ESA并行设计设备概述-TheConcurrentD.docx

ESA并行设计设备概述
范艳清
一、并行工程在国外军工行业应用情况
并行工程是通过组织多学科的设计团队，在设计的早期阶段全面考虑产品的各个方面，包括研制、制造和维修保障等，并充分利用先进的质量工程方法和计算机集成环境，实现在较短的时间内，以较低的成本，生产出高质量产品的一种系统方法。
在并行工程的研究与应用方面，美国起步较早，取得的成效最明显。1988年，美国国防先期研究计划局组织了一个并行工程研究会，制定了长期的并行工程研究计划，对并行工程的技术和方法进行了全面研究。同年，美国国防分析研究院在“并行工程在武器系统采办中的作用”研究报告中，完整地定义了并行工程的概念，总结了并行工程在实际应用中所发挥的作用，并阐述了并行工程在武器装备采办中的重要性。1989年，美国国防部接受了并行工程的概念，并在国防采办系统中大力推广，随后又在并行工程思想的基础上，提出了综合产品与过程开发方法，并制定了一系列指导性文件，有计划、有系统地在国防采办系统中推行该方法。美国波音、通用动力、IBM等大公司都应用了并行工程方法并取得了一定成效。此外，美国国家科学基金组织向许多大学提供了大量经费，资助并行工程的研究工作。
世界其他国家也都对并行工程的研究与应用给予了高度重视，投入大量资金，促进并行工程的研究在及本国的应用。如日本文部省投入巨额资金，支持本国的并行工程研究项目。墨西哥政府资助成立了并行工程研究组，引导人们对并行工程重要性的认识，期望通过应用并行工程相关技术来提高墨西哥国防企业的产品开发能力。欧洲许多国家也都先后采取相应措施，开展并行工程的研究与应用。
到目前为止，在世界范围内，已成立了很多并行工程学术组织，有国家性的，也有区域性的和国际性的。本文重点介绍一下欧空局（ESA）实施并行工程的情况。
二、ESA并行设计设备的特点
ESA在上世纪九十年代开始实施并行工程，为了更有效的促进ESA并行工程的开展，ESA于1998在ESTEC上构建了并行设计设备。
并行设计设备是依据并行工程方法，提供的一个综合设计环境，面向所有的ESA项目。并行设计设备是由一组联网计算机构成的，配有多媒体设备和软件工具，能够保障不同学科的专家团队应用并行工程方法设计未来的空间任务。并行设计设备能够保证所有相关学科快速、有效的并行开展，保证在较短的时间内获得高质量的产品。
并行设计设备主要从以下几方面评价未来空间任务和新的空间飞行器概念的技术和经济的可行性：
Ÿ 新任务概念评估；
Ÿ 空间系统贸易和采购评估；
Ÿ 系统/任务级新技术验证；
Ÿ 载荷设备方案设计；
Ÿ 科学要求定义和整合；
Ÿ 异常研究；
Ÿ 教育和培训。
并行设计设备主要用于ESA项目开发的前期，如图1所示，阴影部分为采用并行设计设备的几个阶段。

三、ESA并行设计设备构成情况
在并行设计设备中，空间飞行器设计是依据应用软件和相关的电子表格的数学模式进行的。通过该方法将相关的一系列参数定义并通过研究进行交换，任何会影响其他学科的变化能够被快速识别并进行评估。因此，通过该方法能够不断重复进行设计，能够方便的分析和比较不同的设计。
并行设计设备是按下述方式进行工作的：从设计早期到后期，所有空间工程领域的代表参与会议，即使传统任务在生产后期才会介入的人员，也有机会从开始就参与到项目中，从中发现会对设计造成影响的因素。
并行设计设备是配有软件和硬件工具的一系列设计实验室，为多学科设计提供环境，为团队成员共同工作提更有效的沟通、数据交换、工程工具和数据库。 
并行设计设备包含3个试验室，以及集成在一个中央大厅的一些支持和辅助的工作间。主要的实验室有30台电脑设备，用于大型任务或设备研究。所有的实验室由可传输数据的视频网络相连接，能够召开视频会议。
大部分的并行设计设备工作战都有统一的计算机系统，但布局、结构和配置是不同的。在工作站中每两个使用者之间共享一个浏览器，能够用来从提取数据或显示额外的数据。每个工作站都配有摄像机和话筒，能够使异地开发参与者获得更多的参与。以下是并行设计设备中，每个人员的相关职责：
1．项目组组长负责管理开发。在研发的环境下，与顾客共同定义开发和任务目标的范围，并且与并行设计设备经理选择项目成员（有时从组织外选择项目成员）。
在每一次开发中，项目组组长组织设计，监督项目组成员工作，并与系统工程师密切配合保证设计与任务目标和要求保持一致。在开发结束，项目组组长与技术人员监督最终报告的一致性。
2．在开发中，系统工程师在项目组组长领导下进行任务的系统级分析。系统工程师负责预算以及验证设计是否满足任务要求。在开发中，系统工程师配合其他专业人员进行工作，能够在项目组组长不在的情况下保证开发正常进行。
3．任务分析师与项目组组长和系统工程师共同确定空间飞行器的运行环境，包括在轨分析、轨道精度。这是研发阶段的重要环节，并对任务要求的确定和任务剖面的开发提供支持。通过开发，任务分析师更新并优化了任务剖面。
4．场所系统和运营工程师分析支持空间飞行器所需的资源并预算空间飞行器全寿命周期的成本，与通信工程师共同选择场所位置，与成本工程师共同进行人员和设备的成本估算。
5．项目和总装、验证（AIV）工程师负责空间飞行器开发、制造、测试和总装计划的制定，确保空间飞行器按时发射，包括开发和采购时间的分析，以及确定测试模式和测试程序。如果设计能够更简便地测试和组装，项目和和AIV工程师应向其他专业人员提出建议。
6．风险工程师根据其他专业的设计，分析基本的空间飞行器的设计，识别任务中飞行器可能面临的风险，包括风险管理方针的确定、风险的评估和向项目组组长汇报风险，从而降低风险，提高项目成功率。
7．成本分析师负责基本设计成本的估算，为整个系统设计提供成本指导。
8．仿真工程师负责任务的仿真生成，确保能够在任务的任何时段对飞行器运行状况进行分析。仿真工程师还要确保仿真精确地反应近期设计和任务剖面数据。
9．配置工程师负责空间飞行器中零部件的安排，确保零部件安装在指定的位置。与结构工程师共同生成CAD图说明如何组装空间飞行器，与项目和AIV工程师共同分析设计组装的可制造性和易操作性。
10．结构工程师设计空间飞行器的支撑结构，包括分析发射和运行环境，确保所有的元器件能够承受所要承载的负荷。结构工程师生成每一个零部件的CAD图，并在主储存器上进行组装，显示整个空间飞行器的几何结构。
11．姿态和轨道控制系统工程师负责能确定空间飞行器并控制其方位的系统，设计测量姿态的传感器和调节姿态的调节器，飞行器一直指向要求的方向。 姿态和轨道控制系统工程师们密切合作，确保飞行器能够满足要求。
12．发动机工程师负责发动机设计，负责选择和计算任务需要的推进剂，选择储存推进剂的容器，对发动机所用的阀门、管件进行初始设计。
13．通信工程师负责系统设计，保证空间飞行器与地面进行联系。通信工程师将众多学科通过提交、传递并接收数据联系在一起，从而正确地支撑硬件。
14．并行设计设备数据处理工程师负责接收、转换并记录飞行器有关数据 。在数据传递到地球之前，数据处理工程师负责分析任务的目标并确定需要处理的数据和飞行器的存储能力。数据处理工程师确定将其他子系统连接到中心处理器所需的元器件（处理单元、存储设备等）和数据总线。
15．电气工程师负责设计空间飞行器的动力系统。电气工程师分析每一子系统的能力需求，确定空间飞行器的正动力消耗。通过了解任务的运行环境，电气工程师选择 动力系统，计算所需的电池能量，并提出动力处理系统的具体要求。
16．热力工程师负责确保飞行器上的元器件在其正常运行的温度范围内。热力工程师分析任务剖面确定飞行器上运行环境的选择，设计主动和/或被动单元控制整个飞行器的温度。这对科学设备尤其重要。
17．设备工程师负责飞行器上的所有设备。设备工程师确定仪器设备和空间飞行器之间的影响，系统工程师和其他专家之间的影响，确保满足仪器设备的要求。
18．机械工程师负责飞行器上所有元器件的结构设计。机械工程师提出所需活动部件的选择方案并根据任务或分系统要求进行选择。
19．在整个开发过程中，技术操作人员密切配合项目组组长、顾客和系统工程师工作。技术工作者的工作包括记录设计会议讨论和结果，编写和审核所有的最终开发文档（如技术和成本报告等）。
20．技术工作者也编辑和审核所有关于并行设计设备的技术文档及其使用文档，如不同技术领域的作业指导手册或并行设计设备使用手册。