。最后分别对发动机 外部系统设计现行模型（As-is）和并行模型（To-be）进行了量化评 估，结果表明后者比前者的综合评价指标提高了一倍以上。 根据本文研究内容，开发了管理评估软件MEISED系统，文中介绍 了系统总体构思及功能，该系统由PERT图分析、甘特图分析、网络计 划技术方法和层次分析法构成。通过PERT图分析，使人们更清楚地了 解发动机外部设计的整个过程；通过甘特图分析可直观地比较不同发 动机的研制周期与工序过程；通过CPM法可清晰地看到整个设计过程 的关键路线和最大耗时；通过层次分析法可对结构设计优劣进行综合 评估。 最后对本文研究工作进行了总结与展望。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】李其汉，马枚

【读秀链接】读秀链接