基于虚拟样机的飞机维修性设计技术初探

杨 辉，梁进仁，许晓岚

（航空工业陕西飞机工业（集团）有限公司设计研究院，陕西 汉中723000）

基于虚拟样机的飞机维修性设计技术初探

杨 辉，梁进仁，许晓岚

（航空工业陕西飞机工业（集团）有限公司设计研究院，陕西 汉中723000）

我国的经济社会不断发展，科学技术水平不断提升，飞机制造工艺得到了优化和改进。飞机在运行过程中会出现故障问题，为了降低飞机的运行风险，需要利用虚拟样机，对飞机的维修性进行测定。将具体探讨基于虚拟样机的飞机维修性设计技术，希望能为相关人士提供一些参考。

虚拟样机；飞机；维修性设计技术

进入新世纪以来，我国的社会主义市场经济持续繁荣，航天事业也进入了快速发展阶段。在航天运行体系中，飞机系统占据着重要位置，只有保障飞机系统的安全可靠性，才能促进航天事业的可持续发展。飞机系统存在故障，相关人员需要进行维修性设计，提高飞机系统的可维修性。随着时代的不断发展演进，传统飞机维修性设计技术逐渐落后于时代发展潮流，虚拟维修性分析技术应运而生。一般而言，基于虚拟样机的飞机维修性设计技术体系设计工作主要以民用飞机为研究对象，维修性最佳设计和安装方法是学者关注的主要问题。在对飞机维修性设计准则、典型系统设备维修分类技术等内容进行研究的基础上，对飞机维修性设计技术体系进行优化，是基于虚拟样机的飞机维修性设计技术的主要研究目标。对飞机维修性设计技术进行探究，即可以为基于发动机拆装过程的维修性设计方针和评估演示系统的构建提供支持，也可以为这一技术在军事领域的拓展提供支持。

1 飞机维修性设计概述

1.1 内涵

所谓的飞机维修性设计就是对飞机系统进行优化设计，使飞机系统在维修时段内，恢复以往的工作状态。飞机维修性涉及的范围非常广泛，不仅包括对飞机系统的故障维修，还包括对飞机系统的预防维修等[1]。为了确保飞机系统的安全性，必须采用现代化的维修性设计技术，克服传统维修性设计方法的不足。

1.2 设计要求

首先，在进行飞机维修性设计的过程中，应该将维修部件安装在明显位置。当飞机系统内部零部件出现故障，检修人员需要调整或替换若干维修部件。如果维修部件处在飞机系统的隐蔽位置，就会加大维修难度。为了节约维修时间，需要简化维修单元，确定维修位置。

其次，在进行飞机维修性设计的过程中，应该采用标准化的设计方案。飞机设计工艺不同，实用性能也呈现出较大的差异。为了保证飞机系统的正常运转，必须采用标准化的设计方案，统一飞机备件的种类，对技术人员的设计工作进行集中管理。

再次，在进行飞机维修性设计的过程中，应该做好识别标记工作。在维修时，经常需要拆除系统内部的零部件等等，并安装新的构件。很多检修人员出现了安装错误或安装遗漏等问题，对飞机运行造成不良影响。为了避免检修人员出现认知错误，设计人员需要在关键零部件上做好标记。

最后，在进行飞机维修性设计的过程中，应该尽量做到维修简单化。飞机系统具有复杂性特征，一旦破坏核心元件结构，就会加速飞机老化，缩减飞机的实用寿命。在设计过程中，设计人员一方面要采用简洁的外形结构，对系统内部元件进行防护，另一方面要预防飞机腐蚀问题，避免器件磨损。

2 飞机维修性设计模型

2.1 模型建构

想要形成科学的飞机维修性设计方案，必须对飞机系统的维修活动进行模拟。我国的经济社会不断发展，科学技术水平相应提高，飞机维修性分析领域也取得了显著成就。在3D模拟技术和智能技术的推动下，虚拟样机的出现，在很大程度上便捷了飞机维修性分析流程。一方面，虚拟样机可以利用网络信息技术，收集飞机系统运行时的关键数据，作为模型架构的基础；另一方面，虚拟样机可以对飞机维修性进行分析，为设计人员提供设计依据。

首先是模型界面的架构。在进行界面设计时，设计人员应该在界面上组建两个模块：第一个模块是数据输入模块，记录飞机运行的各种数据；第二个模块是数据输出模块，将飞机运行数据输出到网络系统中，反馈给设计人员。为了对数据流进行动态追踪，设计人员可以采用RMS系统，对实时数据进行控制。

其次是模型应用的架构。在进行应用设计时，设计人员应该模拟飞机系统的检修环境，对飞机维修性进行科学评估。虚拟样机也需要形成既有模型，在模型中储存大量数据信息。在模型建构完毕后，可以模拟飞机故障动作，并对维修过程进行仿真。飞机维修性分析不仅包括物理要素，还包括人为要素等，因此设计人员在考察零部件性能时，还要评价乘机人的舒适性[2]。

再次是模型对象的架构。在进行对象设计时，设计人员应该根据飞机系统的面向对象，确定维修性指标，形成系统模型。模型对象架构需要以下几类数据：第一类数据是人体表征数据；第二类数据是样机运行数据；第三类数据是故障维修数据。在上述三种数据都具备的情况下，设计人员可以根据人机关系，形成几何对象模型，分析维修性设计的可靠路径。

最后是模型技术的架构。在进行技术设计时，设计人员应该评估飞机系统的软件设施和硬件设施，检验系统零部件的性能。在应用虚拟样机的过程中，设计人员需要应用网络信息技术，形成虚拟维修环境。计算机参数会对数据输入输出造成影响，因此设计人员应该调整各项参数，发挥操作系统的实效性。

2.2 设计流程

在进行维修性设计时，设计人员需要遵循一定的维修规范。我国对飞机维修性设计做出了明确规定，形成了维修性设计指南，因此在维修之前，设计人员应该详读设计指南上的内容，形成具体的设计方案。维修性设计需要满足两个条件：第一是定量条件，第二是定性条件。设计人员需要对两类条件进行分析，确定指标值，并把指标值发送到执行部门。在执行部门获取维修性设计数据后，设计人员可以对设计方案进行演示，如果虚拟样机的演示成效较好，可以将设计方案投入到实践工作之中。

维修性设计以产品参数作为基础，而飞机系统的运行参数非常多。具体来说，飞机系统的运行参数包括以下几个：第一是维修时间；第二是飞机系统恢复正常运行状态的时间；第三是飞机系统恢复单项功能的时间；第四是飞机系统单位维修时间；第五是飞机系统的维修间隔。在考察上述几项运行参数时，需要考察飞机系统的实用需求，确保维修参数与设计方案中的内容相一致。

除了上述的基本参数之外，设计人员还要重视MTTR指标。在飞机维修性设计的过程中，MTTR指标非常重要。MTTR是一种自上而下的分配方法，设计部门在形成MTTR指标后，要把这一指标划分为若干子项，分配给下属部门。MTTR值平均维修时间，具有累计的特性。由于飞机系统大同小异，平均维修时间基本一致。在设计过程中，设计人员可以考察MTTR的历史数据，对MTTR进行科学分配。

飞机维修性分析并不是一项简单的工作，这一工作具有系统性特征，在飞机维修性过程中有多个时间节点，每个时间节点都可能出现故障问题。一般来说，维修性分析包括以下几点工作：第一是对飞机系统的运行状态进行检测；第二是对故障零部件进行更换和优化；第三是对飞机系统进行保养；第四是对检修成果进行检测；第五是恢复飞机系统正常运行状态。在上述几项工作中，故障零部件更换和优化的时间最长，对维修人员提出了较高的技术要求[3]。为了节省维修时间，简化维修流程，设计人员需要将关键零部件安装在固定位置。

3 结束语

综上所述，我国的经济社会不断发展，飞机制造工艺得到了优化和改进。为了保障飞机系统的正常运转，必须应用虚拟维修性分析技术。

[1]方 强，王松山，祝 泓，等.基于数字样机的舰船维修性设计分析技术[J].中国舰船研究，2016（01）：114-120.

[2]国志刚，李 宏，李 会，等.数字化环境下军用飞机维修性同步设计技术研究[J].飞机设计，2015（06）：68-71.

[3]王松山.基于数字样机的维修性分析评价技术研究[C]//第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集.中国机械工程学会机械工业自动化分会，中国力学学会促进工程应用与产业结合工作委员会，中国软件协会数学软件分会，陕西省国防科技工业信息化协会，2011：6.

Maintainability Design of Aircraft Based on Virtual Prototype

YANG Hui，LIANG Jin-ren，XU Xiao-lan
（Aviation Industry，Shaanxi Aircraft Industry（Group）Co.，Ltd.，Design and Research Institute，Hanzhong Shaanxi 723000，China）

The economic and social development of our country，the level of science and technology has been continuously improved，the aircraft manufacturing technology has been optimized and improved.In order to reduce the operation risk of the aircraft，it is necessary to use the virtual prototype to measure the maintainability of the aircraft.This paper will discuss the design technology of aircraft maintenance based on virtual prototype，and hope to provide some references for relevant people.

virtual prototype；the plane；maintenance design technology

V222

A

1672-545X（2017）10-0142-02

2017-07-06

杨 辉（1985-），女，陕西城固人，工程师，从事飞机“四性”与综合保障设计。