虚拟维修技术在航空维修中的应用

2020-03-18郑青

企业科技与发展 2020年12期

关键词：应用

郑青

【摘要】虚拟维修技术逐渐被广泛应用于航空维修之中，作为一种新兴的维修技术，其对于航空维修水平的提升具有至关重要的价值。文章基于虚拟维修技术的概念和需求，就其技术和具体应用展开分析，以促进其在航空维修中的进一步发展。

【关键词】虚拟维修技术;航空维修;应用

【中图分类号】V267 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）12-0076-03

虚拟维修技术主要是借助虚拟的现实场景，构建不同的虚拟维修环境，由维修人员对其实施仿真操作，切实提升了维修水平和质量，具有操作简便、程序可视、信息技术的优势。

1 虚拟维修技术的概念

当前，对虚拟维修技术的定义国内外还没有形成统一。在已有的文献资料中，Kimura将虚拟维修技术定性为一种计算机辅助工具，而虚拟维修技术的本质，就是借助信息技术等生成的虚拟环境，并在其中开展维修性的工程活动的技术手段。通过虚拟维修仿真对象的建立，维修人员根据维修的特点对可能出现问题的地方进行预测和判断，并制订完善的维修方案，切实解决各项故障问题，以达到改进虚拟维修对象性能，不断优化维修流程的目的[1]。在航空维修的应用过程中，由于航空设备的复杂性，虚拟维修技术对于维修人员的综合能力有着更高的要求，所以必须加强对维修人员的技能培训，不断提升其维修技术，确保维修效率和质量。

2 虚拟维修技术在航空维修中的价值

2.1 确保航空维修技术的综合性

航空维修属于一项综合性的工程，其维修成效直接决定了航空装备的使用周期，再加上设备种类较多，维修的方式和工具也多种多样，因此使用虚拟维修技术能够确保航空维修技术的综合性。

2.2 确保航空维修快速反应

航空维修的反应实践和航空装备维修保障系统物流效率直接相关，所以维修人员运用虚拟维修技术对相关装备进行查看，对维修任务进行构建，能够在较短时间内对相关设备的性能进行精准分析，从而切实提升航空维修的反应速率。

2.3 降低航空维修环境的复杂性

在实际的维修过程中，航空维修环境具备了一定的复杂性，而使用虚拟维修技术，不仅能够降低航空装备的维修保障费用，还能够基于不同的问题实施科学划分，降低维修环境的复杂性，使维修过程更加简便、高效。

2.4 降低航空维修资源消耗性

大量的资源消耗是航空维修中不可忽视的一个内容，维修人员不仅要有意识地降低资源消耗量，还应当着重提升自己的维修综合技能，在实际的操作过程中，如果依靠单一的模块维修仿真资源，并不能够达到较好的维修要求和成效，所以维修人员必须利用多方面的资源，借助虚拟维修技术，展开协同维修作业，降低不必要的资源消耗[2]。

3 虚拟维修技术分析

虚拟维修技术主要依托于各种信息技术，生成虚拟维修样机和维修人员三维人体模型。通过将航空装备运用虚拟的场景展现出来，对各项装备的维修性、维修过程和维修效果等进行等级评价，从而达到提升维修水平的目的。

目前，虚拟维修技术主要体现在如下几个层面。

（1）CAD技术的应用。CAD软件在整个虚拟维修技术中占据着十分重要的位置，它也是建立航空装备虚拟场景的重要环节之一。CAD软件借助几何信息建立三维零件模型，并运用几何约束关系进行零件的装备和构建，最终有效地解决各个分散的问题和难题。在实际的航空设备维修领域中，CATIA软件能够在原有的基础上对各项设备模型进行加工、安装和维修，解决设计缺陷[3]。

（2）优化维修方案。将虚拟维修技术应用于航空设备维修中，能够对各个步骤和零件进行拆卸和试验，针对可能存在的潜在问题实施进一步的优化，降低使用风险。运用三维模型拆卸相关设备零件，并借助计算机终端重新定制已有的维修计划，能够有效地减少使用安全隐患，对可能存在的障碍进行分析，评估维修难度和维修方案。将各项数据进行收集和分析，帮助维修人员选择最简便的维修方案，能大大提升维修人员的工作效率。

（3）培训维修人员。借助虚拟样机，能够对维修人员的综合技能实施针对性的培训，在虚拟场景下，维修人员能够分析维修方案的可行性，并积极模拟不同的拆装过程，将不可操作或者是可行性操作较低的任务予以取消，有效地规避实际维修过程中可能出现的风险，并全方位地提升了维修的安全性和维修效率。

4 虚拟维修技术在航空维修中的应用途径

4.1 虚拟环境下的虚拟装拆操作

（1）建立模型。针对航空设备中的各个零部件信息，建立专门的虚拟模型，将设备的形状、功能和整体布局予以明确，并将其基本性能等信息有机地结合，能够构建出一个完成的零部件信息模型。同时，根据不同模型的实际情况，将零部件有机集合在一起，能夠帮助维修人员进一步明确各个零部件之前的关系;进而在实际的装配过程中，会出现相对应的装配步骤显示，维修人员也能在该提示中获得相反的拆卸方向，根据实际的影响因素、平移或旋转坐标系，将有关零部件提出来，再实施后续的拆卸操作。如果设备中的零部件之间存在多种约束关系，且实际的拆卸方向和约束关系之间具有或多或少的交集，那么维修人员在拆卸模型中，还需要针对信息的描述、图形的标识及关系图表等展开进一步的思考，以此达到完全拆卸、部分拆卸或目标拆卸[4]。

（2）装配路径分析。航空设备的拆卸路线主要是指零部件被移动的具体路线，但是不涵盖其他移动到指定位置的过程。维修人员可以根据零部件的拆卸特点，将装配路径的模块设计出来，在拆卸路线中研究零部件自身转动的问题，为了方便研究人员的实际操作，在设计的时候还可以将转动的角度定位为90°的整倍数，利用装配路径，以达到有效解决协调问题的目的。

4.2 虚拟环境下的航空器维修

（1）分析航空器维修性能。基于现有的航空器维修工作，可维修性是其中一个关键组成，要求维修人员在一定的条件和时间内，严格按照操作流程执行工作，对出现问题的部分进行维修。通常情况下，可以借助维修演示呈现，进而对维修的好坏进行评估。传统的可维修性检测主要是借助木质模型和金属样机进行分析和操作，这往往会浪费维修人员大量的精力和时间成本，且维修的进度又存在不可逆的特点，所以大大制约了维修性检验的工作效率。运用虚拟维修技术，不仅能够满足维修实际需求，设计标准的维修设备参数，还能够通过人机交换的界面，实现修理、检验全过程的操作，全方位地提升了飞机维修性评估质量。

（2）自动生成文件。虚拟维修技术可以针对维修人员的虚拟操作，将相关的数据信息进行实时的上传和存贮，并自动生成文件，帮助维修人员实现对各个产品的动态监测和追踪控制。目前，我国大部分的航空维修中采用了维修顺序、任务生成和虚拟确认3个系统模块，结合维修实际需求，对正确性逐一进行检查，并自动生成最终数据[5]。

4.3 虚拟环境下系统和实际操作

（1）设计系统结构。一般情况下，针对航空维修系统功能可以将其体系结构划分为4个层面：第一，界面层也就是输入和输出界面。在该界面中，虚拟环境能够为维修人员提供命令输入操作和外界设备的输入;而输出界面则被用于向维修人员反映处理结果。第二，应用层涵盖了管理、模型建立、分析评估等多项功能，针对不同系统的基本任务，实现对维修资源、数据的全方位管理，并针对维修计划中的各项零部件信息，构建较为完善的数字模型。通过由维修人员对各个操作流程进行仿真处理，不仅能够切实解决维修过程中可能发生的各种冲突和矛盾，还能够加强交流与分析，对虚拟维修技术进行可行性分析，较为精准地评估维修的难度等级。第三，对象层具体涵盖了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、评估等。第四，技术支持层主要是指在虚拟维修技术中各个信息设备、软硬件的有机结合。

（2）依据方案调试设备。针对维修样机的实际情况，制订针对性的改进方案，并准备模拟维修操作中可能运用到的设备，积极做好各项准备工作。在三维模型的拆卸安装过程中，维修人员可以借助相应的信息服务终端，获得有关数据，分析维修中遇到的障碍和具体内容，从而对维修方案实施有效的证实和评估。

（3）人机交互技术。作为虚拟维修技术的关键，人机交互技术也是目前一种新型的应用方法。在不同的维修系统中，由于航空设备的各项功能和其使用效果的差别不同，所以使用人机交互技术的方式也不同。目前，在航空虚拟维修技术中包含键盘、鼠标、特定传感设备等。维修人员借助虚拟维修系统对相关零部件进行控制，选用专业的摄像头、数据手套、数据眼镜及遥感设备虚拟控制控制的交互设备，以此满足设备维修需要沉浸感更高的要求，在人机操作模式中，其动作和思维都能够完全由维修人员自身掌控。

5 虚拟维修技术的展望

5.1 进一步完善维修考核评价功能

在航空维修中运用虚拟维修技术，其需要维修评估模块衡量其维修系统质量。由于目前航空虚拟维修系统中的开展模式丰富多样，且不同的训练程度对于维修人员的专业水准要求不同，所以应当进一步提升虚拟维修技术的考核评价功能，及时收集维修过程中的数据资料，基于不同的评价标准指标，将定量分析作为最佳模式，进一步提升其评价功能。

5.2 强化更真实的虚拟维修场景

虚拟维修场景主要是借助实体三维模型及维修过程，特别是针对航空设备中的大型部件，它包含了大量的精密零件，而且维修工艺也更加专业。所以，虚拟维修技术应当更加全面地收录产品模型信息，提升模型优化方法的专业性，进一步研究技术中的信息继承等，在原有的基础上促使虚拟维修场景更加真实。

5.3 提升虚拟维修技术中的通用系数

虚拟维修技术的应用领域十分广泛，它涵盖了航空、机械、汽车等领域。针对不同的领域，其实际的应用要求也存在差异，所以必须提升虚拟维修技术的通用系数，推动技术过程的规范性和综合性，设计出协同性更好的虚拟设计系统。

5.4 增强人机交互技术

人机交互技术作为虚拟维修技术的核心关键，随着科学技术的进步，人机交互也是近年来科技重点研究方向。目前，虚拟维修技术中，用户和系统之间的交互方式和结果还存在很大的提升空间，如何对物体的适当行为和虚拟现实技术中的三维模型叠加到现实场景中，可以加深研究，以此拓展技术研究领域。

6 结语

在航空维修中，虚拟维修技术能够显著提升维修效率和质量。当前，我国虚拟维修技术的應用还存在很大的改良空间，因此研究人员还需要借助先进信息技术，加大研究力度，围绕航空维修技术的核心，不断改进维修方式，降低维修成本，推动航空维修现代化水平的进一步提升。

参考文献

[1]谢军，唐庆如.虚拟维修技术及其在航空维修训练中的应用初探[J].科技视界，2020（8）：212-213.

[2]张涛，袁野.航空装备虚拟维修关键技术研究[J].中国新通信，2019，21（17）：159-160.

[3]王恺.虚拟维修技术在民航中的应用分析[J].山东工业技术，2019（6）：50.