民用飞机维修性的虚拟分析与验证方法

2018-03-08李勤尹馨杜莹

科技传播 2018年4期

李勤+尹馨+杜莹

摘要作為产品的质量特征，维修性分析需要与民用飞机设计同步进行，而为了避免民用飞机在制造、使用、维修阶段暴露维修性缺陷，本文就虚拟维修体系、飞机维修性的虚拟分析与验证、维修性虚拟评估验证实例分析进行了详细论述，希望论述内容能够为相关业内人士带来一定启发。

关键词民用飞机；维修性；虚拟分析

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）205-0113-02

在虚拟分析诞生前，民用飞机维修性的分析往往需要制造实物样机，高成本、难以修改、制造周期长很容易导致民用飞机出现维修性问题，而为了尽可能避免这类问题出现、缩短飞机设计周期和成本，正是本文就民用飞机维修性的虚拟分析与验证方法开展具体研究的原因所在。

1 虚拟维修体系

在民用飞机维修性的虚拟分析中，虚拟维修环境的建立是一切的基础和前提，因此，本文选择DELMIA软件建立了虚拟维修体系。

1.1 总体框架

采用“虚拟人维修虚拟产品”实现民用飞机虚拟维修过程仿真，即可为民用飞机维修性的虚拟分析与验证提供有力支持，虚拟维修系统的建立也将由此实现。为尽可能提升民用飞机维修性的虚拟分析与验证质量，虚拟维修系统应由虚拟人体建模、维修对象、维修工具、维修场景、维修过程仿真模型、人机交互界面构成，数字样机技术需要与虚拟维修系统实现紧密结合。

1.2 虚拟仿真流程

在应用虚拟维修系统进行的民用飞机维修性的虚拟分析与验证中，这一虚拟分析与验证的流程可以简单概括为“确定分析对象的维修性要求→设计模型的装入及装备（CATIA模型）→定义维修作业组成及步骤（维护说明）→维修人员、维修工具选择（人类测量学数据库、维修工具库）→在DELMIA软件中进行维修性设计分析（可达性与可视性分析、干涉和碰撞分析、工作姿态分析）→维修流程优化→维修性分析→维修性仿真报告”[ 1 ]。

2 飞机维修性的虚拟分析与验证

2.1 可达性与可视性分析

2.2 干涉和碰撞分析

2.3 工作姿态分析

为保证民用飞机维修人员能够在维修过程中处于最佳作业姿势，工作姿态分析必须得到高度重视，这一分析的最终目标为保证维修人员在最佳作业动作下开展维修作业，这一分析需要得到三维建模工具CATIA的姿态评分分析功能支持。具体来说，应用三维建模工具CATIA建立最优人体作业姿态库，即可有效分析民用飞机维修人员维修过程中的作业姿势接近最优姿态的程度，工姿态分析自然能够由此得到较好保障[2]。

2.4 评估与验证流程

在民用飞机维修性的评估与验证中，工作人员需要围绕可达性与可视性分析、干涉和碰撞分析、工作姿态分析开展评估与验证，其中可达性与可视性分析主要负责判断维修对象是否处于人体模型的可达空间和可视范围，具体评估和验证中需要多次移动人体模型位置和作业姿势，最终还需要确定可达路径并开展维修过程仿真；干涉和碰撞分析主要是为了判断民用飞机的维修过程是否会发生干涉和碰撞，维修过程仿真同样是其中重要内容；工作姿态分析需要围绕舒适程度开展评估与验证，而在定量分析的支持下，三方面工作的质量将得到较好保障。

3 维修性虚拟评估验证实例分析

为提升研究实践价值，本文选择了民用飞机某系统检测口盖内故障件的模拟维修过程作为研究实例，该实例的维修性分析、验证过程可以概括为“打开口盖→故障检测→移除遮挡件→选取工具→拆卸螺母→放回工具→分离故障件→移除故障件→更换新件→选取工具→重新装件→放回工具→重装遮挡件→检验→关闭口盖”。

3.1 定性分析

定性分析的精髓在于仔细观察民用飞机虚拟维修过程，在DELMIA软件支持下，需要设计模型的装入及装备、结合人类测量学数据库与维修工具库选择维修人员和维修工具模型，由此即可通过调整保证维修对象处于维修人员模型可达范围，随后即可判断系统检测口盖内故障件操作部位、作业是否处于完全可视和最佳视觉区域内，研究实例第一次调整确定了维修部件仅部分可见且不处于最佳视觉区域，因此，需要进一步调整确定最佳角度和定位，由此开展的仿真操作最终确定了研究对象肢和工具存在无碰撞可达路径且操作姿态处于舒适范围，这说明研究对象顺利通过了定性分析的虚拟分析和验证。

3.2 定量分析

定量分析属于研究的关键点，这一分析需要围绕可达性与可视性、干涉和碰撞、工作姿态展开，具体分析如下所示。

3.2.1 可达性与可视性分析