基于VR/AR的飛機(jī)起落架排故與分析

鄭明俊　施浩　張嵩逸

摘要：本文提出了基于VR/AR技術(shù)對飛機(jī)起落架排故和分析。本文首先對零部件進(jìn)行測繪建模，然后將模型導(dǎo)入vr，再對其進(jìn)行編程，使得VR系統(tǒng)能夠進(jìn)行排故訓(xùn)練演示及分析檢測功能。這便使得沒有經(jīng)驗的維修人員在維修前能夠反復(fù)在vr中練習(xí)來減少失誤，讓現(xiàn)實(shí)維修變得更為安全快捷。

關(guān)鍵詞：VR;飛機(jī)起落架;排故分析;檢測

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）15-0248-02

1 概述

在飛機(jī)維修中，維修步驟的標(biāo)準(zhǔn)與否直接關(guān)系到了飛機(jī)能否正常起飛，然而現(xiàn)如今維修技術(shù)人員在維修飛機(jī)時，可能會出現(xiàn)排故手冊圖片不清及過程繁雜模糊的情況，導(dǎo)致維修出錯，現(xiàn)代社會有許多運(yùn)用vr技術(shù)模擬維修的實(shí)例。比如，礦山設(shè)備維修仿真 VR 系統(tǒng)，它能動態(tài)地預(yù)演維修保障過程，用來解決維修保障是否合理的問題【1】. VR 技術(shù)，它最鮮明的特點(diǎn)便是虛擬現(xiàn)實(shí)性，其中虛擬維修、研發(fā)設(shè)計以及操作使用是幾個主要的研究方向【2】。故本文通過vr設(shè)備，讓維修人員能夠在模擬的維修場景中進(jìn)行練習(xí)以及學(xué)習(xí)，從而減少現(xiàn)實(shí)過程中維修出錯的概率。

2 VR場景建立

2.1 起落架模型及工具的建立

首先需要對起落架各部件零件以及維修工具進(jìn)行精確測量，在3dmax軟件中，通過倒圓角，布爾等方法，將模型做得更為精細(xì)。完成后，將文件格式改為fbx，導(dǎo)入unity3d軟件。之后在場景中先添加地面以及房間，再通過添加燈光使得模型在vr中可見，最后通過材質(zhì)球，對模型進(jìn)行渲染，使得整體模型（圖1）在vr中更為貼近真實(shí)。

2.2零件模型及工具的編程

要使零件與工具能夠被使用者通過手柄操縱所移動，需要在unity3d中，對每個零件進(jìn)行c語言的編寫，使之能夠?qū)崿F(xiàn)手柄和模型間的交互（圖2）。通過在unity3d中添加定位程序，使操縱者能夠在vr中自由走動，或通過手柄進(jìn)行移動。以及定位零件所在正確位置，用于檢測使用者在模擬排故時是否出錯。

3 模擬排故與分析的功能模塊

在vr設(shè)備中，系統(tǒng)會模擬出起落架各種系統(tǒng)所出現(xiàn)得不同故障情況，維修人員則需要在虛擬環(huán)境中，對其進(jìn)行排故。

3.1 排故仿真演示

在vr系統(tǒng)中，使用者能夠通過手柄按鍵，讓vr設(shè)備根據(jù)排故手冊中的步驟，自動對起落架故障部位實(shí)行模擬排故，系統(tǒng)會詳細(xì)模擬出工具使用，零件拆裝步驟及方法，完成對于起落架故障部位排故的整體演示，使用者能夠在vr環(huán)境中，全方位詳細(xì)的觀看排故演示，防止在實(shí)際操縱中因排故手冊不清而導(dǎo)致排故失誤。

3.2排故訓(xùn)練

在排故的過程中，使用者首先需要對系統(tǒng)所模擬出的故障進(jìn)行分析，并根據(jù)維修手冊上的步驟，對故障部位進(jìn)行維修。使用者能夠控制手柄對零件和工具進(jìn)行選擇，所被選擇的模型會通過高亮顯示，再通過扣動扳機(jī)，使模型隨手柄進(jìn)行移動，如完成螺絲的拆卸（圖3），讓使用者能夠通過手柄操縱工具，再通過工具的移動與旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)零件的裝配與拆卸，對起落架進(jìn)行維修。在排故的同時，若使用者發(fā)生了拆裝步驟的錯誤，系統(tǒng)會在零件旁彈出文本框提示使用者發(fā)生錯誤（圖4），以此保證排故的準(zhǔn)確。

在排故完成后，系統(tǒng)會對排故后的起落架再次進(jìn)行檢測，確保排故的正確，若出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會讓使用者再一次進(jìn)行排故，并指出上一次排故出錯零部件，此時使用者可以進(jìn)行觀看排故演示或再一次的排故分析訓(xùn)練。

4結(jié)論

起落架作為飛機(jī)中的重要部分，維修的好壞直接影響到了飛機(jī)的安全性能，然而在實(shí)際操作中，維修者可能因為經(jīng)驗不足，以及排故手冊的說明不明確，導(dǎo)致對起落架的維修不能良好進(jìn)行。將VR應(yīng)用于維修，不僅能減少消耗成本，而且能使操作者通過操作虛擬設(shè)備得到操作真實(shí)設(shè)備的效果【3】。故本文通過vr系統(tǒng)，在虛擬場景中模擬出起落架的各種故障，通過排故仿真演示以及排故訓(xùn)練，使得維修人員能夠應(yīng)對各種情況，更清晰的了解維修過程，豐富經(jīng)驗。故通過這一軟件，能在起落架的維修中起到了重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏勇.面向數(shù)字化維修保障體系的礦山設(shè)備維修仿真VR系統(tǒng)的構(gòu)建[J].煤礦機(jī)械，2011（5）：198-199.

[2] 楊國政.VR 技術(shù)在車輛虛擬維修中的應(yīng)用分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（5）.

[3] 劉玉海.VR 在裝備維修中的應(yīng)用研究[J].計算機(jī)工程，2001（8）：132-133.

[4] 高紅星，左洪福. 面向未來的民航數(shù)字化維修[J]. 航空維修與工程，2005（2）：24-26.

[5] 包永華. 基于VR 技術(shù)的分析儀器虛擬維修拆裝教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代食品，2017（24）.

[6] Fernandes P. Demo： Multi-user virtual world simulator of F-16 aircraft engine mechanical maintenance，2013.

[7] 嚴(yán)海峰，王樹宗. 虛擬維修技術(shù)在軍械保障訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報，2000，12（3）：91-93.

[8] 劉玉海，張錫恩.VR 在裝備維修中的應(yīng)用研究[J].計算機(jī)工程，2001，27（8）：132-133.

[9] Tae-Jung Kim， Bi-directional education contents using VR equipments and augmented reality，2018（22）.

【通聯(lián)編輯：唐一東】