虚拟维修技术在航空维修中的应用

虚拟维修技术在航空维修中的应用

张堃

东方航空工程技术公司云南分公司 650200

摘要：虚拟维修技术主要是借助虚拟现实场景构建不同的虚拟维修环境，由维修人员对其进行仿真操作，有效提高维修水平和质量，具有操作简单、程序可见、信息化等优点。本文从虚拟维修技术的概念出发，探究了虚拟维修技术在航空维修中的应用。

关键词：虚拟维修技术；航空维修；仿真操作

随着我国航空工业特别是民用航空运输业的快速发展，航空维修作为保障航空安全和工业运行的基础，也迎来了一些新的挑战[1]。长期以来，传统的飞机维修一般采用理论培训和机上实践相结合的方法，培训内容和手段不能满足高效率、高质量培训的需要。虚拟现实技术近年来得到了迅速的普及，虚拟维修作为虚拟现实技术在维修中的应用也得到了进一步的发展。

1虚拟维修技术的概念

目前，国内外对虚拟维修技术的定义尚未统一。在现有文献[2]中，Kimura将虚拟维修技术定义为一种计算机辅助工具，虚拟维修技术的本质是在信息技术所产生的虚拟环境中开展维修工程活动的技术手段。通过建立虚拟维修仿真对象，维修人员可以根据维修特点预测和判断可能出现的问题，制定完善的维修计划，有效解决各种问题，从而提高虚拟维修对象的性能，不断优化维修过程。在航空维修的应用过程中，由于航空设备的复杂性，虚拟维修技术对维修人员的综合能力提出了更高的要求，因此需要加强维修人员的技能培训，不断提高维修技术，以确保维修效率和质量。如图1所示。

图1虚拟维修技术图

2虚拟维修技术在航空维修中的应用

2.1 应用CAD建立虚拟维修样机模型

虚拟维修技术在通用航空维修中的应用需要处理和分析以下技术形式：一是MBD数据轻量化技术和数据传输技术[3]。该技术包含了大量的数字化信息，可以结合航空设备维修的实际需要配置各种数据集，结合实际消除不必要的数据信息，实现MB D数据的轻量化。二是MBD技术。通过该技术的应用，可以实现维修产品的统一管理，加强各种资源的合理配置。第三，虚拟现实技术与虚拟维护技术。在多媒体技术、三维图形技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术的综合应用下，可以构建三维立体虚拟环境。虚拟维修的目的是利用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机上显示设备的真实维修过程，从而提高设备在不同阶段的应用能力，为维修决策提供重要支持。首先，利用三维CAD软件建立零件的几何模型。目前，用于建立几何模型的软件是CAT LA软件。CAT LA软件广泛应用于航空、汽车、船舶等行业。其次，利用三维CAD软件建立的三维零件模型被应用于许多产品设计和制造领域。第三，利用零件的几何信息建立零件的三维模型，实现对装配各种关系的约束。最后利用CAT LA软件检测模型之间的碰撞，发现问题后进行修改设计。

2.2虚拟环境下的虚拟装拆操作

（1）建立模型。根据航空装备中各个零件的信息，建立专门的虚拟模型，明确设备的形状、功能和总体布局，并将基本性能信息有机地结合起来，从而构建完整的零件信息模型。同时，根据不同车型的实际情况，将有机零件组合在一起，可以帮助维修人员在进行维修前进一步明确各个零件之间的关系;然后在实际的装配过程中，会出现相应的装配步骤，维修人员也可以在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，提出相关的零件，然后实施后续的拆卸操作。如果设备中零件之间存在多个约束关系，并且实际拆卸方向与约束关系或多或少存在交集，那么维修人员就需要进一步考虑拆卸模型中信息的描述、图形的识别和关系图，从而实现完全拆卸、部分拆卸或目标拆卸。（2）装配路径分析。航空设备的拆卸路线主要是指部件移动的特定路线，但不包括移动到指定位置的其他过程。维修人员可以根据零件的拆卸特点设计装配路径的模块，并研究零件本身在拆卸路线中的旋转问题。为了便于研究人员的实际操作，在设计时还可以将旋转角度定位为90°的整数倍，并利用装配路径有效地解决协调问题。

2.3虚拟环境下系统和实际操作

（1）设计系统结构。航空维修系统的架构根据其功能可以分为四个层次[4]：第一，接口层是输入和输出接口。在该接口中，虚拟环境可以为维护人员提供命令输入操作和外部设备输入。输出接口用于向维护人员反映处理结果。第二，应用层涵盖了管理、建模、分析和评估等多项功能，根据不同系统的基本任务，实现了对维修资源和数据的综合管理，为维修计划中各个部分的信息建立了相对完整的数字模型。通过维修人员对各个操作过程的模拟处理，不仅可以有效地解决维修过程中可能出现的各种冲突和矛盾，还可以加强沟通和分析，进行虚拟维修技术的可行性分析，准确评估维修的难度等级。第三，对象层涵盖了虚拟维修技术中的模型构建、协同鲁棒模型展示、维修资源保存与评估。第四，技术支撑层主要是指各种信息设备、硬件和软件在虚拟维护技术中的有机结合。（2）依据方案调试设备。根据维修样机的实际情况，制定有针对性的改进计划，准备可能用于模拟维修作业的设备，积极做好各项准备工作。在三维模型的拆卸和安装过程中，维修人员可以借助相应的信息服务终端获取相关数据，分析维修中遇到的障碍和具体内容，从而有效地确认和评估维修方案。（3）人机交互技术。人机交互技术作为虚拟维修技术的关键，也是一种新的应用方法。在不同的维修系统中，由于航空装备的功能及其使用效果的不同，对人机交互技术的使用也不同。目前，航空虚拟维修技术主要包括键盘、鼠标、特定传感设备等。维修人员利用虚拟维修系统对相关部件进行控制，选择专业摄像机、数据手套、数据眼镜和遥感设备等虚拟控制的交互式设备，以满足设备维修需要更加身临其境的要求，在人机操作模式下，其动作和思维完全可以由维修人员自己控制

[5]。

3结语

技术发展的趋势是“以人为本”，虚拟维修技术也必然遵循这一规律。随着计算机技术和图形处理技术的不断发展，维修人员将更加身临其境，完成更加复杂的维修任务。网络技术的飞速发展表明，分布式虚拟维修仿真技术将成为满足复杂的多用户、跨区域飞机维修作业的主流技术。未来的虚拟维修仿真技术将使虚拟现实与现实世界的界限越来越模糊，这将给飞机维修带来翻天覆地的变化。

参考文献

[1] 樊智勇，李国鑫，刘涛.飞机虚拟维修训练系统可信度评估方法研究[J].计算机测量与控制，2023，31(09):317-323.

[2] 薛爱军.航空维修线上实训课程的设计与实践[J].科技与创新，2022(10):122-125+129.

[3] 王洛锋.基于虚拟仿真技术的外部绕机检查系统设计研究[J].电脑知识与技术，2022，18(11):126-128.

[4] 尚金龙，任斌斌.VR技术在航空机电设备维修实训中的应用研究[J].内燃机与配件，2022(01):238-240.

[5] 郑庆.基于虚拟维修的民机可达性设计缺陷分析方法[J].民用飞机设计与研究，2021(04):100-103.