民用飛機維修性的虛擬分析與驗證方法

李勤+尹馨+杜瑩

摘 要 作為產品的質量特征，維修性分析需要與民用飛機設計同步進行，而為了避免民用飛機在制造、使用、維修階段暴露維修性缺陷，本文就虛擬維修體系、飛機維修性的虛擬分析與驗證、維修性虛擬評估驗證實例分析進行了詳細論述，希望論述內容能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞 民用飛機；維修性；虛擬分析

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）205-0113-02

在虛擬分析誕生前，民用飛機維修性的分析往往需要制造實物樣機，高成本、難以修改、制造周期長很容易導致民用飛機出現維修性問題，而為了盡可能避免這類問題出現、縮短飛機設計周期和成本，正是本文就民用飛機維修性的虛擬分析與驗證方法開展具體研究的原因所在。

1 虛擬維修體系

在民用飛機維修性的虛擬分析中，虛擬維修環境的建立是一切的基礎和前提，因此，本文選擇DELMIA軟件建立了虛擬維修體系。

1.1 總體框架

采用“虛擬人維修虛擬產品”實現民用飛機虛擬維修過程仿真，即可為民用飛機維修性的虛擬分析與驗證提供有力支持，虛擬維修系統的建立也將由此實現。為盡可能提升民用飛機維修性的虛擬分析與驗證質量，虛擬維修系統應由虛擬人體建模、維修對象、維修工具、維修場景、維修過程仿真模型、人機交互界面構成，數字樣機技術需要與虛擬維修系統實現緊密結合。

1.2 虛擬仿真流程

在應用虛擬維修系統進行的民用飛機維修性的虛擬分析與驗證中，這一虛擬分析與驗證的流程可以簡單概括為“確定分析對象的維修性要求→設計模型的裝入及裝備（CATIA模型）→定義維修作業組成及步驟（維護說明）→維修人員、維修工具選擇（人類測量學數據庫、維修工具庫）→在DELMIA軟件中進行維修性設計分析（可達性與可視性分析、干涉和碰撞分析、工作姿態分析）→維修流程優化→維修性分析→維修性仿真報告”[ 1 ]。

2 飛機維修性的虛擬分析與驗證

2.1 可達性與可視性分析

2.2 干涉和碰撞分析

2.3 工作姿態分析

為保證民用飛機維修人員能夠在維修過程中處于最佳作業姿勢，工作姿態分析必須得到高度重視，這一分析的最終目標為保證維修人員在最佳作業動作下開展維修作業，這一分析需要得到三維建模工具CATIA的姿態評分分析功能支持。具體來說，應用三維建模工具CATIA建立最優人體作業姿態庫，即可有效分析民用飛機維修人員維修過程中的作業姿勢接近最優姿態的程度，工姿態分析自然能夠由此得到較好保障[2]。

2.4 評估與驗證流程

在民用飛機維修性的評估與驗證中，工作人員需要圍繞可達性與可視性分析、干涉和碰撞分析、工作姿態分析開展評估與驗證，其中可達性與可視性分析主要負責判斷維修對象是否處于人體模型的可達空間和可視范圍，具體評估和驗證中需要多次移動人體模型位置和作業姿勢，最終還需要確定可達路徑并開展維修過程仿真；干涉和碰撞分析主要是為了判斷民用飛機的維修過程是否會發生干涉和碰撞，維修過程仿真同樣是其中重要內容；工作姿態分析需要圍繞舒適程度開展評估與驗證，而在定量分析的支持下，三方面工作的質量將得到較好保障。

3 維修性虛擬評估驗證實例分析

為提升研究實踐價值，本文選擇了民用飛機某系統檢測口蓋內故障件的模擬維修過程作為研究實例，該實例的維修性分析、驗證過程可以概括為“打開口蓋→故障檢測→移除遮擋件→選取工具→拆卸螺母→放回工具→分離故障件→移除故障件→更換新件→選取工具→重新裝件→放回工具→重裝遮擋件→檢驗→關閉口蓋”。

3.1 定性分析

定性分析的精髓在于仔細觀察民用飛機虛擬維修過程，在DELMIA軟件支持下，需要設計模型的裝入及裝備、結合人類測量學數據庫與維修工具庫選擇維修人員和維修工具模型，由此即可通過調整保證維修對象處于維修人員模型可達范圍，隨后即可判斷系統檢測口蓋內故障件操作部位、作業是否處于完全可視和最佳視覺區域內，研究實例第一次調整確定了維修部件僅部分可見且不處于最佳視覺區域，因此，需要進一步調整確定最佳角度和定位，由此開展的仿真操作最終確定了研究對象肢和工具存在無碰撞可達路徑且操作姿態處于舒適范圍，這說明研究對象順利通過了定性分析的虛擬分析和驗證。

3.2 定量分析

定量分析屬于研究的關鍵點，這一分析需要圍繞可達性與可視性、干涉和碰撞、工作姿態展開，具體分析如下所示。

3.2.1 可達性與可視性分析

3.2.3 工作姿態分析

在三維建模工具CATIA支持下，可對研究對象拆卸螺母的姿勢開展分析評價，這一分析評價應圍繞右手前臂2個自由度、上臂3個自由度、手和手指的單自由度展開，由此得出的工作姿態分析結果均分值較高，這表明研究對象無需進行工作姿態的自由度優化。

4 結論

綜上所述，民用飛機維修性的虛擬分析與驗證具備較高現實意義。而在此基礎上，本文涉及的虛擬仿真流程、可達性與可視性分析、評估與驗證流程等內容，則證明了研究的實踐價值。因此，在相關領域的理論研究和實踐探索中，本文內容能夠發揮一定參考作用。

參考文獻

[1]夏堅.民用飛機虛擬維修可達性技術研究[J].民用飛機設計與研究，2017（1）：65-68.

[2]郭慶，馬超.基于JACK的民機維修任務仿真及人機工效評估[J].計算機與現代化，2014（11）：82-85，89.endprint