0 前言
在小卫星型号研制过程中，对于三维设计、虚拟仿真、虚拟装配的要求不断提升，需要更加真实的三维模型，并增加大量特征信息。对近年小卫星型号三维模型的实际状态和计算机软硬件问题进行调查分析，并提出改进措施。
1 三维模型特点
在小卫星型号研制过程中，型号三维模型是所有后续工作开展的基础，特别是虚拟验证要求越来越高，后续仿真分析、热控分析、虚拟三维动画装配、三维直属件下厂、电缆三维设计下厂、三维管路焊接、三维总装等工作等等，要求模型能够直接面对仿真分析与生产制造，因此，需提升建模详细程度。
整星三维模型的细节提升主要包括以下几个方面：
a)单机设备：单机设备表面增加自身的具体结构特征，可方便直观地确定设备的可操作部位；
b)整星电缆：进行更加真实的整星电缆网建模，增加更多控制点使整星电缆走线向各精确、电缆粗细更真实；
c)分系统细节：增加如整星结构板的各连接部位的结构件、标准件、热管、热敏电阻、加热回路、羽流范围、视场范围、运动范围等；
d)参数增加：为了设备信息传递和全三维设计投产，模型增加了安装基准点、设备坐标系、设备脚印、三维标注等特征。
虽然模型的精细化提升了设计正确率，但是，同时也使得三维模型的实体模型数量和建模特征数量急剧增加，三维模型越来越复杂。而设计师以往使用的计算机大部分为高配置商务计算机或者低配置图形工作站，在绘制大型整星模型时会遇到速度慢、CPU和显卡性能不足、频繁出现内存错误等问题，从运行速度、运行稳定性方面已存在瓶颈，影响工作效率。
2 小卫星整星模型现状
针对存在的问题，对近年小卫星型号整星三维模型的实体数量和建模特征数量进行了全面统计，统计结果见图1。模型使用Pro/E 5.0三维设计软件进行建模，型号H到型号L为近两年内建模的卫星。
图1 近年小卫星型号整星三维模型实体和特征数统计
从统计图中可以看出：
a)型号模型的实体数量表征模型的大小，特征数表征模型的复杂程度，随着时间的推移，整星三维模型的实体数和特征数持续增长；
b)按照实体数和特征数划分模型规模，一般实体数在500以内的简单模型属于小规模装配，零部件级应用较多；实体数在2000以内的简单模型属于中等规模装配，型号A、型号B、型号C卫星的实体数均在2000以内，特征数小于8000，为中等规模装配；型号D、型号E、型号F、型号G的实体数在5000以内，特征数在8000左右，属于大规模装配；型号H、型号I、型号J、型号K卫星零件数在3000到5000不等，型号L卫星更是达到了10000多个实体，它们其特征数均超过了14000个，为复杂零件，属于超大规模转配。
c)型号A卫星的单机模型均为总体设计简化建模，缺少具体细节，模型实体数和特征数最少，分别为865个和3897个；
d)型号C卫星实体数1236，特征数7953；型号G卫星和型号C卫星为同平台产品，整星体积和设备规模接近，而型号G卫星首次推行部分三维下厂工作，如三维指导总装，其实体数达到了4849个，特征数为8827，分别较型号C卫星有大幅增长；
e)近年的新型号，如型号H、型号I、型号J、型号K、型号L卫星特征数均超过了软件目前能统计显示的最大特征数14000个。
由统计图中可以看出，随着各方面信息的增加，反映产品的更加真实的状态，模型的实体数量不断增长，特征数量急剧增加，三维模型越来复杂。如果数字化项目全面实施，增加整星热控实体信息、标准件实体、三维标注信息等，再加上单机模型继续细化，估计未来几年内整星三维实体模型数量将超过10000个，特征数将超过20000个。
3 现有计算机对型号模型的打开测试情况
为了以进一步分析模型实体数和特征数增长的影响，我们选取型号I整星模型，对公司现有设计用计算机进行了模型打开测试。HP 8000、HP 8280、Dell 690计算机采用标准配置，并增加当年主流图形加速卡；HP Z400、HP Z800、Dell T3600图形工作站采用中等配置，图形加速卡为当年中端图形加速卡。
由表1可以看出：
a)32位操作系统只能管理4G以下内存，无论计算机配置多高，也不能满足型号数字化建模的需求，必须使用能管理大内存的64位系统；
b)按照每天设计人员对模型的操作次数估算，一天内打开整星模型5次、打开单机模型80次、旋转并选择零件500次、激活并编辑零件300次、整星质量计算5次，HP8000耗时76分钟，HP Z400工作站耗时68分钟，HP Z800工作站耗时60分钟，HP Z400和HP Z800分别提升效率11%和21%。使用具有专业图形加速卡的图形工作站能给设计效率带来极大的提升。
表1 公司设计用计算机对型号I整星模型的测试情况
4 改进小卫星整星建模的措施
为了满足小卫星模型规模增长带来的计算机硬件配置不足的问题，对小卫星整星建模方式进行分析，提出了以下措施并逐步落实：
a)规范单机设备模型
分系统提供的单机设备模型应保证外观尺寸、机械接口、电连接器接口与实际产品一致，将整星状态下不需要的设备内部特征简化或删除，限制单机模型大小。
b)完善整星三维模型建模标准
完善整星三维模型建模规范标准，使用同一的建模辅助软件和设计模板，极大减少设备多余信息。
c)选用适合于整星三维设计用计算机
经过对国内外企业计算机情况进行调研，推荐使用图形工作站进行三维产品设计。图形工作站的配置准则在于：切实了解应用需求，以合理的价格组建一个符合应用软件要求的稳定、高速、高效的设计平台，以最大程度地实现设计人员的设计意图。这与普通办公、家用电脑注重多媒体性能和价格因素的配置方法是截然不同的。
一般图形工作站在企业的适用范围见表2：
表2 不同配置图形工作站在企业的配置梯度
d)选择合适的操作系统和配套软件
操作系统及配套软件需要合理配套，才能充分发挥硬件的性能。对于常用的Windows操作系统，进行如下分析：
●32位操作系统只能管理4G以下内存，不能满足设计建模对高内存使用的要求；
●Windows2003 server和Windows 2008 server服务器系统后台加载服务多，计算机配置要求高，资源浪费严重，且软件兼容性差，不适合个人终端；
●64位Windows XP系统只支持十年前图形加速，仅支持美国英语和日本语，对目前使用的三维设计软件运行稳定性差，并已停止技术支持；
●64位Windows Vista系统硬件配置要求高，驱动支持较差，支持软件较少，兼容性差，属于过渡产品，很快退出历史舞台；
●64位Windows 7系统硬件要求一般，驱动成熟，支持软件种类多；几乎完全兼容XP软件，市场占有率最高；
●64位Windows 8系统为2012年底发布的新系统，被称为Win7触屏版。
对于三维模型设计使用的配套软件，主要包括大型商用建模软件、商用办公软件、院内自主开发软件、订制的网上办公平台，这些软件主要针对32位windows XP系统进行开发，可能对64位Windows 7\Windows 8系统存在一定的不兼容性。后续必须对软件进行兼容性测试或相应的升级。
综合以上分析，64位Windows 7\Windows 8系统较适合作为操作系统。
但应在使用前对其进行系统安全配置研究、各类航天专业应用软件的64位兼容性评估。
5 结论
小卫星型号研制应适应市场化的需求，在激烈的国内外市场竞争中快速发展，设计研发周期速度加快、研制成本降低和质量要求提高，要求型号研制过程实现全数字化信息传递。总体设计必须从单机及整星建模方式、计算机的硬件和软件入手，及时了解型号研制模型状态，选择市场上合适的软硬件进行配套升级，为型号研制提供保障。
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