引言

    飛機的維修性是由產(chǎn)品設計賦予的使之維修簡便、迅速、經(jīng)濟的重要質(zhì)量特性，其好壞重點在于產(chǎn)品的研制過程，在于產(chǎn)品的分析與驗證。傳統(tǒng)的維修性設計分析與驗證通常是在物理樣機或全尺寸模型上進行，通過手工或?qū)嶒瀬硗瓿�，遠遠落后于其它工程技術(shù)的自動化程度，既費時，又費力，且評價滯后，受到場地、時間以及物理樣機等各種條件限制，很多維修性評估驗證工作無法開展。然而，要對這種定型產(chǎn)品進行維修性再設計，就必然會改變原來的結(jié)構(gòu)強度、部件布局、結(jié)構(gòu)等，因此維修性設計不僅僅是維修性的再設計，而是整個飛機的再設計。顯然，要對定型后的飛機進行維修性再設計是不現(xiàn)實的，也是不可能的。因此，探討如何在飛機設計同時并行考慮維修性問題是很迫切和重要的。

    DELMIA是法國Dassault公司推出的一款虛擬維修軟件，利用DELMIA進行維修性并行設計已成為有效的設計手段，通過觀察虛擬人在虛擬環(huán)境中對特定的維修活動進行仿真，發(fā)現(xiàn)可能存在的維修性設計缺陷，提出改進建議，進而可以在裝備設計階段就對原始設計方案進行修改。此外，使用虛擬維修還具有輔助維修保障資源的配置決策、輔助制定維修規(guī)程以及提供維修訓練等功能。

1 DELMIA維修仿真一般流程

    DELMIA(Digital EntERPrise Lean Manufacturing Interactive Application，數(shù)字企業(yè)精益制造交互式應用)分為3個部分，分別為DPE(DELMIA Process Engineer，工藝工程師)、DPM(Digital Process of Manufacturing，數(shù)字化制造工藝)和DELMIA/QUEST(Queuing Event Simulation Tool，數(shù)字化工廠及離散事件仿真工具)。這三個相對獨立的部分可以通過DELMIA的結(jié)構(gòu)核心PPR(Process-Product-Resource)Hub連接到一起，一般常規(guī)操作是通過DPE來制定制造工藝和資源規(guī)劃，通過DPM和DELMIA/QUEST進行仿真，數(shù)據(jù)傳輸通過PPR Hub來完成。目前國內(nèi)主要的飛機設計和制造單位電子樣機的設計都使用了達索公司CATIA軟件，DELMIA與CATIA是同一產(chǎn)品內(nèi)核，這樣就可以在這兩個軟件之間實現(xiàn)電子樣機的無縫連接，簡化了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的工作，也不會丟失信息。

    DELMIA的維修仿真流程，以維修任務為仿真對象，在建立虛擬樣機、維修人員人體模型的基礎上，用戶與系統(tǒng)采用交互的方式，將整個維修過程形象、逼真、直觀的再現(xiàn)出來，同時將仿真過程中獲取到的各種數(shù)據(jù)提供給維修性分析評價人員，進行相關(guān)的維修性分析與評價，并提出設計修改建議。其維修仿真一般流程如圖1所示。

    圖1 虛擬維修流程圖

    1.1 虛擬場景構(gòu)建

    虛擬場景構(gòu)建是為維修過程仿真及維修性分析與驗證建立的一個近似現(xiàn)實的虛擬空間，它應以真實的維修現(xiàn)場為參考，并滿足逼真性、交互性等基本要求。虛擬維修場景主要由數(shù)字樣機、工具模型、虛擬人員和環(huán)境模型等組成，建立的某型飛機的虛擬維修場景，如圖2所示。

    圖2 某型飛機的虛擬維修場景

    采用數(shù)字樣機技術(shù)，可以在早于制造物理樣機的階段就能夠獲得形象的產(chǎn)品外觀與結(jié)構(gòu)特性表達，便于設計人員把握產(chǎn)品的維修特性；另外，結(jié)合產(chǎn)品的數(shù)字樣機以及人體模型技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)一種“虛擬人修理虛擬產(chǎn)品”的維修過程仿真，從而為維修性與維修工作的研究提供了強大的輔助工具。

    虛擬維修人員模型可以利用CATIA或DELMIA的Human Builder模塊創(chuàng)建，其中虛擬人復雜的人體結(jié)構(gòu)包括68個鉸接點和6對耦合點（某點移動范圍取決于相鄰節(jié)點位置）。另外，虛擬人模型具有完全鉸接的手、胸、腰、肩和頸模型來準確的產(chǎn)生各種自然動作。DELMIA為用戶提供了一個叫做反轉(zhuǎn)運動JK(Inverse Kinematics)的功能，該功能能夠改變?nèi)梭w模型的現(xiàn)有姿勢，通過人體模型某個部位的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)用戶需要的人體模型姿勢。換句話說，這項操作將定義肢體的動作行為。

    1.2 維修仿真過程

    維修仿真過程主要應用了DELMIA中的Human Task Simulation模塊，主要由電子樣機和虛擬人的行為來實現(xiàn)維修有關(guān)活動或過程的模擬，是維修活動在虛擬環(huán)境下的再現(xiàn)，是一個動態(tài)環(huán)境。

    虛擬人自身運動：DELMfA的人體的運動仿真模塊提供了基本的人體動作，如抓取、放置、走路、爬樓梯、移動到目標姿態(tài)等，在對實際維修過程進行仿真時，通過這些動作的組合，幾乎可以完成所有的維修動作。也可以用Posture Editor或Human Posture來編輯人體的各種姿態(tài)，調(diào)整頭、頸、肩膀、手臂等約30個部位的自由度，創(chuàng)建工人工作中的各種姿態(tài)，通過關(guān)鍵幀融合技術(shù)，把每幀Posture像放電影那樣連貫起來實現(xiàn)人體的各種動作。

    虛擬人驅(qū)動物體運動：其基本思想是用物體的運動來帶動人體隨動，例如打開箱子蓋的動作，其制作流程如圖3所示。

    圖3 開箱蓋制作流程圖

    虛擬人驅(qū)動機構(gòu)運動：在建立機構(gòu)三維模型的基礎上，把機構(gòu)設置成為Device，然后當機構(gòu)運動時讓人產(chǎn)生隨動，例如人使用千斤頂頂起飛機的制作流程如圖4所示。

    圖4 千斤頂制作流程圖

    多人協(xié)調(diào)動作：多人協(xié)調(diào)任務動作可以通過PERT圖來進行設計和調(diào)整，PERT圖把仿真過程中每一個虛擬人的動作和物體的動作用流程圖的方式進行可視化，每個圖標框代表一個動作，在圖標框之間用箭頭代表動作的次序信息，通過調(diào)整箭頭和圖標框的位置就可以設計出各種需合作完成的任務，例如飛機除冰過程中一個虛擬人進行地面指揮，另一個虛擬人完成相應的除冰動作，其PERT圖如圖5所示。

    圖5 除冰過程中指揮人和除冰人同步動作

DELMIA人機工程在飛機虛擬維修中的應用（二）

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本文標題：DELMIA人機工程在飛機虛擬維修中的應用（一）

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