起落架作为飞机重要的承力且兼具操纵特性的部件，在飞机起飞、着陆、滑行和地面停放过程中承担关键角色[1]。在起落架设计中，面临着诸多挑战，如在起落架设计的不同阶段，接口参数需与主机进行多轮协调和反复修改，使设计方案不断变化；起落架设计单位之间、设计与制造单位之间人员和资源多地布局，技术和信息需频繁进行交互和协作；起落架系统零件结构复杂，涉及工艺因素繁多，关键参数受制于试验结果，研制周期紧张等。面对上述挑战，传统的以单机单用户为核心的数字化设计方法已阻碍了现代飞机起落架设计的发展。
因直观、高效、准确等优点，三维协同设计已在水利水电工程设计[2-3]和航空器设计领域[4-7]得到了应用。本文以公司基于ENOVIA VPM开发完成的飞机起落架设计协同系统为基础平台，通过人员组织权限管理、锁机制、权限传送控制等安全机制，利用关联设计技术、基于模型的定义技术和设计复用技术，实现某型飞机起落架的三维协同和并行设计，为现代飞机起落架设计提供了有效的新方法。
协同设计的基础
1 统一数据源
传统基于单机CAD工具的飞机起落架数字化设计，数据离散地分布于各设计员的计算机中，使用时各专业间数据交叉传递，间接引用（如图1所示），不仅效率低下，而且准确性和一致性难以保证。基于ENOVIA VPM的飞机起落架设计协同系统提供了“电子仓库（Vault）+数据库（DB2）”的统一数据源存储和管理机制，各相关专业设计人员通过统一的客户端登陆系统，基于同一服务器进行数据交换，不仅实现了数据源的唯一性和共享性，而且可以方便地进行数据备份。其系统架构如图2所示，为典型的C/S架构，服务器端电子仓库（Vault）存储物理文件数据，包括几何模型文件和文档数据等，而数据库（DB2）存放数据对象的属性信息和前述物理文件的索引信息。
图1 基于单机CAD工具的飞机起落架设计数据传递
图2 基于ENOVIA VPM的飞机起落架设计协同系统架构
2 数据安全性保障
统一数据源带来数据读写风险，通过人员组织权限管理、锁机制和权限传送控制保证了数据安全和稳定。
2.1 人员组织权限管理
飞机起落架设计协同系统中的人员组织包含项目、组织、角色和人员4大元素，可以分别进行权限控制。项目、组织、角色3项形成一个上下文，每位设计员可用不同上下文登陆系统进行工作。系统中数据对象的操作和访问权限主要包括：创建、删除、浏览、修改、传送所有权、加锁/解锁、升级/降级等，权限管理机制如图3所示。通过授权（Privilege）和遮罩（Mask）两种方式实现权限控制，其主要区别在于：授权用来定义安全的对象方法（如创建、删除、修改等），而遮罩用来定义安全的对象访问（如对象属性的可见性及访问权限等）。
图3 人员组织权限管理机制
2.2 锁机制
在传统飞机起落架设计过程中，数模的传递和修改不受限制，往往是数模所有者将数据向使用者传递出去的同时就失去了对其有效性和准确性的控制。
而在设计协同系统中，无论是通过LCA客户端对模型属性数据进行修改，还是通过Navigator客户端在CATIA中直接对数模几何形状、链接、实例位置等进行修改，必须首先对该模型进行锁定。只有被锁定的数据对象，其修改才会被保存进VPM数据库；而被所有者锁定的数据，其他人员仅可浏览无法修改，这避免了对同一数据的同时写入风险。
2.3 权限传送控制
权限传送功能允许数据对象所有者将所有权传送给其他人员，这些数据对象包括：零部件参考、零部件实例、文档和技术包。通过权限传送控制，主任设计师可以首先创建完成产品部件结构树，然后将不同部件的权限传送给相应主管设计人员，各设计人员可以分别对自己具有所有权的产品同时进行设计并保存进VPM数据库，并行工作，互不干涉。
协同设计方法
1 基于骨架的关联设计
关联设计是一种创建产品与其上下文中零部件之间几何链接关系，管理产品设计生命周期过程中因果联系的技术，它改变以往通过尺寸驱动、装配约束零部件自底向上生成产品的方法，转而采用先建立产品总体站位和布局的点、线、面（即骨架模型）后通过骨架模型约束和驱动零部件形状和位置的自顶向下的方法，从而实现骨架模型的更改直接带动零部件形状和位置的更新，如图4、图5所示。通过关联设计，可以在进行数模修改之前就提前预估其原因和影响，提前评估修改代价，缩短开发时间。