虛擬維修技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用

鄭青

【摘 要】虛擬維修技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用于航空維修之中，作為一種新興的維修技術(shù)，其對(duì)于航空維修水平的提升具有至關(guān)重要的價(jià)值。文章基于虛擬維修技術(shù)的概念和需求，就其技術(shù)和具體應(yīng)用展開分析，以促進(jìn)其在航空維修中的進(jìn)一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】虛擬維修技術(shù);航空維修;應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】V267 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）12-0076-03

虛擬維修技術(shù)主要是借助虛擬的現(xiàn)實(shí)場景，構(gòu)建不同的虛擬維修環(huán)境，由維修人員對(duì)其實(shí)施仿真操作，切實(shí)提升了維修水平和質(zhì)量，具有操作簡便、程序可視、信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

1 虛擬維修技術(shù)的概念

當(dāng)前，對(duì)虛擬維修技術(shù)的定義國內(nèi)外還沒有形成統(tǒng)一。在已有的文獻(xiàn)資料中，Kimura將虛擬維修技術(shù)定性為一種計(jì)算機(jī)輔助工具，而虛擬維修技術(shù)的本質(zhì)，就是借助信息技術(shù)等生成的虛擬環(huán)境，并在其中開展維修性的工程活動(dòng)的技術(shù)手段。通過虛擬維修仿真對(duì)象的建立，維修人員根據(jù)維修的特點(diǎn)對(duì)可能出現(xiàn)問題的地方進(jìn)行預(yù)測和判斷，并制訂完善的維修方案，切實(shí)解決各項(xiàng)故障問題，以達(dá)到改進(jìn)虛擬維修對(duì)象性能，不斷優(yōu)化維修流程的目的[1]。在航空維修的應(yīng)用過程中，由于航空設(shè)備的復(fù)雜性，虛擬維修技術(shù)對(duì)于維修人員的綜合能力有著更高的要求，所以必須加強(qiáng)對(duì)維修人員的技能培訓(xùn)，不斷提升其維修技術(shù)，確保維修效率和質(zhì)量。

2 虛擬維修技術(shù)在航空維修中的價(jià)值

2.1 確保航空維修技術(shù)的綜合性

航空維修屬于一項(xiàng)綜合性的工程，其維修成效直接決定了航空裝備的使用周期，再加上設(shè)備種類較多，維修的方式和工具也多種多樣，因此使用虛擬維修技術(shù)能夠確保航空維修技術(shù)的綜合性。

2.2 確保航空維修快速反應(yīng)

航空維修的反應(yīng)實(shí)踐和航空裝備維修保障系統(tǒng)物流效率直接相關(guān)，所以維修人員運(yùn)用虛擬維修技術(shù)對(duì)相關(guān)裝備進(jìn)行查看，對(duì)維修任務(wù)進(jìn)行構(gòu)建，能夠在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)相關(guān)設(shè)備的性能進(jìn)行精準(zhǔn)分析，從而切實(shí)提升航空維修的反應(yīng)速率。

2.3 降低航空維修環(huán)境的復(fù)雜性

在實(shí)際的維修過程中，航空維修環(huán)境具備了一定的復(fù)雜性，而使用虛擬維修技術(shù)，不僅能夠降低航空裝備的維修保障費(fèi)用，還能夠基于不同的問題實(shí)施科學(xué)劃分，降低維修環(huán)境的復(fù)雜性，使維修過程更加簡便、高效。

2.4 降低航空維修資源消耗性

大量的資源消耗是航空維修中不可忽視的一個(gè)內(nèi)容，維修人員不僅要有意識(shí)地降低資源消耗量，還應(yīng)當(dāng)著重提升自己的維修綜合技能，在實(shí)際的操作過程中，如果依靠單一的模塊維修仿真資源，并不能夠達(dá)到較好的維修要求和成效，所以維修人員必須利用多方面的資源，借助虛擬維修技術(shù)，展開協(xié)同維修作業(yè)，降低不必要的資源消耗[2]。

3 虛擬維修技術(shù)分析

虛擬維修技術(shù)主要依托于各種信息技術(shù)，生成虛擬維修樣機(jī)和維修人員三維人體模型。通過將航空裝備運(yùn)用虛擬的場景展現(xiàn)出來，對(duì)各項(xiàng)裝備的維修性、維修過程和維修效果等進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，從而達(dá)到提升維修水平的目的。

目前，虛擬維修技術(shù)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)層面。

（1）CAD技術(shù)的應(yīng)用。CAD軟件在整個(gè)虛擬維修技術(shù)中占據(jù)著十分重要的位置，它也是建立航空裝備虛擬場景的重要環(huán)節(jié)之一。CAD軟件借助幾何信息建立三維零件模型，并運(yùn)用幾何約束關(guān)系進(jìn)行零件的裝備和構(gòu)建，最終有效地解決各個(gè)分散的問題和難題。在實(shí)際的航空設(shè)備維修領(lǐng)域中，CATIA軟件能夠在原有的基礎(chǔ)上對(duì)各項(xiàng)設(shè)備模型進(jìn)行加工、安裝和維修，解決設(shè)計(jì)缺陷[3]。

（2）優(yōu)化維修方案。將虛擬維修技術(shù)應(yīng)用于航空設(shè)備維修中，能夠?qū)Ω鱾€(gè)步驟和零件進(jìn)行拆卸和試驗(yàn)，針對(duì)可能存在的潛在問題實(shí)施進(jìn)一步的優(yōu)化，降低使用風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)用三維模型拆卸相關(guān)設(shè)備零件，并借助計(jì)算機(jī)終端重新定制已有的維修計(jì)劃，能夠有效地減少使用安全隱患，對(duì)可能存在的障礙進(jìn)行分析，評(píng)估維修難度和維修方案。將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，幫助維修人員選擇最簡便的維修方案，能大大提升維修人員的工作效率。

（3）培訓(xùn)維修人員。借助虛擬樣機(jī)，能夠?qū)S修人員的綜合技能實(shí)施針對(duì)性的培訓(xùn)，在虛擬場景下，維修人員能夠分析維修方案的可行性，并積極模擬不同的拆裝過程，將不可操作或者是可行性操作較低的任務(wù)予以取消，有效地規(guī)避實(shí)際維修過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，并全方位地提升了維修的安全性和維修效率。

4 虛擬維修技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用途徑

4.1 虛擬環(huán)境下的虛擬裝拆操作

（1）建立模型。針對(duì)航空設(shè)備中的各個(gè)零部件信息，建立專門的虛擬模型，將設(shè)備的形狀、功能和整體布局予以明確，并將其基本性能等信息有機(jī)地結(jié)合，能夠構(gòu)建出一個(gè)完成的零部件信息模型。同時(shí)，根據(jù)不同模型的實(shí)際情況，將零部件有機(jī)集合在一起，能夠幫助維修人員進(jìn)一步明確各個(gè)零部件之前的關(guān)系;進(jìn)而在實(shí)際的裝配過程中，會(huì)出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的裝配步驟顯示，維修人員也能在該提示中獲得相反的拆卸方向，根據(jù)實(shí)際的影響因素、平移或旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將有關(guān)零部件提出來，再實(shí)施后續(xù)的拆卸操作。如果設(shè)備中的零部件之間存在多種約束關(guān)系，且實(shí)際的拆卸方向和約束關(guān)系之間具有或多或少的交集，那么維修人員在拆卸模型中，還需要針對(duì)信息的描述、圖形的標(biāo)識(shí)及關(guān)系圖表等展開進(jìn)一步的思考，以此達(dá)到完全拆卸、部分拆卸或目標(biāo)拆卸[4]。

（2）裝配路徑分析。航空設(shè)備的拆卸路線主要是指零部件被移動(dòng)的具體路線，但是不涵蓋其他移動(dòng)到指定位置的過程。維修人員可以根據(jù)零部件的拆卸特點(diǎn)，將裝配路徑的模塊設(shè)計(jì)出來，在拆卸路線中研究零部件自身轉(zhuǎn)動(dòng)的問題，為了方便研究人員的實(shí)際操作，在設(shè)計(jì)的時(shí)候還可以將轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定位為90°的整倍數(shù)，利用裝配路徑，以達(dá)到有效解決協(xié)調(diào)問題的目的。

4.2 虛擬環(huán)境下的航空器維修

（1）分析航空器維修性能?；诂F(xiàn)有的航空器維修工作，可維修性是其中一個(gè)關(guān)鍵組成，要求維修人員在一定的條件和時(shí)間內(nèi)，嚴(yán)格按照操作流程執(zhí)行工作，對(duì)出現(xiàn)問題的部分進(jìn)行維修。通常情況下，可以借助維修演示呈現(xiàn)，進(jìn)而對(duì)維修的好壞進(jìn)行評(píng)估。傳統(tǒng)的可維修性檢測主要是借助木質(zhì)模型和金屬樣機(jī)進(jìn)行分析和操作，這往往會(huì)浪費(fèi)維修人員大量的精力和時(shí)間成本，且維修的進(jìn)度又存在不可逆的特點(diǎn)，所以大大制約了維修性檢驗(yàn)的工作效率。運(yùn)用虛擬維修技術(shù)，不僅能夠滿足維修實(shí)際需求，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的維修設(shè)備參數(shù)，還能夠通過人機(jī)交換的界面，實(shí)現(xiàn)修理、檢驗(yàn)全過程的操作，全方位地提升了飛機(jī)維修性評(píng)估質(zhì)量。

（2）自動(dòng)生成文件。虛擬維修技術(shù)可以針對(duì)維修人員的虛擬操作，將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的上傳和存貯，并自動(dòng)生成文件，幫助維修人員實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和追蹤控制。目前，我國大部分的航空維修中采用了維修順序、任務(wù)生成和虛擬確認(rèn)3個(gè)系統(tǒng)模塊，結(jié)合維修實(shí)際需求，對(duì)正確性逐一進(jìn)行檢查，并自動(dòng)生成最終數(shù)據(jù)[5]。

4.3 虛擬環(huán)境下系統(tǒng)和實(shí)際操作

（1）設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一般情況下，針對(duì)航空維修系統(tǒng)功能可以將其體系結(jié)構(gòu)劃分為4個(gè)層面：第一，界面層也就是輸入和輸出界面。在該界面中，虛擬環(huán)境能夠?yàn)榫S修人員提供命令輸入操作和外界設(shè)備的輸入;而輸出界面則被用于向維修人員反映處理結(jié)果。第二，應(yīng)用層涵蓋了管理、模型建立、分析評(píng)估等多項(xiàng)功能，針對(duì)不同系統(tǒng)的基本任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)維修資源、數(shù)據(jù)的全方位管理，并針對(duì)維修計(jì)劃中的各項(xiàng)零部件信息，構(gòu)建較為完善的數(shù)字模型。通過由維修人員對(duì)各個(gè)操作流程進(jìn)行仿真處理，不僅能夠切實(shí)解決維修過程中可能發(fā)生的各種沖突和矛盾，還能夠加強(qiáng)交流與分析，對(duì)虛擬維修技術(shù)進(jìn)行可行性分析，較為精準(zhǔn)地評(píng)估維修的難度等級(jí)。第三，對(duì)象層具體涵蓋了虛擬維修技術(shù)中的模型建立、協(xié)同穩(wěn)健模型展示、維修資源保存、評(píng)估等。第四，技術(shù)支持層主要是指在虛擬維修技術(shù)中各個(gè)信息設(shè)備、軟硬件的有機(jī)結(jié)合。

（2）依據(jù)方案調(diào)試設(shè)備。針對(duì)維修樣機(jī)的實(shí)際情況，制訂針對(duì)性的改進(jìn)方案，并準(zhǔn)備模擬維修操作中可能運(yùn)用到的設(shè)備，積極做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。在三維模型的拆卸安裝過程中，維修人員可以借助相應(yīng)的信息服務(wù)終端，獲得有關(guān)數(shù)據(jù)，分析維修中遇到的障礙和具體內(nèi)容，從而對(duì)維修方案實(shí)施有效的證實(shí)和評(píng)估。

（3）人機(jī)交互技術(shù)。作為虛擬維修技術(shù)的關(guān)鍵，人機(jī)交互技術(shù)也是目前一種新型的應(yīng)用方法。在不同的維修系統(tǒng)中，由于航空設(shè)備的各項(xiàng)功能和其使用效果的差別不同，所以使用人機(jī)交互技術(shù)的方式也不同。目前，在航空虛擬維修技術(shù)中包含鍵盤、鼠標(biāo)、特定傳感設(shè)備等。維修人員借助虛擬維修系統(tǒng)對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行控制，選用專業(yè)的攝像頭、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)眼鏡及遙感設(shè)備虛擬控制控制的交互設(shè)備，以此滿足設(shè)備維修需要沉浸感更高的要求，在人機(jī)操作模式中，其動(dòng)作和思維都能夠完全由維修人員自身掌控。

5 虛擬維修技術(shù)的展望

5.1 進(jìn)一步完善維修考核評(píng)價(jià)功能

在航空維修中運(yùn)用虛擬維修技術(shù)，其需要維修評(píng)估模塊衡量其維修系統(tǒng)質(zhì)量。由于目前航空虛擬維修系統(tǒng)中的開展模式豐富多樣，且不同的訓(xùn)練程度對(duì)于維修人員的專業(yè)水準(zhǔn)要求不同，所以應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提升虛擬維修技術(shù)的考核評(píng)價(jià)功能，及時(shí)收集維修過程中的數(shù)據(jù)資料，基于不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，將定量分析作為最佳模式，進(jìn)一步提升其評(píng)價(jià)功能。

5.2 強(qiáng)化更真實(shí)的虛擬維修場景

虛擬維修場景主要是借助實(shí)體三維模型及維修過程，特別是針對(duì)航空設(shè)備中的大型部件，它包含了大量的精密零件，而且維修工藝也更加專業(yè)。所以，虛擬維修技術(shù)應(yīng)當(dāng)更加全面地收錄產(chǎn)品模型信息，提升模型優(yōu)化方法的專業(yè)性，進(jìn)一步研究技術(shù)中的信息繼承等，在原有的基礎(chǔ)上促使虛擬維修場景更加真實(shí)。

5.3 提升虛擬維修技術(shù)中的通用系數(shù)

虛擬維修技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，它涵蓋了航空、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域。針對(duì)不同的領(lǐng)域，其實(shí)際的應(yīng)用要求也存在差異，所以必須提升虛擬維修技術(shù)的通用系數(shù)，推動(dòng)技術(shù)過程的規(guī)范性和綜合性，設(shè)計(jì)出協(xié)同性更好的虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

5.4 增強(qiáng)人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)作為虛擬維修技術(shù)的核心關(guān)鍵，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人機(jī)交互也是近年來科技重點(diǎn)研究方向。目前，虛擬維修技術(shù)中，用戶和系統(tǒng)之間的交互方式和結(jié)果還存在很大的提升空間，如何對(duì)物體的適當(dāng)行為和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的三維模型疊加到現(xiàn)實(shí)場景中，可以加深研究，以此拓展技術(shù)研究領(lǐng)域。

6 結(jié)語

在航空維修中，虛擬維修技術(shù)能夠顯著提升維修效率和質(zhì)量。當(dāng)前，我國虛擬維修技術(shù)的應(yīng)用還存在很大的改良空間，因此研究人員還需要借助先進(jìn)信息技術(shù)，加大研究力度，圍繞航空維修技術(shù)的核心，不斷改進(jìn)維修方式，降低維修成本，推動(dòng)航空維修現(xiàn)代化水平的進(jìn)一步提升。

參 考 文 獻(xiàn)

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