面向维修的飞机总体布置设计技术研究

面向维修的飞机总体布置设计技术研究南京航空航天大学博士学位论文姓名刘佳申请学位级别博士专业飞行器设计指导教师李文正201003南京航空航天大学博士学位论文摘要为进一步提高飞机的维修性，最新设计的飞机普遍采用面向维修的设计思想。这给维修性分析、验证和评估的理论发展和技术创新带来了机会，也大大推进了数字化环境下维修性工程的发展。由于飞机总体布置设计阶段对维修性，尤其是机载设备的维修性影响巨大，故开展面向维修的飞机总体布置设计，快速分析评估各个总体布置方案对机载设备维修性的影响，是提高飞机维修性的重要途径。其核心是机载设备拆卸问题，即设备的拆卸序列和拆卸路径。本文综合应用拆卸序列规划技术和虚拟维修技术解决上述问题。以序列规划得到的拆卸序列指导虚拟维修，以虚拟维修得到的拆卸路径和干涉检查结果验证拆卸序列。在拆卸序列规划方面，根据机载设备安装具有维可拆卸的特点，改进了基于网的拆卸序列规划方法采用基体最大化和将紧固件与关联设备合并为整体的方法简化和抽象拆卸结构。针对机载设备肌维可拆卸的特征，扩展了拆卸优先约束关系的取值和表征，就其分析方法进行了讨论，并给出了工程化的简化分析流程。分别基于网（库所变迁系统）和着色网建立了拆卸网模型，研究了拆卸序列和并发拆卸序列的求解方法。在虚拟维修方面，现有的虚拟维修环境大多独立于系统，产品信息的修改以及维修性分析评价结果无法自动反馈到系统中，不仅影响设计效率，而且造成信息孤岛。本文采用“在系统中增加虚拟现实功能”的技术路线，直接在系统上搭建虚拟维修环境建立了集成于系统的虚拟维修环境，研究并实现了数据手套的集成、虚拟环境中的交互技术和立体显示。基于支持信息双向传递的模型，克服了传统虚拟维修系统和系统间难以双向传递信息的瓶颈。以集成化、可扩展、易移植为目标建立了集成于系统的虚拟维修系统体系结构，并基于及其二次开发环境开发了集成于的虚拟维修原型系统，实现了虚拟场景浏览、虚拟拆卸仿真等功能。关键词面向维修的设计，飞机总体布置，拆卸序列规划，虚拟维修，网。产品信息模型，（），埘，、），、，（），陀，骼筑）”南京航空航天大学博士学位论文，图表清单图产品寿命周期中设计变更费用与设计灵活性的对比图论文组织结构图拆卸序列规划的图图飞机机载设备拆卸分解图。图拆卸结构简化和抽象结果。图的示例图多层次设备布置抽象示意图图出口示意图图组件示意图图拆卸集合及其覆盖区域图两个组件间的空间约束关系图出口通道内组件的简化结果图的三条拆卸序列对应的拆卸通道图的两条拆卸通道。图生成流程图以为目标，、和拆除后的约束状态图例的抽象模型、和。图例的可达图图由可达图求取拆卸序列的过程一图并发拆卸序列求解过程图冲突结构。图和简单优先关系简化后的图例的模型图机载设备布置方案及其简化抽象结果。图例的规划过程和图组件的和。图组件改进前后的工具适用情况图引入资源库所后的。图虚拟维修的两个映射和两个平台间的关系图当前虚拟维修系统建模方案图数据手套图位置跟踪器图手模型的关节及运动类型图数据手套的传感器位置。图现实世界坐标和虚拟世界坐标图集成于的虚拟手模型。图基本手势命令南京航空航天大学博士学位论文图混合交互模式图直接虚拟手操作流程图虚拟环境中碰撞检测算法流程图空间剖分法与包围盒法相结合的两级碰撞检测算法图碰撞检测实例图，头盔显示器图立体显示左右图像对图生成过程。图图中的维修过程模型图中的约束信息模型图约束信息模型实例。图中的碰撞检测模型图虚拟维修工作过程。图体系结构图的信息流图虚拟拆卸运行原理图图交互式虚拟拆卸流程图组件模型。图组件的扩展方式图由产品模型扩展得到的模型图虚拟维修过程模型组件图虚拟人组件图总体布置中的维修拆卸应用实例表指标表中拆卸与中拆卸比较表图中各个组件的初始拆卸方向表图中各组件的拆卸集合表的拆卸方向变化情况表简化前后的子网结构模型表拆卸操作及拆卸时间表拆卸时间修正系数表各组件的拆卸时间和维修资源表考虑时间约束时的仿真结果表组件改进后的仿真结果。表考虑维修资源约束的仿真结果表虚拟维修与虚拟装配、维修仿真、维修性可视化的比较。表装配约束类型表模型初始化时间比较。表虚拟维修系统开发环境注释表色机内测试着色网拆卸着色网面向拆卸的设计面向维修的设计面向维修性的设计拆卸优先矩阵拆卸网集成于系统的虚拟维修系统寿命周期费用航线可更换组件车间可更换组件虚拟维修同虚拟维修产品信息模型集成于系统的虚拟维修产品信息模型虚拟现实彳与组件具有拆卸优先约束关系的组件集合组件组件的初始拆卸方向出口。出口通道以相互约束且异步拆卸的组件集合为元素的集合组件可选择的拆卸方向集合与组件在拆卸方向么上具有拆卸优先约束关系的组件集合位于出口通道内的组件集跨越出口通道的组件集合的拆卸集合以相互约束且同步拆卸的组件集合为元素的集合口出南京航空航天大学博士学位论文第一章绪论引言维修性属于产品设计特性，必须在设计时注入。经验表明，在研制中投入美元改进维修性，就有望取得减少寿命周期费用（，）美元的效益【。由此可见，在现代飞机设计中，维修性的重要意义怎么强调都不过分。实践证明，设计完成后的改进、改型都不能彻底改善飞机的维修性。这也是现役飞机虽经多次升级，依然维修性问题频发，普遍存在停场时间长、维修保障费用高、可用性差等问题，已经成为直接影响飞机性能发挥的根本原因。可见，要从根本上解决飞机维修难度大、维修费用高的问题，源头在于设计。维修性缺陷源于设计，却通常要到制造阶段，甚至使用维修阶段才能发现，这使得维修性问题具有“潜伏性”和“滞后性”。所以，必须采取必要手段，提前在设计阶段就充分暴露影响维修工作的设计缺陷，并加以解决，才能改善飞机的维修性，降低维修难度，提高维修效率。面向维修的设计面向维修的设计（，）是指在产品设计时，以满足用户需求为前提，通过分析和研究产品寿命周期中各阶段的特征，进行综合评价和权衡，提高产品的维修性及相关特性（可靠性、保障性、测试性等），使得产品能以最小的维修资源（维修时间、维修人力、维修费用、维修设备等）消耗获得最大的可用性之设计原则、方法和技术【。世纪年代，由于美国军方对飞机发动机可靠性、维修性和保障性的高度重视和苛刻要求，通用电气公司在发动机研制伊始就在设计中考虑维修保障要求，如外场级和中继级维修仅需不超过件普通手工工具，所有航线可更换组件（，）更换时间不超过分钟，维修工时比发动机减少等。从初步设计阶段即开始维修保障设计，通过组织多学科设计团队，制定设计人员可理解的定性和定量指标，坚持维修保障优先，采用一定的技术手段进行设计决策等技术和管理措施，尽量在设计阶段发现设计缺陷，大幅度提高了全尺寸样机的技术状态稳定性。其经验和教训在、等后续型号中得到广泛应用【。到了世纪年代，道格拉斯飞机公司就开始在面向维修的设计中，结合虚拟人模型和模型进行工程设计、维修性设计和人机工效仿到。国外最新研制的飞机普遍采用了思想，即在设计初始阶段就将维修性列为设计指标，加以充分的分析论证，实施综合维修保障计划，使其与整个飞机设计工作同步进行。空中客车飞机的设计就充分体现了思想，飞机尺寸的加大和各种新技术的应用不但没有增加维修难度，反而使维修变得相对简单。鉴于欧洲飞机维修费用高达美元工时【，将设计目标确定为降低直接维修费用，为此提出的设计指标包括计算机模块更换时间为分钟，机轮更换时间为分钟，刹车块、发电机、液压泵等更换时间为分钟，发动机快速更换时间为小时。主起落架更换少于小时，飞行操纵面更换少于个工作日等【们。在提高零部件的可靠性以减少更换需求的同时，增加复式机构以及优化系统余度，并把一些小修小补的工作合并到定期维修中去【。波音飞机为降低维修成本，相比波音飞机，的高维修成本航材使用量，其高维修成本航材只占。由于大量使用复合材料，波音公司改进了一系列修理技术，如快速黏结修理、黏结修理、永久性铆接修理和混合修理等。波音公司不仅对的所有多项维修任务在数字化环境下进行了验证，还将在飞行试验阶段和生产初期对其中最关键的多项维修任务进行使用确认。波音公司预计的维修成本将比降低，而且不会像传统飞机那样随着使用年限的增加而上升。可见，不仅仅是预测飞机整机、系统或零部件的故障率，而是要力求以最少的维修操作和成本完成整机、系统或零部件的维修工作。是飞机设计工作的重要组成部分。虽然维修性设计作为的核心有其特定的工作内容、程序和方法，但在飞机研制过程中，维修性设计必须与其他设计工作紧密结合，及时交互有关设计资料，进行必要的设计协调，才能保证设计出的飞机易于使用和维修，减少或避免由于技术上不协调导致的设计返工和对人力、物力、财力的浪费。主要包括以下工作提出基本维修思想，即对寿命周期内如何提供维修保障以保证飞机正常工作给予明确说明。这是整个飞机设计和维修性设计的基本依据，根据维修思想可建立维修性模型，协调开展飞机设计和维修性设计工作。在选择飞机设计方案时，为设计部门提供与维修性设计相关的技术支持，提供适用于各类系统和零部件的定性和定量的数据资料和相关信息，并提出维修性设计准则。参加飞机零部件材料和结构的选择，开展维修性分析工作，确定维修性特性要求。按要求进行详细的权衡研究，提出设计和修改建议。利用特定的模型或设计手段进行维修性验证与评估工作，以确定最合适的设计方案。面向维修性的设计面向维修性的设计（哆，）是的首要组成。是一种涉及设计者和用户的设计策略是指在产品设计初期就进行维修性设计，把维修性纳入产品设计过程，并优先加以考虑，通过设计与验证实现维修性要求，以减少所需的维修时间和南京航空航天大学博士学位论文维修资源，最终实现提高产品可用性，降低寿命周期费用的目标。这不仅是提高产品质量的客观需要，也是用户的迫切需求。与传统的维修性设计思想相比，两者虽然在具体的工作内容和项目上有所相同，但更加重视和强调开展这一系列设计活动的时机和过程。的原理在产品开发初期就要重点考虑维修性源于这样的事实，即维修和相关费用累计超过了产品的购置费用，维修费用已经成为产品寿命周期费用的重要组成；由维修需求导致的设计变更费用也会随着设计工作的推进而呈指数级增加。如图所示，在产品概念设计阶段，设计更改的灵活性最大，且成本最低；随着产品接近生产阶段，设计变更的灵活性大大降低，而成本急剧上升。设计费用和灵活性产品开发阶段图产品寿命周期中设计变更费用与设计灵活性的对比的实施过程的设计要求与维修性设计基本一致，主要包括简化设计与维修、具有良好的维修可达性、提高标准化和互换性、完善的防差错措施和标识、保证维修安全、符合人机工效等。若不在产品设计过程中通过一定的程序加以保证，这些设计要求很容易被忽视。通过以下闭环流程得以实施】以为目标，建立一支由设计、制造、维修和客户服务，乃至用户等方面代表组成的设计团队。收集和分析来自技术服务、外场维修、客户调查和保修记录等方面的数据（分析工具包括失效模式及影响分析、故障树分析、帕累托分析和石川图等）。数据经整合处理后用于决策支持。确定维修思想。有些维修思想已由客户确定，其他的则需要设计团队自己开发。设计团队可以从上一步获得的信息中提炼出产品的维修思想。经过筛选排序，将最重要的维修思想升格为设计约束条件。将选定的维修思想纳入产品设计过程。使用所选择的维修思想设计产品。在这个阶段，设计更改的灵活性最大，设计变更成本也最低。设计、分析、测试并改进产品。根据分析和测试结果推进设计。评估维修思想，并加以修订。这些阶段，设计灵活性减少，设计变更成本上升。完成产品设计，开始生产并投放市场。此时，维修特性的更改灵活性低、成本高。收集现场维修数据，客户的反馈和维修信息。利用这些数据评估产品性能，改进产品设计（第步）和设计新产品（第步）。提高产品的安全性、经济性和其他特性。如果第步性能评估的结果低于预期，可能导致设计，甚至维修思想的变更。此时，修改产品设计是非常困难和极为昂贵的。只有被客户直接要求，或出于安全性考虑，或确实存在巨大的经济利益，才会进行修改。重复过程以设计新一代产品，适当修正设计规则，开发新的设计工具和方法。的度量可通过维修指标和工业标准加以衡量。维修指标主要包括设计特性、费用和性能三类，见表所示。表指标维修指标设计特性可达性可测试性标准化人机工效修理时间费用修理费用总拥有成本维修人员薪资维修管理费用培训费用停场时间总维修时间性能每年的维修工作指令维修人员数量次生故障以及是复杂系统工程，涉及的问题相当广泛。除了转变设计思想，改进工作管理外，设计技术手段的建立与提升也必不可少。面向维修的飞机总体布置飞机总体布置是完成飞机总体方案初步设计的综合结果。当飞机的总体布局得到确定并进行了综合优化后，即可开展飞机总体布置工作。其具体任务是对飞机内部各舱段的机载设备，以及各系统管路、电缆的通路进行布置和协调，重点是对机身内部进行协调布置，以确定机身的最大横截面、机身总长度和总体积等并根据调整重心的要求最后确定机身与机翼、尾翼、发动机等的位置关系在总体布置的基础上对飞机的几何外形进行修形与完善；对飞机的重量、南京航空航天大学博士学位论文重心位置进行校核【。军用飞机内部的总体布置主要包括座舱布置、发动机和进排气系统布置、燃油箱及其系统布置、雷达及各系统设备舱布置、舱炮及武器布置等。飞机总体布置决定了系统和设备的构型，而构型又直接决定了维修可达性的好坏。从维修性设计的角度，对飞机总体布置提出的要求半数以上都直接与机载设备和机件的可达性以及维修拆装有关，主要有【飞机上各系统、设备和机件应尽量采用专舱布局，各专舱中的设备及组件应尽量单层排列，以免维修时交叉作业影响维护操作。在飞机总体布置时，应考虑给维修人员在拆装设备、机件时留有必要的维修空间。应设置电气、液压、冷气和环控等系统的外部维护点和测试点，并布局在便于接近的位置上。管路、线路敷设时应尽量避免里外重叠，以便于观察和维护。管路、线路连接部分应设在舱口或口盖处，并易于拆装和更换等。可见，总体布置对飞机的维修性具有决定性影响。根据思想，这意味着在完成传统的飞机总体布置工作的同时，必须从维修和维修性的角度对总体布置方案进行分析、验证和评估，考察其对维修性的影响。传统的维修性分析、验证与评估工作依赖于物理样机。物理样机不仅造价高，而且制造严重滞后于设计。特别是在总体设计阶段，由于缺乏物理样机，设计团队不仅无法有效开展维修性相关工作，成员之间也因为没有具体实物，交流起来极为不便。加之，传统的维修性分析手段自动化程度远不及胱等工程技术，尤其是定性分析大多采用手工方法，不易与其他计算机辅助设计工具进行集成。随着飞机设计逐步系列化、平台化，大量的改进改型，尤其是机载设备的搭配组合和升级换代，使得飞机构型不断变化。特别是在总体布置方案设计过程中，构型的更改极为频繁。这就需要不断地、快速地对新方案进行分析评估，确定其维修性好坏。而传统的维修性分析、验证与评估技术对此也是难以胜任的。这些需求进一步催生了新兴的维修性设计分析技术，美国年颁布的就明确将基于人体模型的分析技术、数字样机、仿真和虚拟现实、人工智能等技术列入其中。本文研究内容问题和技术路线随着航空电子和电气设备的飞速发展，机载设备大幅增加，对提高飞机性能和可靠性起到了积极的作用，但也给可靠性、维修性设计带来了新问题。机载设备的可靠性从某种意义上讲是靠着大量的可靠性测量分析和储备实现的，但测试设备和储备单元不可能无限增加，而故障作为随机事件又不可避免，所以在现代飞机设计中，对关键设备进行适当可靠性储备的同时，必须更多地关注可维修性设计，使飞机的故障诊断和维修既方便又快捷。机载设备不断增多使设备的布置越来越复杂，一般应综合考虑以下原为保证系统设备的拆装及使用维护方便，设备舱应尽量布置在结构开敞性和可达性较好的部位，且设备舱都应安排布置宽大且可快速拆卸的维护检查口盖；对某些空间尺寸较大的设备舱，需多层布置设备时，应将经常维护检查的设备或故障率高、无自检功能的设备放在外面而将不需经常拆装维修、具有自检测功能的设备、较重的设备布置在可达性较差的内层；在设备布置时应在设备之间留有足够的间隙，间隙大小根据设备的大小、固定安装形式及拆装要求而定，并应考虑伸手安装所需的间隙。显然，这些原则都是针对可达性与维修拆装的。此外，由于机载设备机内测试（，）技术不断发展与完善，故障诊断所需时间大幅缩短，设备拆装时间在维修时间中所占比例进一步加大。相对于维修工作中的其他活动（如准备、调整、保养、检验等），拆装时间受可达性影响较大。所以目前有关维修和维修性方面的研究有很大一部分是围绕设备拆装及其与维修时间和维修资源之间的关系展开的。由节可知，面向维修的飞机总体布置工作的重点在于快速分析总体布置方案对维修性的影响。具体到机载设备则可认为主要是快速分析总体布置方案对设备可达性和拆装性能的影响。保证机载设备可达性的主要措施有三个方面合理设置各设备的位置，留有适当的维修操作空间，包括工具的使用空间；提供便于观察、检测、维护和修理的通道由于飞机内部空间紧张，设备多层布置在所难免，为接近目标设备必须拆除其他设备，此时合理的拆卸序列就显得极为重要。从问题属性上看，两点可归纳为设备间的静态干涉，拆卸过程中设备和工具与其他设备的动态干涉。以及设备的拆卸路径问题，而第点则是典型的拆卸序列规划问题。从技术的适应性上看，数字仿真技术的强项在于逻辑运算和推理，主要用于决策优化类问题，但在几何运算方面能力不足，不适用于几何干涉类问题。而数字样机和虚拟现实技术，以及当前基于这两种技术形成的虚拟维修技术，拥有极强的三维显示功能，以及几何方面强大的运算能力，是干涉检查、检验拆卸路径和维修通道的有力工具；但在实际操作中，用户不太可能用这种方式找出所有的拆卸序列，而且目前用这种方式获得的拆卸时间与实际情况也有定的差距，所以不太适合用于拆卸序列和维修过程规划之类的问题。可见，这两类技术都无法单独完成基于飞机总体布置方案的可达性和拆卸性能分析评估工作，只有将两者有机结合才能胜任。本文以机载设备的拆卸活动为研究对象，采用拆卸序列规划技术搜索出可行的拆卸序列，南京航空航天大学博士学位论文以指导维修性设计与分析；采用虚拟维修技术对设备进行拆卸仿真，检查拆卸过程中的干涉情况，生成拆卸路径，以确认拆卸序列的正确性。研究内容和组织结构本文分别对基于拆卸优先约束关系的拆卸网建模和分析方法，以及集成于系统的虚拟维修系统进行了研究。主要内容如下中的拆卸序列规划就中的拆卸问题与面向拆卸的设计（较，得到了寿命终止拆卸和维修拆卸的区别和联系。分析了面向维修的飞机总体布置中机载设备的安装特征，选取以拆卸优先约束关系和网为关键技术的解决方案。根据机载设备的安装特点，通过确定基体和处理连接件等方法对模型加以简化。拆卸序列规划中的约束关系分析了维可拆情况下的拆卸优先约束关系，引入出口通道等概念，给出相应的规则和分析方法。讨论了多种复杂维约束下，拆卸优先约束关系的描述与分析方法，并修改拆卸优先矩阵的取值和表征。分析了拆卸过程中约束状态的变化过程。基于拆卸优先约束关系的拆卸网模型基于拆卸优先约束关系和库所变迁网（系统）建立了拆卸网（，）模型，给出相应的生成算法，分析了网模型的有界性、可达性、并发性等特性及其工程意义，并给出了求解拆卸序列和并发拆卸序列的方法。简化模型以提升其性能。同时给出了模型的子网结构，以利于模块化建立此类网络。针对网建模存在的缺陷，给出基于着色网（，）进行了分析比，）建立拆卸着色网（，）模型的思路和算法，使网模型进一步简化，表达能力和性能进一步提高。就面向维修的机载设备总体布置给出具体实例，演示了的仿真过程及其扩展能力。集成于系统的虚拟维修环境探讨了虚拟维修技术的内涵。基于系统与虚拟现实技术，建立了集成于系统的虚拟维修环境。集成于系统的虚拟维修原型系统的设计与实现基于支持信息双向传递的产品信息模型，通过对产品信息模型的扩展表达虚拟维修信息，使虚拟维修信息模型与产品信息模型相互传递数据，可使虚拟维修设计结果及时反馈给其他设计活动，其他设计活动的改变也能及时在虚拟维修环境中得到体现。设计了集成于系统的虚拟维修系统的体系结构和关键组件。并初步实现了沉浸式虚拟维修仿真功能。论文共分为六章。其组织结构见图。图论文组织结构南京航空航天大学博士学位论文第二章面向维修拆卸的产品描述面向维修的拆卸拆卸及其分类拆卸是采用一定的工具和手段，解除产品中零部件间的连接和约束关系，将零部件分离出来的过程。其目的和应用领域包括零部件的重用、再制造、产品维修和材料回收等】。拆卸包含两部分工作解除作用于目标件的约束，以一定的方向将其取出。实现这两部分工作必须了解待拆件与产品的连接关系，拆卸方向上的阻碍情况，待拆件在产品中的位置信息，以及拆卸工具和时间等与拆卸难易程度和经济性相关的信息。拆卸的分类可以按照不同标准进行。】。按拆卸操作对零部件的损伤程度可分为非破坏性拆卸、部分破坏性拆卸和完全破坏性拆卸。按产品的拆解程度可分为完全拆卸和部分拆卸。按拆卸工艺可分为顺序拆卸和并行拆卸。按自动化程度可分为自动拆卸、半自动拆卸和手工拆卸。此外，按从产品中拆下零部件时所需的拆卸线形移动方向的改变次数，可分为维可拆和维可拆。维可拆指从中拆下时，在空间或平面内需要次连续的线形移动，而维可拆指从中拆下只需次线形移动即可】。中的拆卸中的拆卸与中的拆卸既紧密联系，又具有明显的差异。中拆卸与中拆卸的比较详见表【们。表中拆卸与中拆卸比较中的拆卸拆卸目的拆卸程度拆卸方式研究内容获得需要修理或更换的零部件全部或部分拆卸非破坏性拆卸降低拆卸成本或缩短拆卸时间中的拆卸为产品同收作准备以部分拆卸为主非破坏性拆卸，破坏性拆卸在拆卸成本与环境影响之间进行权衡与相比，因追求的目标不同，在信息的收集、分析评价的准则等方面存在一定差异，导致的分析方法未必完全适用于维修拆卸。因此在借鉴方法时，应根据维修的特点考虑以下几个方面】从拆卸对产品的影响上看，维修拆卸需要接近维修部位，为确保维修任务顺利完成而解除必要的约束，对目标件进行无破坏性拆卸，并使其可以重新装配。从拆卸形式上看，对于不同的维修类型需采取不同的拆卸形式。整体拆卸对应于预防性维修中的保养、定检或结构修理，要求对装备整体或局部进行完全分解；目标拆卸对应于修复性维修中故障件的更换，拆卸过程中应尽量不移动或少移动其他零部件。从拆卸深度上看，维修拆卸通常停止于，不同的维修级别对应不同的。从追求目标上看，维修拆卸在注重拆卸时间和成本的同时，更关注拆卸的可达性、安全性以及人机功效方面的要求。拆卸序列规划的过程和方法拆卸序列规划过程拆卸序列规划主要是为了解决在一定的约束条件下“如何拆卸”的问题，核心任务是搜索最优或次优的拆卸序列。拆卸序列规划通常包括描述产品、生成序列和评价序列三个部分，如图所示【。产品信息（数据库）图拆卸序列规划的图产品描述从拆卸的角度对产品进行描述。拆卸规划的主要约束是拆卸操作的优先关系，决定了拆卸操作的执行顺序。拆卸过程中，优先关系主要源于几何和拓扑约束。拆卸序列生成通过自动检测零部件间的连接关系生成拆卸序列，这需要高效的拆卸序列生成方法。为了获得最优或次优的拆卸序列，应找出产品所有可能的拆卸序列。拆卸序列评价拆卸序列规划的最终目标是找到在某个费用或时间约束下最优或次优的拆卸序列。南京航空航天大学博士学位论文拆卸序列规划方法拆卸序列规划通常分为装配关系描述和拆卸序列求解两个方面。装配关系描述产品描述必须能够反映各零部件之间的装配关系，常采用基于图论的建模方法，如无向图、有向图、图、网等，根据产品装配图中零部件之间的几何信息和拓扑信息表达零部件间的装配关系】。当零部件数目较多或配合关系较为复杂时，易造成拆卸序列的组合爆炸。同时基于图论方法建立的拆卸模型对拆卸的经济性、拆卸成本等因素考虑较少伫卯。耍拆卸序列求解拆卸序列的求解方法主要有四类基于拆卸优先约束关系的方法这类方法的关键是获取拆卸优先约束关系口）。虽然采用人机交互的方式获取优先关系工作量大且可能出错，而自动获取又有一定的难度，但是一旦得到优先关系将比较容易求得拆卸序列。文献提出了约束图模型，将零部件之间的物理接触关系定义为约束，并定义了装配有限约束，但约束需要用户交互输入。文献【】基于优先约束关系的装配子网对发动机部件的装配序列建模，在给定的装配评价准则下求解最优装配序列。目前，这类方法面临的主要问题是随着产品零部件数量增加而导致的组合爆炸问题。基于子装配体识别的方法克服组合爆炸问题的途径之一是基于子装配体将装配结构层次化，即把序列规划问题分解为若干子问题，从而有效减小序列生成的复杂性。文献【】根据模块化思想建立模块化拆卸模型，自动生成产品层次网络图，把包含零部件数目较多的产品分解成不同的部件，在不同层次上构建单元网络图，使图形搜索只在包含有限个节点的单元网络图上进行，以缩小图形搜索空间。文献【】提出拆卸层次信息图模型，零部件的拆卸优先约束矩阵为拆卸层次信息图模型中节点的构建提供基础信息，从产品模型中自动提取这一信息是实现自动建模的前提。拆卸法通过几何计算和推理从零部件的装配状态演绎出零部件拆卸的初始方向，只要满足“可拆即可装”这一假设即可。如借助装配图对零件进行两两空间干涉校验，从而得出拆卸序多。以上三类方法均以相对简单的装配模型信息为基础，通过几何推理获得拆卸序列。虽然方法具有很好的通用性，但无法克服计算时间的指数爆炸问题，而且由于没有考虑非几何信息在序列规划中的重要性，所以得到的序列不一定符合实际工艺流程。基于知识推理的方法采用一阶谓词逻辑来表达产品结构、序列优先约束和装配资源约束等知识，通过人机交互获取装配优先约束、通过图搜索算法求解产品配合特征图的最小割集来产生序列。这类方法利用装配知识进行推理，但有一定的局限性，完全基于知识推理进行序列规划可能得不到可行的序列。文献【】结合工程实际，提出一种基于工程语义信息的拆卸序列规划算法，核心是借助工程语义信息，生成有限数目的拆卸顺序集，解决目前拆卸规划算法求解空间过大的问题，并通过拆卸运动过程的干涉检验，确定可行的拆卸路径。此外，常见的推理方法还有遗传算法等启发式算法【，。维修拆卸属于目标拆卸，这方面的研究主要有波传导法和遗传算法等。基于网的拆卸序列规划网因其具有完整的数学描述和强大的过程建模能力而在拆卸研究领域得到广泛应用。提出了拆卸网（进行了深入研究。指出拆卸规划就是确定的最佳变迁触发顺序。为解决某些拆卸操作的不确定问题，采用了为子装配体的所有拆卸操作附加不同优先级的方法，还将成功率引入拆卸操作并集成到的决策过程中】。，）的概念【，和对的规划过程就是从产品模型中提取基于几何关系的拆卸优先矩阵（，）并自动转换成，再根据成本方程确定最优拆卸方案。证明了所构造的是具有活性的、有界的和可逆的【】。文献【】考虑设备拆卸时的经济性问题，建立了基于网的最优拆卸序列模型。文献【】分别采用启发式搜索算法和优先级调度算法求解最小可分解和最大可装配变迁集，通过构造最简子网，达到降低搜索难度、减小网模型规模的目的。文献【】采用层次化的时间着色网建立维修工作描述模型，探讨了网描述逻辑条件与时序的关系，并给出了维修工作建模程序。文献【】采用模糊推理网建立拆卸序列决策模型，实现将产品中若干零部件作为子装配体进行拆卸的自动识别，从而大大降低了拆卸的复杂性，有效地缓解了组合爆炸问题。飞机机载设备拆卸序列规划总体方案机载设备安装特点典型的飞机机载设备拆卸分解如图所示。南京航空航天大学博士学位论文口盖及其紧固螺钉口盖及其紧固螺钉大气数据计算机及其紧固螺钉飞控计算机及其紧固螺钉一控制器及其紧固螺钉射频前端及其减震支柱和紧固螺栓收发组合及其减震支柱和紧固螺栓一、）哆）图飞机机载设备拆卸分解图这类安装的维修拆卸主要具有以下特点设备和结构件（如口盖）众多，主要依靠连接（套）件（如螺栓减震支柱）安装在机体结构上，通过拆卸连接件达到拆卸的目的。不同维修级别的拆卸深度不同。级通常将设备作为整体进行拆卸，车间可更换组件（，）级则要对设备做进一步分解。连接件主要为螺栓、螺钉、电气连接件、管路连接件及其附件等，连接形式较为简单但数量较多，部分连接件可达性较差，如位于机体内侧的连接件。拆卸方向可能不唯一，是典型的维拆卸。一是指设备具有多个初始拆卸方向，即存在多条拆卸路径；二是指设备在拆卸过程中可能改变移动的方向，即拆卸路径存在方向变化，故不宜使用单一方向（如、等）表示拆卸方向。此外，还需考虑整个拆卸路径上其他设备对该设备的阻碍作用。设备自身的形状、位置和连接方式，以及机体结构直接影响设备拆卸的顺序、路径和时间，并对操作空间的开敞性和工具的可达性构成制约。如图中的框使设备不能直接拆下，而必须先拆下设备或。而且由于结构空间有限，拆卸这些设备，尤其是内侧连接件时，体积较大的电动扳手和普通直柄扳手都无法使用，需要用弯柄套筒扳手。拆卸时间不仅取决于拆卸序列的长短（即拆卸件的数量），还要考虑设备间的约束和遮蔽对操作空间开敞性的影响，以及设备对拆卸资源（人员和工具等）的需求等影响因素。实际维修过程依赖大量的技术性约束和维修经验，对其定量化和公式化较为困难。上述特征中，特征反映了连接件对机载设备拆卸作业的影响，可通过识别拆卸基体和子装配体、移除基本连接件、划分拆卸层次等方法处理，目的在于尽量减少单个拆卸层次中参与拆卸规划的组件数量。特征反映了这类安装形式的约束特征，即以空间儿何约束、程技术约束、维修资源（人员、具）约束等为主，几何拓扑约束为辅。其中空间约束是硬约束，必须得到满足。总体方案首先，对于飞机这类复杂装配体，如果拆卸模型完全按照零部件装配关系来表达，极易造成模型过度复杂，拆卸序列推理难以进行。因此需要对设备和零部件进行简化抽象，减少参与序列规划的组件数量，再分析简化后的拆卸优先约束关系。其次，网因其描述能力强、易于扩展、数学基础良好、可提供定性与定量相集成的分析手段等优势，在拆卸序列规划中得到广泛应用。文献运用网对拆卸序列进行了研究，但均未考虑设备以及零部件之间的约束关系这一决定拆卸先后顺序的重要因素。文献】和“】虽然考虑了零部件间的约束关系，但所用信息图、网络图等分析方法缺乏严格的数学定义，不能清楚地描述拆卸过程。文献虽然基于零部件间的约束关系建立了网模型，但仅限于优先关系，对复杂的优先关系缺乏描述，不能识别拆卸过程中的并发、冲突等情况，且其网模型与普通网差异较大，不易利用现有软件进行仿真和分析。再次，目前的拆卸序列规划以研究相互接触的机械零部件为主，对机载设备研究较少。鉴于以上情况，提出如下拆卸序列规划总体方案以飞机机载设备拆卸过程为研究对象，基于总体布置方案的装配模型。根据拆卸目标确定拆卸基体并处理连接件，以减少参与规划的组件数量，简化参与规划的设备形式。分析、识别组件间的拆卸优先约束关系，使用改进的拆卸优先矩阵加以描述，并分析约束状态的变化过程。根据拆卸优先矩阵建立模型，要求所建模型的动态性质符合工程实际，并求解拆卸序列。基于评价标准（如拆卸时间最短等）定量分析拆卸序列，确定最优拆卸序列。选择网作为建模工具，除了前面提到的优点外，还考虑了以下因素可以以为基网，加入人员（工种和人数）、工具（种类和数量）、时间（定值或分布函数）等约束条件，建立面向拆卸任务的网模型以评估维修过程；对模块化设计的产品可建立分层的网模型。这两点在工程上都有其实际应用价值，基于图论的方法一般无法做到。下面介绍前两步的工作，并将参与拆卸序列规划的设备、结构件和零部件统称为组件。模型的简化与抽象基体及其最大化拆卸过程中，首先要选定一个基准件作为最后被拆卸的零部件。其选取原则主要有重量大、重心低，体积大，与其他零件连接数多，刚性大，通常选用底座、箱体等。本文选择飞机的机体结构作为基准件，但飞机机体结构与以往的基准件（箱体等）相比有所不同，主要体现在南京航空航天大学博