基于CATIA的某型加油車維修可視性分析方法研究

張源濤，馬振利

（解放軍后勤工程學院，重慶401311）

隨著現(xiàn)代裝備科技含量的不斷提高，裝備造價和維修成本也不斷攀升，如何在裝備的生產(chǎn)研制階段，就充分考慮到維修性，以節(jié)省壽命周期費用和如何對現(xiàn)有裝備進行維修性分析，是一個亟待解決的課題。虛擬技術(shù)的發(fā)展，為裝備的維修性分析提供了一種新方法，即只需要建立該裝備的虛擬樣機，就可以對該裝備進行可靠性、維修性等分析。維修部件的可視性，是裝備維修性最基本的指標之一。可視性是指被維修的部件可以被看見的特性。本文以某型加油車為例，提供了一種利用CATIA軟件對裝備進行可視性分析的方法，實現(xiàn)了裝備維修可視化分析的虛擬化、便捷化。

1 CATIA及其視覺分析功能簡介

CATIA是法國達索公司開發(fā)的一套CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng)，它將3D造型、虛擬制造、裝配及人機工程分析等功能集中于一體，提供了各種CAD/CAM/CAE數(shù)據(jù)之間的無縫連接，具有極其強大的三維建模和運動仿真功能。CATIA人機工程摸塊中視覺分析功能（Vision Function）能為裝備的可視性分析提供一種新的手段。CATIA的視覺分析功能，可以確定單眼系統(tǒng)與雙眼系統(tǒng)的視野范圍、視野的最大最小距離、視野聚焦的距離、左右眼的各種視覺區(qū)域，實現(xiàn)視線終端的聚焦中心的定位，還可以劃分眼睛盲點的數(shù)學模型邊界。

利用CATIA進行視覺分析，首先要確定維修部件可視性分析的關(guān)鍵部位，然后調(diào)整人體位置，利用軟件的視覺分析功能，對虛擬維修人員的視野進行分析，保證維修的合理性和符合人機工程學原理，最后得出可視性分析的評價結(jié)論。

2 某型加油車維修部件可視性分析

要通過虛擬方法分析該型加油車的可視性，必須先建立該車的三維模型和虛擬維修人員模型。建立的該車操作艙模型和虛擬人員模型如圖1所示（除去加油卷盤升降裝置）。

圖1 操作艙和虛擬維修人員模型

假設(shè)該車操作艙內(nèi)過濾分離器發(fā)生故障，需要對其進行換件維修，先對待維修部件（過濾分離器）進行可視性分析，主要是利用CATIA人機模塊的視覺功能，分析過程如下。

2.1 找出關(guān)鍵部位，選擇適當?shù)挠^察位置

選擇適當?shù)奈恢茫瑢τ谘b備的可視性有著至關(guān)重要的作用。不同的維修位置，視野是不同的，可視與否的結(jié)論也是不同的。對于換件維修來說，維修部件可視性的好壞，取決于固定該部件或該部件與其他部件連接處等的幾個關(guān)鍵部位，因此要找出待維修部件的可視性分析的關(guān)鍵位置。調(diào)整虛擬維修人員位置，分別在該操作艙左側(cè)，右側(cè)和后側(cè)進行觀察，得到的結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同位置觀察結(jié)果

可以看出，從左側(cè)觀察時，過濾分離器的幾乎所有部件，都被其他管路或者部件擋住了，如圖2（a）所示。而后側(cè)觀察時（除去加油卷盤升降裝置），可以清楚地看見過濾分離器的后側(cè)面以及與其他部件的的連接部位（過濾分離器固定支架和進、出過濾分離器管路），如圖2（c）所示。從右側(cè)觀察時，只可以看見過濾分離器的右側(cè)面，如圖2（b）所示。由于過濾分離器與進、出管路和固定支架相連接，要想實現(xiàn)換件維修，必須把管路和支架從過濾分離器上拆卸分離開來，所以在管路和支架與過濾分離器的連接處，是維修操作的關(guān)鍵部位，也是可視性分析的關(guān)鍵部位。在此只對進、出過濾分離器的管路和過濾分離器的連接處，做可視性分析，支架與過濾分離器的連接處就不贅述了。

確定了關(guān)鍵部位以后，對虛擬人體位置做適當?shù)恼{(diào)整。通過對人體位置的多次調(diào)整，可以確定如圖3所示的位置，并且維修人員以跪姿或者蹲姿進入操作艙，此為觀察過濾分離器進、出管路和連接處的最佳位置。

圖3 虛擬維修人員在操作艙的位置

2.2 利用CATIA軟件人機工程模塊中的視野分析功能

視野是當人的頭部和眼球不動時，人眼能夠察覺到的空間范圍，通常用角度表示。在水平面內(nèi)，人的最大視野是180°，雙眼的視區(qū)大約在左右約60°的區(qū)域內(nèi)。在垂直方向上，假定標準視線是水平的，視野的最大視區(qū)應該是水平線向上50°、水平線以下70°。用單眼看物體時，只能看見物體的平面，即高度和寬度；若用雙眼視物時，具有分辨物體深淺、遠近、位置的能力，形成立體視覺。顏色視野是顏色對眼的刺激能夠引起感覺的范圍，白色視野最大，其次是黃、藍、紅、綠等。但是能夠進行顏色識別的區(qū)域，是在標準視線左右約30°～60°（水平方向），上約30°、下約40°（垂直方向）。視距是人在工作工程中正常的觀察距離。觀察各種部件或裝置時，視距的過遠或者過近，都會影響認知和操作的準確性。一般應該根據(jù)目標物體的大小和形狀以及工作要求來確定視距，一般操作的視距在380～760 mm之間。表1是不同維修任務下視距的推薦值。圖4為CATIA給出的各種視野類型。

表1 不同維修任務的視距的推薦值

維修過程中，為了保證維修工作的安全、快速，應該保持被維修部件在人體的雙眼視區(qū)內(nèi)，并且選在可以進行顏色識別的視區(qū)。要保持這種狀態(tài)，頭部和軀干必須轉(zhuǎn)動或者扭動，但是頭部左右轉(zhuǎn)動不宜超過45°，上下不超過30°，也盡量不要在移動時進行觀察，如圖5所示。我們在CATIA中設(shè)置標準視線左右50°（水平方向），上下30°（垂直方向）為虛擬維修人員的視區(qū)。經(jīng)過計算，在CATIA中的設(shè)置如圖6所示；同時，考慮到過濾分離器的換件維修應該屬于中等粗活，視距應在500 mm以下，在CATIA中設(shè)置視距為400 mm。

圖4 不同視野類型

圖5 觀察姿勢以及視野范圍

圖6 在CATIA中設(shè)置項

調(diào)整后的視圖如圖7所示。

圖7 調(diào)整后的視野

2.3 可視性分析

從圖2、圖7和人體姿態(tài)調(diào)整操作中可以看出，從過濾分離器后側(cè)觀察，并選擇適當觀察位置，過濾分離器與過濾分離器進、出管路連接處清晰可見，并且可以觸及，頭部和頸部在舒適的轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)。通過對CTIIA視野功能參數(shù)的重新設(shè)置，可以清楚地看見過濾分離器、過濾分離器進、出管路及其連接處，保證了維修的合理性和符合人機工程要求。總體評價過濾分離器可視性良好，滿足維修性要求。

3 結(jié)束語

以油料裝備維修性基本要求之一的可視性為出發(fā)點，以過濾分離器為例，提出了利用CATIA軟件視野分析功能進行分析的方法，并介紹了可視性分析的過程。實踐證明該法簡便易行，成本低，是裝備維修性研究的一個重要手段。

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