0 前言
在小衛星型號研制過程中，對于三維設計、虛擬仿真、虛擬裝配的要求不斷提升，需要更加真實的三維模型，并增加大量特征信息。對近年小衛星型號三維模型的實際狀態和計算機軟硬件問題進行調查分析，并提出改進措施。
1 三維模型特點
在小衛星型號研制過程中，型號三維模型是所有后續工作開展的基礎，特別是虛擬驗證要求越來越高，后續仿真分析、熱控分析、虛擬三維動畫裝配、三維直屬件下廠、電纜三維設計下廠、三維管路焊接、三維總裝等工作等等，要求模型能夠直接面對仿真分析與生產制造，因此，需提升建模詳細程度。
整星三維模型的細節提升主要包括以下幾個方面：
a)單機設備：單機設備表面增加自身的具體結構特征，可方便直觀地確定設備的可操作部位；
b)整星電纜：進行更加真實的整星電纜網建模，增加更多控制點使整星電纜走線向各精確、電纜粗細更真實；
c)分系統細節：增加如整星結構板的各連接部位的結構件、標準件、熱管、熱敏電阻、加熱回路、羽流范圍、視場范圍、運動范圍等；
d)參數增加：為了設備信息傳遞和全三維設計投產，模型增加了安裝基準點、設備坐標系、設備腳印、三維標注等特征。
雖然模型的精細化提升了設計正確率，但是，同時也使得三維模型的實體模型數量和建模特征數量急劇增加，三維模型越來越復雜。而設計師以往使用的計算機大部分為高配置商務計算機或者低配置圖形工作站，在繪制大型整星模型時會遇到速度慢、CPU和顯卡性能不足、頻繁出現內存錯誤等問題，從運行速度、運行穩定性方面已存在瓶頸，影響工作效率。
2 小衛星整星模型現狀
針對存在的問題，對近年小衛星型號整星三維模型的實體數量和建模特征數量進行了全面統計，統計結果見圖1。模型使用Pro/E 5.0三維設計軟件進行建模，型號H到型號L為近兩年內建模的衛星。
圖1 近年小衛星型號整星三維模型實體和特征數統計
從統計圖中可以看出：
a)型號模型的實體數量表征模型的大小，特征數表征模型的復雜程度，隨著時間的推移，整星三維模型的實體數和特征數持續增長；
b)按照實體數和特征數劃分模型規模，一般實體數在500以內的簡單模型屬于小規模裝配，零部件級應用較多；實體數在2000以內的簡單模型屬于中等規模裝配，型號A、型號B、型號C衛星的實體數均在2000以內，特征數小于8000，為中等規模裝配；型號D、型號E、型號F、型號G的實體數在5000以內，特征數在8000左右，屬于大規模裝配；型號H、型號I、型號J、型號K衛星零件數在3000到5000不等，型號L衛星更是達到了10000多個實體，它們其特征數均超過了14000個，為復雜零件，屬于超大規模轉配。
c)型號A衛星的單機模型均為總體設計簡化建模，缺少具體細節，模型實體數和特征數最少，分別為865個和3897個；
d)型號C衛星實體數1236，特征數7953；型號G衛星和型號C衛星為同平臺產品，整星體積和設備規模接近，而型號G衛星首次推行部分三維下廠工作，如三維指導總裝，其實體數達到了4849個，特征數為8827，分別較型號C衛星有大幅增長；
e)近年的新型號，如型號H、型號I、型號J、型號K、型號L衛星特征數均超過了軟件目前能統計顯示的最大特征數14000個。
由統計圖中可以看出，隨著各方面信息的增加，反映產品的更加真實的狀態，模型的實體數量不斷增長，特征數量急劇增加，三維模型越來復雜。如果數字化項目全面實施，增加整星熱控實體信息、標準件實體、三維標注信息等，再加上單機模型繼續細化，估計未來幾年內整星三維實體模型數量將超過10000個，特征數將超過20000個。
3 現有計算機對型號模型的打開測試情況
為了以進一步分析模型實體數和特征數增長的影響，我們選取型號I整星模型，對公司現有設計用計算機進行了模型打開測試。HP 8000、HP 8280、Dell 690計算機采用標準配置，并增加當年主流圖形加速卡；HP Z400、HP Z800、Dell T3600圖形工作站采用中等配置，圖形加速卡為當年中端圖形加速卡。
由表1可以看出：
a)32位操作系統只能管理4G以下內存，無論計算機配置多高，也不能滿足型號數字化建模的需求，必須使用能管理大內存的64位系統；
b)按照每天設計人員對模型的操作次數估算，一天內打開整星模型5次、打開單機模型80次、旋轉并選擇零件500次、激活并編輯零件300次、整星質量計算5次，HP8000耗時76分鐘，HP Z400工作站耗時68分鐘，HP Z800工作站耗時60分鐘，HP Z400和HP Z800分別提升效率11%和21%。使用具有專業圖形加速卡的圖形工作站能給設計效率帶來極大的提升。
表1 公司設計用計算機對型號I整星模型的測試情況
4 改進小衛星整星建模的措施
為了滿足小衛星模型規模增長帶來的計算機硬件配置不足的問題，對小衛星整星建模方式進行分析，提出了以下措施并逐步落實：
a)規范單機設備模型
分系統提供的單機設備模型應保證外觀尺寸、機械接口、電連接器接口與實際產品一致，將整星狀態下不需要的設備內部特征簡化或刪除，限制單機模型大小。
b)完善整星三維模型建模標準
完善整星三維模型建模規范標準，使用同一的建模輔助軟件和設計模板，極大減少設備多余信息。
c)選用適合于整星三維設計用計算機
經過對國內外企業計算機情況進行調研，推薦使用圖形工作站進行三維產品設計。圖形工作站的配置準則在于：切實了解應用需求，以合理的價格組建一個符合應用軟件要求的穩定、高速、高效的設計平臺，以最大程度地實現設計人員的設計意圖。這與普通辦公、家用電腦注重多媒體性能和價格因素的配置方法是截然不同的。
一般圖形工作站在企業的適用范圍見表2：
表2 不同配置圖形工作站在企業的配置梯度
d)選擇合適的操作系統和配套軟件
操作系統及配套軟件需要合理配套，才能充分發揮硬件的性能。對于常用的Windows操作系統，進行如下分析：
●32位操作系統只能管理4G以下內存，不能滿足設計建模對高內存使用的要求；
●Windows2003 server和Windows 2008 server服務器系統后臺加載服務多，計算機配置要求高，資源浪費嚴重，且軟件兼容性差，不適合個人終端；
●64位Windows XP系統只支持十年前圖形加速，僅支持美國英語和日本語，對目前使用的三維設計軟件運行穩定性差，并已停止技術支持；
●64位Windows Vista系統硬件配置要求高，驅動支持較差，支持軟件較少，兼容性差，屬于過渡產品，很快退出歷史舞臺；
●64位Windows 7系統硬件要求一般，驅動成熟，支持軟件種類多；幾乎完全兼容XP軟件，市場占有率最高；
●64位Windows 8系統為2012年底發布的新系統，被稱為Win7觸屏版。
對于三維模型設計使用的配套軟件，主要包括大型商用建模軟件、商用辦公軟件、院內自主開發軟件、訂制的網上辦公平臺，這些軟件主要針對32位windows XP系統進行開發，可能對64位Windows 7\Windows 8系統存在一定的不兼容性。后續必須對軟件進行兼容性測試或相應的升級。
綜合以上分析，64位Windows 7\Windows 8系統較適合作為操作系統。
但應在使用前對其進行系統安全配置研究、各類航天專業應用軟件的64位兼容性評估。
5 結論
小衛星型號研制應適應市場化的需求，在激烈的國內外市場競爭中快速發展，設計研發周期速度加快、研制成本降低和質量要求提高，要求型號研制過程實現全數字化信息傳遞。總體設計必須從單機及整星建模方式、計算機的硬件和軟件入手，及時了解型號研制模型狀態，選擇市場上合適的軟硬件進行配套升級，為型號研制提供保障。
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