民用飛機(jī)虛擬維修可達(dá)性技術(shù)研究

夏 堅(jiān) ∕

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

民用飛機(jī)虛擬維修可達(dá)性技術(shù)研究

夏 堅(jiān) ∕

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

結(jié)合民用飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)的要求和特點(diǎn)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證工作中，闡述了虛擬維修仿真的流程。通過可視性分析、實(shí)體可達(dá)分析、操作空間分析，給出了虛擬維修的可達(dá)性驗(yàn)證方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的維修性設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，從中找出影響維修性設(shè)計(jì)的因素進(jìn)而及時(shí)改進(jìn)，以提高整機(jī)維修性。

維修性設(shè)計(jì)；虛擬維修仿真；可達(dá)性分析

0 引言

維修性作為產(chǎn)品的質(zhì)量特性，是由產(chǎn)品設(shè)計(jì)賦予的使其維修簡(jiǎn)便、迅速和經(jīng)濟(jì)的固有特性，必須在設(shè)計(jì)時(shí)注入[1]。維修性設(shè)計(jì)雖然與飛機(jī)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，但其缺陷通常要到制造階段，甚至使用與維修階段才能發(fā)現(xiàn)。

必須采用先進(jìn)和行之有效的維修性分析、驗(yàn)證評(píng)估技術(shù)，從總體設(shè)計(jì)階段起就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)維修性設(shè)計(jì)缺陷，從而避免維修性工作在時(shí)間上的滯后，并為維修保障分析、維修資料編寫、維修培訓(xùn)等工作提供基礎(chǔ)信息[2]。

虛擬維修分析以基于計(jì)算機(jī)的樣機(jī)代替實(shí)物樣機(jī)，利用數(shù)字樣機(jī)仿真飛機(jī)的維修過程，驗(yàn)證、分析和評(píng)估飛機(jī)的維修性，克服了實(shí)物樣機(jī)制造周期長(zhǎng)、成本高、難以修改的缺點(diǎn)，盡可能早地發(fā)現(xiàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)中可能存在的維修性問題，對(duì)保證飛機(jī)質(zhì)量、可靠性、降低飛機(jī)的維修成本、縮短飛機(jī)設(shè)計(jì)周期具有十分重要的意義[3]。

1 虛擬維修體系

虛擬維修環(huán)境是進(jìn)行維修作業(yè)的虛擬場(chǎng)所，飛機(jī)的維修性虛擬設(shè)計(jì)與驗(yàn)證都要以虛擬維修環(huán)境的建立為前提和基礎(chǔ)，本文結(jié)合DELMIA軟件制定虛擬維修體系。

1.1 總體框架

采用“虛擬人維修虛擬產(chǎn)品”的方式實(shí)現(xiàn)虛擬維修過程的仿真，目的是進(jìn)行產(chǎn)品維修性分析與驗(yàn)證，因此建立以設(shè)計(jì)為中心的虛擬維修系統(tǒng)[4]。完整的虛擬維修系統(tǒng)應(yīng)包括：虛擬人體建模、基于數(shù)字樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的維修對(duì)象、維修工具、維修場(chǎng)景、維修過程仿真模型、人機(jī)交互界面等，其組成框架如圖1所示。

1.2 虛擬仿真流程

確定分析對(duì)象的維修性要求和虛擬環(huán)境的組成要素，導(dǎo)入數(shù)字樣機(jī)模型。根據(jù)維修性要求和分析對(duì)象的維護(hù)說明進(jìn)行維修作業(yè)分解，選擇適當(dāng)?shù)木S修工具進(jìn)行維修分析，不斷循環(huán)往復(fù)，最終使分析對(duì)象達(dá)到維修性要求，并生成虛擬維修分析報(bào)告[5]，流程如圖2所示。

2 虛擬維修可達(dá)性分析

虛擬維修的核心是維修作業(yè)過程的仿真[6]，在虛擬維修作業(yè)過程中，有一系列關(guān)鍵技術(shù)需要解決，本文將針對(duì)維修可達(dá)性技術(shù)進(jìn)行深入研究。維修可達(dá)性是指維修產(chǎn)品時(shí)，接近產(chǎn)品不同組成部分的相對(duì)難易程度。維修性的可達(dá)分析包括：視覺可達(dá)(即可視性)、實(shí)體可達(dá)和操作空間可達(dá)。

2.1 可視性分析

通過構(gòu)造維修部位可視域，確定眼睛可視位置的可行解空間，在此基礎(chǔ)上由人眼生理視野區(qū)域構(gòu)造出可視錐，如圖3所示，根據(jù)維修部位在可視錐中所處的區(qū)域?qū)ζ湟暰€可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

可視性評(píng)價(jià)按維修部位在觀測(cè)到的視野區(qū)域中所分布的位置打分，具體評(píng)分見表1和表2。最終分析出來的級(jí)別越高，可視性越差。

表1 視覺可達(dá)分析結(jié)果判據(jù)

表2 視覺可達(dá)分析結(jié)果描述

2.2 實(shí)體可達(dá)

在虛擬維修過程中，往往要根據(jù)人站立的位置到維修部位之間的距離，并結(jié)合人體工程學(xué)的因素確定在該點(diǎn)進(jìn)行維修對(duì)于人是否舒適。

可達(dá)性評(píng)價(jià)根據(jù)維修對(duì)象與維修人員之間的距離以及人員與設(shè)備之間是否有障礙物來打分，具體評(píng)分見表3。最終分析出來的級(jí)別越高，實(shí)體可達(dá)越差。

表3 實(shí)體可達(dá)分析結(jié)果描述

2.3 操作空間可達(dá)

基于虛擬維修環(huán)境的操作空間的評(píng)價(jià)，通過對(duì)工具進(jìn)行維修運(yùn)動(dòng)仿真和實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)，分析運(yùn)動(dòng)空間的滿足情況。

維修人員在維修過程中手臂和工具的空間分析見表4，維修級(jí)別越高說明操作空間越小，需要為操作空間設(shè)計(jì)提供建議。

表4 操作空間分析結(jié)果描述

3 實(shí)例驗(yàn)證

以某型號(hào)飛機(jī)機(jī)翼盒段某個(gè)隔框?yàn)槔罱ㄌ摂M維修環(huán)境，利用虛擬維修仿真對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行可達(dá)性仿真，仿真對(duì)象為液壓管路連接接頭，如圖4所示。

利用DELMIA軟件對(duì)仿真對(duì)象進(jìn)行仿真，并進(jìn)行可達(dá)性分析，如圖5所示。

根據(jù)軟件分析的結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分級(jí)別如表5所示。根據(jù)表5可以得到，維護(hù)該區(qū)域的連接接頭時(shí)，維護(hù)人員的可視性差、可達(dá)性一般、操作空間差。

表5 可達(dá)性分析評(píng)分級(jí)別

4 結(jié)論

虛擬維修是解決飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)問題的一種有效方法，其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境。本文從定性的角度對(duì)飛機(jī)在DELMIA環(huán)境下維修性的可達(dá)性進(jìn)行了探討，為飛機(jī)系統(tǒng)開展虛擬維修性設(shè)計(jì)和可視、可達(dá)性分析提供了一種技術(shù)途徑，可供開發(fā)虛擬維修分析與評(píng)價(jià)系統(tǒng)參考。

[1] 于永利，郝建平，杜曉明. 維修性工程理論與方法[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[2] 戚燕杰，呂志剛，宋筆鋒. 面向維修的現(xiàn)代大飛機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，26(5):5-9.

[3] 朱名栓，張樹生，等. 虛擬制造系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)[M]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[4] 戴永峰. 民用飛機(jī)維修性虛擬分析與驗(yàn)證方法研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué)，2005.

[5] 李潔．虛擬人及其在某型武器維修訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]. 南京：南京理工大學(xué)，2010.

[6] 楊宇航，李志忠，鄭力. 虛擬維修研究綜述[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17(9):2191-2198.

Research on the Virtual Maintenance Simulation Reachability Technology of Civil Aircraft

XIA Jian

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China)

Combined with the requirements and characteristics of maintainability design for civil aircraft, virtual reality technology is introduced in aircraft maintainability design, analysis, verification work. This paper explains the process of virtual maintenance simulation. By analysis of visibility, entire reachability analysis and operation space analysis, the feasibility verification method of virtual maintenance is given, and the maintainability design evaluation is realized in the design. The factors influencing the maintainability design were found and improved in time in order to improve the aircraft maintainability.

maintainability design; virtual maintenance simulation; reachability analysis

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.01.013

V26

A