數字化裝配技術在裝備維修保障中的應用及發展

王帥 宋敬峰

【摘 要】裝備維修保障過程當中末端環節為裝配。裝配的好壞直接關乎著裝備最后的戰技性能。因此，本文在對裝備的維修裝配現狀進行分析的基礎上，介紹了數字化裝配技術。并且對數字化裝配技術在裝備維修保障當中的應用和發展進行了研究，力求進一步促進數字化裝配技術不斷的深入發展。

【關鍵詞】數字化裝配技術；裝備維修；應用；發展

一、裝備維修裝配現狀

（一）人員要求較高

裝備有著技術復雜、裝配復雜以及組成復雜等特征。在對裝備進行維修裝配的時候，零部件有著比較大規模的裝配，其有著靈活形式以及復雜多樣的專業知識，其在維修人員專業素養方面有著比較高的要求。特別在裝備維修保障的時候，面對批量少、品種多以及結構較為復雜的裝備，一定的維修人員通常會感覺到無能為力。

（二）場地的需求比較大

裝配的工藝文件是對維修人員現場裝配操作的一個比較重要的依據。它對裝備最后質量存在著重要的影響。當前，裝備裝配還要利用裝配工藝卡片來對現場裝配進行指導，同時通過一些二維的裝配示意圖進行輔助。在裝配的過程當中，維修人員要占用比較多的現場裝配，對工藝手冊以及圖樣進行比較多的查閱，通過自然的語言來對工藝內容進行描述，同時對比不一樣的手冊以及圖樣，其嚴重對裝備裝配質量以及效率產生影響。

（三）工藝的優化難度大

在裝備的維修裝配過程中，零件之間、結構之間的相對位置以及運動件之間的配合間隙很難進行優化，即使所有裝配零件更換為合格的新件，配合間隙也處于合理的公差范圍之內，也經常會出現裝備維修裝配后性能差異較大的情況。部分在制造上游出現的零件超差等問題，也很難通過對裝配現場失誤的分析來實現裝配質量事故的統計預測。

（四）質量難度比較難保證

裝備在維修裝配的時候，涉及的零部件多達成千上萬個，并且含有眾多的量具、工裝夾具以及操作裝配等等。機構部件間結構關系主要是利用人員的記憶以及靜態裝配的數據形式來表現的。這在裝配的施工比較容易發生錯裝以及漏裝，進而給裝配質量帶來問題，對裝配周期產生一定的影響。裝配精度以及裝配可靠性都是通過人的裝配經驗知識來實現的，裝備可裝配性只有在裝配的時候進行驗證。

二、數字化裝配技術

（一）數字化預裝配技術

數字化預裝配指的是在計算機系統當中構建的裝備零件數字化的模型，同時將這些模型進行應用進而完成裝備零件、成品以及組件等數字化的模型定位、裝配、下架等方面的虛擬操作，進而更好的實現產品裝配以及拆卸的三維動態模擬仿真。利用對裝配仿真的協調分析以及檢查，盡量對裝備設計當中帶來的問題進行及時發現，同時更好的來修改，大大減小裝備研發的周期，減小生產的成本，更好的對傳統裝配過程中設計效率不足以及優化的難度大等問題進行解決。

（二）基于虛擬現實數字化裝配技術

在裝備裝配的時候往往和人為操作所分不來。基于虛擬現實數字化裝配技術就是將標準人體三維模型放入到了虛擬裝配環境當中，并且引入吊車、工裝以及廠房等三維的制造資源模型，通過虛擬現實等手段，更好的實現裝配工人可視性、可操作性、安全性等方面的仿真，讓通過計算機作為中心的設計方式變化成通過人為中心設計方式，更加明顯的體現出交互作用以及真實感。當前，基于虛擬技術數字化裝配技術主要應用在了船舶、船舶和飛機等產品的零件裝配，柔性布線和安裝檢驗等方面。

（三）基于增強現實的數字化裝配技術

不管是數字化預裝配技術，還是基于虛擬現實的數字化裝配技術，都只是對裝備開發前期的裝配設計具有重要的優化、驗證作用，而對裝備后期的實際裝配過程支持有限。基于增強現實的數字化裝配技術就是為解決上述問題而發展起來的。該技術將增強現實技術應用到裝配領域，利用現代計算機技術、信息技術和人工智能技術，將計算機產生的圖形、文字注釋等虛擬信息有機地融合到使用者所看到的真實世界景象中，對人的視覺系統進行影像增強或擴張，通過虛擬零件、虛擬裝配工具和增強裝配提示信息來指導用戶實際裝配操作。

三、數字化裝配技術在裝備維修裝配中的應用趨勢

因為基于增強現實數字化裝配技術有著較強的可操作性，其越來越受到維修人員的喜愛，特別隨著可穿戴設備不斷發展，進而讓基于增強現實數字化裝配技術變為裝備今后維修裝配發展的一個趨勢。可創帶設備是一種新的擴展現實設備，其主要是通過骨傳導技術、語音識別以及虛擬投影等方面的功能，利用圖標、語音、虛擬設備以及文字的形式來對維修人員進行裝配工作進行指導，并且可以通過下面幾個方面來提升裝配的效率，確保裝備更加安全。

（一）進行可視化的指導，提高裝配效率

傳統維修裝配主要是利用裝配工藝卡片來對現場裝配進行指導，通過自然語言來更好的對工藝內容進行描述，進而讓維修人員對工藝以及圖樣存在比較高的依賴性，大大降低了裝配效率。但是，應用基于增強現實數字化裝配技術的時候，裝配工作人員能夠通過維修裝配任務和有關電子手冊直接下載到了可穿戴的設備，在語音、文字以及圖標等形式指導之下，進行實時的可視化維修裝配工作，進而大大提升裝配準確性，減小裝配的時間，降低裝配的成本。

（二）準確判斷定位，迅速排除故障

在裝配現場，維修人員利用可穿戴設備的實景導航和立體定位功能，通過虛擬投影屏幕，可觀看到裝備的內部機械結構、部件裝配次序等，并與所看到的現場裝備進行異常對比，從而有利于快速發現問題，提高排故速度。一些大型裝備的維修裝配常需要多人協作才能完成相關工作，通過佩戴可穿戴設備，裝配人員就可與其他使用裝配人員及管理人員進行網絡云鏈接，實時管理和監控裝備裝配動態，迅速了解自己維修任務中所需要的備件號、庫存情況和位置以及自己所需要的工具的位置，從而有效提升供應保障的速度，減少因等備件、等設備而造成的工作延誤。

（三）記錄裝配過程，便于回溯

采用基于增強現實的數字化裝配技術可實時記錄裝備維修裝配過程，并將其上傳到工作服務器上，一方面，可供質量控制人員檢查維修裝配過程是否規范；另一方面，也可以利用維修裝配記錄，將維修裝配過程具體化，以便初學者迅速掌握維修裝配技巧，從而提高裝配水平，改進裝配工藝。

當前，數字化裝配技術還主要集中應用在裝備的設計制造階段，尤其是飛機的設計制造階段，將數字化裝配技術應用到裝備的維修裝配中，目前還鮮有公開報道。要想實現裝備維修保障的數字化裝配，還需在如下幾個方面加強研究：1）要打通信息孤島，數字化模型是實現數字化裝配的基礎，雖然數字化技術在裝備的設計、制造階段得到了廣泛深入的應用，但在維修保障階段還存在信息孤島現象，數字化工作缺乏統一的規劃、控制和管理；2）要深入研究裝配基礎理論，為數字化裝配技術的發展提供基礎；3）要加強關鍵技術研發，如基于仿真模型的裝配評估、分析與優化技術，在線仿真與裝配過程可視化技術，面向裝配仿真的知識驅動技術和數字化裝配協調與容差分配技術等。

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