某型车辆底盘虚拟维修系统设计

邵宏亮 胡修文 朱奇林

摘 要：现代战争是高技术武器装备的战争，也是高损耗的战争。随着作战理论的发展，装备的维修保障也发生了深刻的变革，这对装备维修人员提出了更高的要求。然而，高技术武器装备造价昂贵，可投入维修训练的装备数量少，传统的实装维修训练方式不能满足现实的维修训练需求。如何解决维修技能的形成和装备维修人员参训时间、次数受限，装备器材数量少的矛盾，用虚拟维修手段替代实装训练成为新时期研究的一个重要课题。

关键词： 虚拟维修；设计；理念

【中图分类号】 F407.472 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879（2017）05-0235-01

1 系统研制背景

底盘是车辆的重要组成部分。车辆底盘虚拟维修系统项目解决了传统的装配、维修课程的培训过程有着场地和装配器材不足，教辅人员匮乏，培训时间和地点的局限性，容易发生安全事故，课程教学质量参差不齐等缺点。为培训者提供一个進行认知装配零部件、认知装配部件结构的教学系统。通过系统的使用，将切实帮助受训者逐渐从陌生到熟悉，掌握工程装备车辆的各零部件外观、组成、性能及其结构关系。

（1）虚拟仿真有助于提高高等学校的实验教学质量， 改善教学环境

目前各个高校普遍存在教学实验仪器陈旧的问题、学校实验室建设投入资金紧张的问题。相对落后的传统实验仪器设备满足不了现代学科内容的更新和发展 。学校将虚拟仪器设备技术引入实验教学中， 不但能够充分利用教育资源， 而且具有更高的灵活性， 不再受传统设备模式的限制， 从而节约大量的基础设施建设投资， 有利于改善办学条件和提高教学水平。

（2）虚拟仿真有利于提高学员的学习兴趣和学习效率

学员在虚拟的环境下进行相关内容的实验， 并获得如身临其境的实验体验可以非常灵活地为教学中的原理设计实验进行直观的演示， 教学效果非常明显。除此之外学员可及时进行数据处理、观察和分析实验结果。通过虚拟仿真实验， 学员在有限的实验学时内有更多的时间动脑、动手， 领会和掌握到更多的知识 从而使实验的效率大大提高。

（3）虚拟仿真有利于提高教学效果， 减轻实验管理人员的工作负荷

在真实实验室教学， 受到仪器设备量限制， 所传授的知识和技能有限， 在底盘修理方面更是费时费力。而利用虚拟仿真， 能够不受实验设备仪器的限制， 学员可以自由做实验， 有利于提高教师在课堂上的教学效果及课后的辅导效果， 同时也减轻了实验管理人员的工作负荷。

2 系统设计简介

该技术主要应用某战车底盘各总成各零、部件任意角度及尺寸的逼真显示，采用手动交互的方式逐步完成一体化动力装置、分动器、悬架等主要部件的拆卸与安装、分解与装配流程。由用户界面、三维模型库及查看子系统、部件修理流程仿真子系统等组成。

软件整体采用三维技术并在用户界面中体现用户所需的所有功能，使用方便；三维模型库及查看子系统包含了车体、一体化动力装置、分动器、侧传动箱、传动轴、液压系统、悬架、转向系、制动系等高精度模型；部件修理流程仿真子系统包含一体化动力装置、分动器、悬架等主要部件的修理流程等。

软件采用3D的形式来形象的展示整机，支持缩小、放大、选择、移动、拆装交互等操作。采用3D的形式，对工程装备部分模型进行分解、组合展示，使受训者能够观察模型内部结构。

3 系统设计理念

（1）系统建立与真实装备一致的某型装备三维实体模型，维修人员在该模型上进行拆装作业，不会对新装备造成磨损、毁坏，可有效地保持装备的完好率。

（2）借助三维人机交互设备，采用三维人机交互技术，在虚拟装备上进行系统维护、故障维修等内容的拆装分解。能够仿真不恰当的操作而不至于造成人员伤害，具有更高的安全性。

（3）虚拟拆装方式与真实拆装方式相比，可以设置更多类型的故障和拆装方案。这在实装上是做不到的（尤其对新装备）。

（4）某型装备目前生产的数量较少，部队缺少实装，部队只能依靠接装培训的有限时间进行维修培训，形成维修能力困难。系统可大幅度降低该装备形成維修能力所需要的费用及时间。对于提高装备维修保障水平，尽快形成装备维修能力，具有极大的促进作用。

4 系统组成

虚拟拆装仿真培训系统是一个用于拆装教学、培训的软件。通过计算机产生高度逼真的虚拟拆装现场，使学员在虚拟环境中能方便地对设备进行拆装作业，以学习装甲车底盘部件的结构组成和拆装工艺，指导实物拆装。根据项目的需要，本系统由虚拟拆装模型、虚拟拆装环境、培训仿真、人机交互界面4个模块构成。

（1）虚拟拆装模型：虚拟模型是组成虚拟拆装环境的基础，它主要包括产品的几何模型和装配信息如产品装配的层次结构关系、装配约束关系。

（2）虚拟拆装仿真环境：用户通过交互设备可以方便地浏览场景并在场景中拾取零件，查看其名称，并进行拆装。通过动态约束来判断当前零件是否可以拆装，及碰撞检测技术来防止零件之间相互穿越，使拆装更具真实感。

（3）培训仿真模块：实现教学功能。根据拆装任务推算出完成该任务的最佳拆装顺序。拆装演示按照最佳拆装顺序自动可交互地播放拆装动画相当于视频播放器，方便课堂教学。

（4）人机交互界面：主要指的是输入、输出设备。本项目暂时考虑鼠标、键盘、显示器等方式的交互。