民用飛機(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)證方法

李勤+尹馨+杜瑩

摘 要 作為產(chǎn)品的質(zhì)量特征，維修性分析需要與民用飛機(jī)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，而為了避免民用飛機(jī)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(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)證、維修性虛擬評(píng)估驗(yàn)證實(shí)例分析進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望論述內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞 民用飛機(jī)；維修性；虛擬分析

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）205-0113-02

在虛擬分析誕生前，民用飛機(jī)維修性的分析往往需要制造實(shí)物樣機(jī)，高成本、難以修改、制造周期長(zhǎng)很容易導(dǎo)致民用飛機(jī)出現(xiàn)維修性問題，而為了盡可能避免這類問題出現(xiàn)、縮短飛機(jī)設(shè)計(jì)周期和成本，正是本文就民用飛機(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)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(jī)維修性的虛擬分析中，虛擬維修環(huán)境的建立是一切的基礎(chǔ)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(chǎn)品”實(shí)現(xiàn)民用飛機(jī)虛擬維修過程仿真，即可為民用飛機(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)證提供有力支持，虛擬維修系統(tǒng)的建立也將由此實(shí)現(xiàn)。為盡可能提升民用飛機(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)證質(zhì)量，虛擬維修系統(tǒng)應(yīng)由虛擬人體建模、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)交互界面構(gòu)成，數(shù)字樣機(jī)技術(shù)需要與虛擬維修系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合。

1.2 虛擬仿真流程

在應(yīng)用虛擬維修系統(tǒng)進(jìn)行的民用飛機(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)證中，這一虛擬分析與驗(yàn)證的流程可以簡(jiǎn)單概括為“確定分析對(duì)象的維修性要求→設(shè)計(jì)模型的裝入及裝備（CATIA模型）→定義維修作業(yè)組成及步驟（維護(hù)說明）→維修人員、維修工具選擇（人類測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)庫、維修工具庫）→在DELMIA軟件中進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)分析（可達(dá)性與可視性分析、干涉和碰撞分析、工作姿態(tài)分析）→維修流程優(yōu)化→維修性分析→維修性仿真報(bào)告”[ 1 ]。

2 飛機(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)證

2.1 可達(dá)性與可視性分析

2.2 干涉和碰撞分析

2.3 工作姿態(tài)分析

為保證民用飛機(jī)維修人員能夠在維修過程中處于最佳作業(yè)姿勢(shì)，工作姿態(tài)分析必須得到高度重視，這一分析的最終目標(biāo)為保證維修人員在最佳作業(yè)動(dòng)作下開展維修作業(yè)，這一分析需要得到三維建模工具CATIA的姿態(tài)評(píng)分分析功能支持。具體來說，應(yīng)用三維建模工具CATIA建立最優(yōu)人體作業(yè)姿態(tài)庫，即可有效分析民用飛機(jī)維修人員維修過程中的作業(yè)姿勢(shì)接近最優(yōu)姿態(tài)的程度，工姿態(tài)分析自然能夠由此得到較好保障[2]。

2.4 評(píng)估與驗(yàn)證流程

在民用飛機(jī)維修性的評(píng)估與驗(yàn)證中，工作人員需要圍繞可達(dá)性與可視性分析、干涉和碰撞分析、工作姿態(tài)分析開展評(píng)估與驗(yàn)證，其中可達(dá)性與可視性分析主要負(fù)責(zé)判斷維修對(duì)象是否處于人體模型的可達(dá)空間和可視范圍，具體評(píng)估和驗(yàn)證中需要多次移動(dòng)人體模型位置和作業(yè)姿勢(shì)，最終還需要確定可達(dá)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(jī)的維修過程是否會(huì)發(fā)生干涉和碰撞，維修過程仿真同樣是其中重要內(nèi)容；工作姿態(tài)分析需要圍繞舒適程度開展評(píng)估與驗(yàn)證，而在定量分析的支持下，三方面工作的質(zhì)量將得到較好保障。

3 維修性虛擬評(píng)估驗(yàn)證實(shí)例分析

為提升研究實(shí)踐價(jià)值，本文選擇了民用飛機(jī)某系統(tǒng)檢測(cè)口蓋內(nèi)故障件的模擬維修過程作為研究實(shí)例，該實(shí)例的維修性分析、驗(yàn)證過程可以概括為“打開口蓋→故障檢測(cè)→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(yàn)→關(guān)閉口蓋”。

3.1 定性分析

定性分析的精髓在于仔細(xì)觀察民用飛機(jī)虛擬維修過程，在DELMIA軟件支持下，需要設(shè)計(jì)模型的裝入及裝備、結(jié)合人類測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)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(diào)整保證維修對(duì)象處于維修人員模型可達(dá)范圍，隨后即可判斷系統(tǒng)檢測(cè)口蓋內(nèi)故障件操作部位、作業(yè)是否處于完全可視和最佳視覺區(qū)域內(nèi)，研究實(shí)例第一次調(diào)整確定了維修部件僅部分可見且不處于最佳視覺區(qū)域，因此，需要進(jìn)一步調(diào)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(duì)象肢和工具存在無碰撞可達(dá)路徑且操作姿態(tài)處于舒適范圍，這說明研究對(duì)象順利通過了定性分析的虛擬分析和驗(yàn)證。

3.2 定量分析

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

3.2.1 可達(dá)性與可視性分析

3.2.3 工作姿態(tài)分析

在三維建模工具CATIA支持下，可對(duì)研究對(duì)象拆卸螺母的姿勢(shì)開展分析評(píng)價(jià)，這一分析評(píng)價(jià)應(yīng)圍繞右手前臂2個(gè)自由度、上臂3個(gè)自由度、手和手指的單自由度展開，由此得出的工作姿態(tài)分析結(jié)果均分值較高，這表明研究對(duì)象無需進(jìn)行工作姿態(tài)的自由度優(yōu)化。

4 結(jié)論

綜上所述，民用飛機(jī)維修性的虛擬分析與驗(yàn)證具備較高現(xiàn)實(shí)意義。而在此基礎(chǔ)上，本文涉及的虛擬仿真流程、可達(dá)性與可視性分析、評(píng)估與驗(yàn)證流程等內(nèi)容，則證明了研究的實(shí)踐價(jià)值。因此，在相關(guān)領(lǐng)域的理論研究和實(shí)踐探索中，本文內(nèi)容能夠發(fā)揮一定參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1]夏堅(jiān).民用飛機(jī)虛擬維修可達(dá)性技術(shù)研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2017（1）：65-68.

[2]郭慶，馬超.基于JACK的民機(jī)維修任務(wù)仿真及人機(jī)工效評(píng)估[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2014（11）：82-85，89.endprint