浅谈虚拟维修技术在通用航空维修中的应用分析

1、    浅谈虚拟维修技术在通用航空维修中的应用分析    周航翁洋摘 要：我国通用航空涵盖市场运营、综合保障服务等全产业链的新兴产业体系，实现了我国民航活动范围的进一步扩大。随着大量的飞机投入通用航空中以来，维修保障逐渐成为最突出的问题。而虚拟维修技术的出现，为飞机维修难题带来发展机遇，促使通用航空业蓬勃发展。本文将针对虚拟维修技术在通用航空维修中的应用展开研究，对虚拟维修技术深入分析，并探索其应用途径。以期提升虚拟维修技术在通用航空维修中的应用水平。关键词：虚拟维修；通用航空；维修：v267 ：a ：1671-2064（2018）16-0052-02低

2、空空域的开放，为我国通用航空带来的新的发展空间，成为我国民用航空业发展的另一重要基础。但随着其投入量的增加，维修行业面临着窘迫的局面，维修水平与质量影响着整个航空业的发展。而虚拟维修技术很好的解决了这一问题，利用数字信息技术以及虚拟现实技术等，为维修领域带来了新的发展空间。进一步提升了维修效率、維修质量，促使航空维修领域进一步发展。1 研究综述近年来，国内外对虚拟维修技术进行了大量的研究，并广泛投入航空领域中。其中，vr技术在设备维修方面应用表现最为突出，如美国哈勃望远镜虚拟维修系统。时至今日，虚拟维修已经成为工业研究的重要方向之一。nasa建立的航空、卫星维护vr训练系统、空间站vr训练系统

3、等为虚拟维修技术提供了新的发展依据。其中，nasa正在研究的vpe实验计划，更是进一步拓展了虚拟维修技术的研究范围。华盛顿州立大学所开发的虚拟装配设计环境系统，与cad的紧密结合，设计人员在工作初期便能够直观的面对拆卸问题，避免维修方面的缺陷。以及，在产品定型、装配方面的工作，可利用虚拟装配技术辅助训练，或进行装配性试验工作。宾夕法尼亚大学的hms研究，也是维修仿真技术领域之一。可提供可视图像以及指示维修系统，通过同步图像以及指示，为维修人员演示正确维修理论与操作方法1。我国对该方面的研究主要表现在vr技术。在虚拟现实中开发了视觉接口硬件，并突出算法等有关理论知识。以计算机为依托，提供实时三维

4、动态数据，以及虚拟现实演示环境，用于航空维修领域。2 虚拟维修技术分析虚拟维修以计算机为依托，融合数字化与虚拟现实等多项技术，生成虚拟维修样机以及维修人员三维人体模型。在虚拟场景中模仿真实维修过程，进而对现实产品维修性、维修过程、以及维修效果等进行评级。当前，虚拟维修技术主要表现在以下几个方面：cad技术的应用。在虚拟维修技术中，三维cad软件占据重要作用。其是建立虚拟场景的重要环节之一。在航空领域、汽车领域、船舶制造领域等的应用十分广泛，有效解决分散的方案设计难题。cad软件利用几何信息建立三维零件模型，利用几何约束关系进行零件的装配，并建立虚拟模型。在航空维修领域中，利用catia软件对模

5、型之间固有条件进行约束，可有效改善加工、安装、维修过程中设计的缺陷。优化维修方案。利用虚拟维修技术，对维修准备、拆卸、安装、以及调整等步骤进行试验，针对其中可能出现的问题进一步优化。实现三维模型拆卸过程的虚拟演示，并在计算机终端重新制定整个维修计划，规避维修风险。利用数据分析维修难易程度。虚拟维修技术依托计算机终端，对维修中可能出现的障碍进行分析，并评估维修难度、维修方案等环节。其针对虚拟样机，预测并发现障碍，预警障碍原因、影响，并提出有关解决对策。维修难度的分析便能够真实反映维修操作难度系数，并选择最简单的维修方案。该功能大大提升了维修人员的工作效率，使得维修工作变得更加简便2。培训维修人员

6、。虚拟维修技术利用虚拟样机，对维修人员进行培训与指导，使得维修质量进一步提升。其主要顺序为：利用cad系统建立几何模型，并对其基本参数进行设置；在虚拟环境下，模拟拆装过程，以及有关因素的影响；分析维修方案可行性，利用虚拟维修技术分析其中可能遇到的障碍，并取消可行性较低的维修任务，规避维修风险；利用虚拟维修仿真技术，在安全得到保障的前提下，减少维修人员压力，提升维修效率；最后，对维修时间进行记录，合理分析维修过程中操作专业性，操作可行性，进而制定更加合理的维修计划与方案。3 虚拟维修技术在通用航空维修中的应用3.1 虚拟环境下虚拟装拆操作的研究（1）建立模型。针对模型中各个零部件的信息，包括其特

7、定形状、特定功能、形状在整体上的布局等，以及其基本性能等信息有机结合在一起，构成了完整的零件信息模型。根据装配体模型，将有关零件集合在一起，并确定零件的装配关系。零部件在装配过程中，会有装配方向的显示，在该信息中得到与装配方向相反的拆卸方向，再根据有关因素，平移、旋转坐标系，构建出三维立体维修坐标系。提取有关零部件，进行拆卸操作。若其中零部件存在多种约束关系，则拆卸方向与约束关系之间形成交集。在拆卸模块中，对信息的主要描述方法包括图形表示、关系数据表示以及对象表示法。其拆卸分类主要包括直接或间接拆卸、顺序或并行拆卸、破坏与非破坏拆卸法等。在拆卸程度角度，分为完全拆卸、部分拆卸、目标拆卸几种3。

8、（2）装配路径分析。拆卸路线主要为零部件被移动的具体路线，但不包括其再移动到指定位置路线的过程。根据拆卸特点，设计出装配路径模块。在拆卸路线中研究零部件自身转动问题，由于其转动角度难以确定，因此在设计时将转动角度定位90度的整数倍，以便操作。在虚拟维修技术中，工作人员利用装配路径，在类中寻找与之对应的零部件进行装配，进而有效解决对象之间协调问题。3.2 虚拟环境下航空器维护研究（1）分析航空器维修性能。可维修性是针对在规定条件下，以及规定时间内、按照有关流程以及方法对其进行维修的指标。可维修性是航空器维修工作中的重要组成部分，也是虚拟维修技术的重要环节。维修性好坏主要取决于设计阶段的维修性评估

9、结果，通常利用维修演示来呈现。传统可维修性检测主要利用木质模型以及金属样机进行分析与操作，往往需要花费大量的时间与精力，且维修进度与设计存在不可修改性特点，严重削弱了维修性检验的工作效率。采用虚拟维修技术以来，在满足用户基本要求前提下，对维修设备基本参数进行设计，通过人机交换界面，虚拟修理、虚拟操作，虚拟检验。从而进一步提升维修程序综合评估能力，提升飞机维修性评估质量。（2）自动生成文件。在航空器虚拟维修过程中，虚拟维修技术可针对维修人员的虚拟操作，对有关数据进行存储，并自动生成文件。有利于产品研制中状态的监测，以及对数据实时跟踪、调查、控制等基本操作。我国通用航空中便采用维修顺序、任务生成、

10、虚拟确认三个系统模块，对正确性进行检查，并自动生成有关文件与数据。3.3 虚拟环境下系统与实际操作的研究（1）设计系统结构。针对通用航空维修系统功能将体系结构分为四个方面。其一，界面层，即输入与输出界面。为用户提供命令输入操作，以及虚拟外界设备的输入。输出界面则主要用于向用户反映处理结果。其二，应用层。其中包括整个通用航空系统的核心环节，包括管理、模型建立、仿真技术、协同配合、分析评估等多项功能。管理主要针对系统的基本任务，维修的主要资源、维修数据的管理。而建模则针对该维修计划的基本零部件信息，整体信息，维修产品等建立数字模型。仿真技术主要包括对维修操作流程的仿真处理。协同模块则针对维修中可能

11、发生的冲突与矛盾进行交流。以及分析评估模块为针对虚拟维修技术的可行性进行分析，预估维修难度指数。其三，对象层。包括虚拟维修技术中的模型建立、协同稳健模型展示、维修资源保存、评估与总结报告等。其四，技术支持层。指各种数据库、操作系统、cad软件等硬件与软件的结合。（2）根据方案调试设备。针对维修样机制定方案，并准备模拟维修操作中可能用到的设备，准备操作安装、拆卸、调整等有关准备工作。在三维模型拆卸安装過程中，利用计算机终端获取有关数据，分析维修中遇到的障碍，并对方案操作的有效性加以证实与评估4。（3）人机交互技术。人机交互技术是虚拟维修技术的关键，亦是人与机器沟通的重要桥梁。不同的系统，其具体功

12、能与有关效果也有所差别，因此所使用的交互设备与方式存在差异。当前，通用航空中与虚拟维修技术有关的设备包括鼠标、键盘、特定传感设备、虚拟外设设备等。维修人员利用虚拟维修培训桌面式维修系统，利用鼠标与键盘对系统进行控制。由于对沉浸感要求较高，因此选用专业摄像头、数据手套、数据眼镜、以及遥感设备虚拟控制控制的交互设备。工作人员利用专业设备对样机进行操作，其动作与思维可完全由自身掌控。4 展望4.1 更完善的维修考核评价功能在虚拟维修技术中，其维修评估模块式衡量虚拟维修系统质量的重要指标，也是虚拟维修技术的核心所在。当前，虚拟维修系统中训练方法多种多样，但其训练程度相对较低，无法实现操作人员真正的专业

13、水准。以及，针对维修过程中的数据分析与监控技术等，需要进一步提升，加深研究。针对不同的评价指标，以定量分析为最佳方式，有待提升。4.2 更加真实的维修场景维修场景的真实度主要依靠实体三维模型以及维修过程。尤其针对大型复杂的装备，由于其精密零部件较多，维修工艺更加专业，因此对产品模型信息应更加全面，模型优化方法的要求也将更加专业。但当前虚拟维修技术中信息集成、数据存储建立等有关技术仍需要进一步提升，加强零部件细节信息的建立。以及，虚拟维修过程中所设计的场景应更加真实，其虚拟维修功能亟待加强5。4.3 通用系数有待提升虚拟维系技术的应用领域十分广阔，不仅在通用航空中有所体现，还包括各种机械、船舶、

14、汽车等领域。领域的不同其设计要求也存在较大差异，对规范性与综合性要求有所增加。因此，应改进虚拟维修技术的过程规划与描述方法，提出通用系数更高的虚拟维修协同设计系统。4.4 人机交互技术的增强人机交互是虚拟维修技术的核心，也是该技术近年来研究的重点领域。虽然其优化方法、优化途径的研究更加深入，但在当前虚拟维修系统中，大多数环境下用户与系统之间的交互仍旧不容乐观。对物体的适当行为、以及虚拟现实技术中的三维模型叠加到现实场景中等问题，需要进一步加深研究，拓宽研究领域。5 结语综上所述，虚拟维修技术自诞生以来，其涉及的领域十分广阔。在通用航空领域中，有效保障了维修效率与质量，提升维修航空维修自动化程度。但在该技术的应用与推广中，应进一步完善系统设计的专业性，提升人才支撑体系。促使我国民航维修工作内容更加丰富。参考文献1王栋.虚拟维修技术在民用飞机辅助动力装置可达性分析上的应用j.航空维修与工程，2017，（07）：44-47.2雷兰.关于航空