1、    淺談虛擬維修技術在通用航空維修中的應用分析    周航翁洋摘 要：我國通用航空涵蓋市場運營、綜合保障服務等全產業鏈的新興產業體系，實現了我國民航活動范圍的進一步擴大。隨著大量的飛機投入通用航空中以來，維修保障逐漸成為最突出的問題。而虛擬維修技術的出現，為飛機維修難題帶來發展機遇，促使通用航空業蓬勃發展。本文將針對虛擬維修技術在通用航空維修中的應用展開研究，對虛擬維修技術深入分析，并探索其應用途徑。以期提升虛擬維修技術在通用航空維修中的應用水平。關鍵詞：虛擬維修；通用航空；維修：v267 ：a ：1671-2064（2018）16-0052-02低

2、空空域的開放，為我國通用航空帶來的新的發展空間，成為我國民用航空業發展的另一重要基礎。但隨著其投入量的增加，維修行業面臨著窘迫的局面，維修水平與質量影響著整個航空業的發展。而虛擬維修技術很好的解決了這一問題，利用數字信息技術以及虛擬現實技術等，為維修領域帶來了新的發展空間。進一步提升了維修效率、維修質量，促使航空維修領域進一步發展。1 研究綜述近年來，國內外對虛擬維修技術進行了大量的研究，并廣泛投入航空領域中。其中，vr技術在設備維修方面應用表現最為突出，如美國哈勃望遠鏡虛擬維修系統。時至今日，虛擬維修已經成為工業研究的重要方向之一。nasa建立的航空、衛星維護vr訓練系統、空間站vr訓練系統

3、等為虛擬維修技術提供了新的發展依據。其中，nasa正在研究的vpe實驗計劃，更是進一步拓展了虛擬維修技術的研究范圍。華盛頓州立大學所開發的虛擬裝配設計環境系統，與cad的緊密結合，設計人員在工作初期便能夠直觀的面對拆卸問題，避免維修方面的缺陷。以及，在產品定型、裝配方面的工作，可利用虛擬裝配技術輔助訓練，或進行裝配性試驗工作。賓夕法尼亞大學的hms研究，也是維修仿真技術領域之一。可提供可視圖像以及指示維修系統，通過同步圖像以及指示，為維修人員演示正確維修理論與操作方法1。我國對該方面的研究主要表現在vr技術。在虛擬現實中開發了視覺接口硬件，并突出算法等有關理論知識。以計算機為依托，提供實時三維

4、動態數據，以及虛擬現實演示環境，用于航空維修領域。2 虛擬維修技術分析虛擬維修以計算機為依托，融合數字化與虛擬現實等多項技術，生成虛擬維修樣機以及維修人員三維人體模型。在虛擬場景中模仿真實維修過程，進而對現實產品維修性、維修過程、以及維修效果等進行評級。當前，虛擬維修技術主要表現在以下幾個方面：cad技術的應用。在虛擬維修技術中，三維cad軟件占據重要作用。其是建立虛擬場景的重要環節之一。在航空領域、汽車領域、船舶制造領域等的應用十分廣泛，有效解決分散的方案設計難題。cad軟件利用幾何信息建立三維零件模型，利用幾何約束關系進行零件的裝配，并建立虛擬模型。在航空維修領域中，利用catia軟件對模

5、型之間固有條件進行約束，可有效改善加工、安裝、維修過程中設計的缺陷。優化維修方案。利用虛擬維修技術，對維修準備、拆卸、安裝、以及調整等步驟進行試驗，針對其中可能出現的問題進一步優化。實現三維模型拆卸過程的虛擬演示，并在計算機終端重新制定整個維修計劃，規避維修風險。利用數據分析維修難易程度。虛擬維修技術依托計算機終端，對維修中可能出現的障礙進行分析，并評估維修難度、維修方案等環節。其針對虛擬樣機，預測并發現障礙，預警障礙原因、影響，并提出有關解決對策。維修難度的分析便能夠真實反映維修操作難度系數，并選擇最簡單的維修方案。該功能大大提升了維修人員的工作效率，使得維修工作變得更加簡便2。培訓維修人員

6、。虛擬維修技術利用虛擬樣機，對維修人員進行培訓與指導，使得維修質量進一步提升。其主要順序為：利用cad系統建立幾何模型，并對其基本參數進行設置；在虛擬環境下，模擬拆裝過程，以及有關因素的影響；分析維修方案可行性，利用虛擬維修技術分析其中可能遇到的障礙，并取消可行性較低的維修任務，規避維修風險；利用虛擬維修仿真技術，在安全得到保障的前提下，減少維修人員壓力，提升維修效率；最后，對維修時間進行記錄，合理分析維修過程中操作專業性，操作可行性，進而制定更加合理的維修計劃與方案。3 虛擬維修技術在通用航空維修中的應用3.1 虛擬環境下虛擬裝拆操作的研究（1）建立模型。針對模型中各個零部件的信息，包括其特

7、定形狀、特定功能、形狀在整體上的布局等，以及其基本性能等信息有機結合在一起，構成了完整的零件信息模型。根據裝配體模型，將有關零件集合在一起，并確定零件的裝配關系。零部件在裝配過程中，會有裝配方向的顯示，在該信息中得到與裝配方向相反的拆卸方向，再根據有關因素，平移、旋轉坐標系，構建出三維立體維修坐標系。提取有關零部件，進行拆卸操作。若其中零部件存在多種約束關系，則拆卸方向與約束關系之間形成交集。在拆卸模塊中，對信息的主要描述方法包括圖形表示、關系數據表示以及對象表示法。其拆卸分類主要包括直接或間接拆卸、順序或并行拆卸、破壞與非破壞拆卸法等。在拆卸程度角度，分為完全拆卸、部分拆卸、目標拆卸幾種3。

8、（2）裝配路徑分析。拆卸路線主要為零部件被移動的具體路線，但不包括其再移動到指定位置路線的過程。根據拆卸特點，設計出裝配路徑模塊。在拆卸路線中研究零部件自身轉動問題，由于其轉動角度難以確定，因此在設計時將轉動角度定位90度的整數倍，以便操作。在虛擬維修技術中，工作人員利用裝配路徑，在類中尋找與之對應的零部件進行裝配，進而有效解決對象之間協調問題。3.2 虛擬環境下航空器維護研究（1）分析航空器維修性能。可維修性是針對在規定條件下，以及規定時間內、按照有關流程以及方法對其進行維修的指標。可維修性是航空器維修工作中的重要組成部分，也是虛擬維修技術的重要環節。維修性好壞主要取決于設計階段的維修性評估

9、結果，通常利用維修演示來呈現。傳統可維修性檢測主要利用木質模型以及金屬樣機進行分析與操作，往往需要花費大量的時間與精力，且維修進度與設計存在不可修改性特點，嚴重削弱了維修性檢驗的工作效率。采用虛擬維修技術以來，在滿足用戶基本要求前提下，對維修設備基本參數進行設計，通過人機交換界面，虛擬修理、虛擬操作，虛擬檢驗。從而進一步提升維修程序綜合評估能力，提升飛機維修性評估質量。（2）自動生成文件。在航空器虛擬維修過程中，虛擬維修技術可針對維修人員的虛擬操作，對有關數據進行存儲，并自動生成文件。有利于產品研制中狀態的監測，以及對數據實時跟蹤、調查、控制等基本操作。我國通用航空中便采用維修順序、任務生成、

10、虛擬確認三個系統模塊，對正確性進行檢查，并自動生成有關文件與數據。3.3 虛擬環境下系統與實際操作的研究（1）設計系統結構。針對通用航空維修系統功能將體系結構分為四個方面。其一，界面層，即輸入與輸出界面。為用戶提供命令輸入操作，以及虛擬外界設備的輸入。輸出界面則主要用于向用戶反映處理結果。其二，應用層。其中包括整個通用航空系統的核心環節，包括管理、模型建立、仿真技術、協同配合、分析評估等多項功能。管理主要針對系統的基本任務，維修的主要資源、維修數據的管理。而建模則針對該維修計劃的基本零部件信息，整體信息，維修產品等建立數字模型。仿真技術主要包括對維修操作流程的仿真處理。協同模塊則針對維修中可能

11、發生的沖突與矛盾進行交流。以及分析評估模塊為針對虛擬維修技術的可行性進行分析，預估維修難度指數。其三，對象層。包括虛擬維修技術中的模型建立、協同穩健模型展示、維修資源保存、評估與總結報告等。其四，技術支持層。指各種數據庫、操作系統、cad軟件等硬件與軟件的結合。（2）根據方案調試設備。針對維修樣機制定方案，并準備模擬維修操作中可能用到的設備，準備操作安裝、拆卸、調整等有關準備工作。在三維模型拆卸安裝過程中，利用計算機終端獲取有關數據，分析維修中遇到的障礙，并對方案操作的有效性加以證實與評估4。（3）人機交互技術。人機交互技術是虛擬維修技術的關鍵，亦是人與機器溝通的重要橋梁。不同的系統，其具體功

12、能與有關效果也有所差別，因此所使用的交互設備與方式存在差異。當前，通用航空中與虛擬維修技術有關的設備包括鼠標、鍵盤、特定傳感設備、虛擬外設設備等。維修人員利用虛擬維修培訓桌面式維修系統，利用鼠標與鍵盤對系統進行控制。由于對沉浸感要求較高，因此選用專業攝像頭、數據手套、數據眼鏡、以及遙感設備虛擬控制控制的交互設備。工作人員利用專業設備對樣機進行操作，其動作與思維可完全由自身掌控。4 展望4.1 更完善的維修考核評價功能在虛擬維修技術中，其維修評估模塊式衡量虛擬維修系統質量的重要指標，也是虛擬維修技術的核心所在。當前，虛擬維修系統中訓練方法多種多樣，但其訓練程度相對較低，無法實現操作人員真正的專業

13、水準。以及，針對維修過程中的數據分析與監控技術等，需要進一步提升，加深研究。針對不同的評價指標，以定量分析為最佳方式，有待提升。4.2 更加真實的維修場景維修場景的真實度主要依靠實體三維模型以及維修過程。尤其針對大型復雜的裝備，由于其精密零部件較多，維修工藝更加專業，因此對產品模型信息應更加全面，模型優化方法的要求也將更加專業。但當前虛擬維修技術中信息集成、數據存儲建立等有關技術仍需要進一步提升，加強零部件細節信息的建立。以及，虛擬維修過程中所設計的場景應更加真實，其虛擬維修功能亟待加強5。4.3 通用系數有待提升虛擬維系技術的應用領域十分廣闊，不僅在通用航空中有所體現，還包括各種機械、船舶、

14、汽車等領域。領域的不同其設計要求也存在較大差異，對規范性與綜合性要求有所增加。因此，應改進虛擬維修技術的過程規劃與描述方法，提出通用系數更高的虛擬維修協同設計系統。4.4 人機交互技術的增強人機交互是虛擬維修技術的核心，也是該技術近年來研究的重點領域。雖然其優化方法、優化途徑的研究更加深入，但在當前虛擬維修系統中，大多數環境下用戶與系統之間的交互仍舊不容樂觀。對物體的適當行為、以及虛擬現實技術中的三維模型疊加到現實場景中等問題，需要進一步加深研究，拓寬研究領域。5 結語綜上所述，虛擬維修技術自誕生以來，其涉及的領域十分廣闊。在通用航空領域中，有效保障了維修效率與質量，提升維修航空維修自動化程度。但在該技術的應用與推廣中，應進一步完善系統設計的專業性，提升人才支撐體系。促使我國民航維修工作內容更加豐富。參考文獻1王棟.虛擬維修技術在民用飛機輔助動力裝置可達性分析上的應用j.航空維修與工程，2017，（07）：44-47.2雷蘭.關于航空