張?jiān)礉?，馬振利

（解放軍后勤工程學(xué)院，重慶401311）

隨著現(xiàn)代裝備科技含量的不斷提高，裝備造價(jià)和維修成本也不斷攀升，如何在裝備的生產(chǎn)研制階段，就充分考慮到維修性，以節(jié)省壽命周期費(fèi)用和如何對現(xiàn)有裝備進(jìn)行維修性分析，是一個(gè)亟待解決的課題。虛擬技術(shù)的發(fā)展，為裝備的維修性分析提供了一種新方法，即只需要建立該裝備的虛擬樣機(jī)，就可以對該裝備進(jìn)行可靠性、維修性等分析。維修部件的可視性，是裝備維修性最基本的指標(biāo)之一。可視性是指被維修的部件可以被看見的特性。本文以某型加油車為例，提供了一種利用CATIA軟件對裝備進(jìn)行可視性分析的方法，實(shí)現(xiàn)了裝備維修可視化分析的虛擬化、便捷化。

1 CATIA及其視覺分析功能簡介

CATIA是法國達(dá)索公司開發(fā)的一套CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng)，它將3D造型、虛擬制造、裝配及人機(jī)工程分析等功能集中于一體，提供了各種CAD/CAM/CAE數(shù)據(jù)之間的無縫連接，具有極其強(qiáng)大的三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真功能。CATIA人機(jī)工程摸塊中視覺分析功能（Vision Function）能為裝備的可視性分析提供一種新的手段。CATIA的視覺分析功能，可以確定單眼系統(tǒng)與雙眼系統(tǒng)的視野范圍、視野的最大最小距離、視野聚焦的距離、左右眼的各種視覺區(qū)域，實(shí)現(xiàn)視線終端的聚焦中心的定位，還可以劃分眼睛盲點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型邊界。

利用CATIA進(jìn)行視覺分析，首先要確定維修部件可視性分析的關(guān)鍵部位，然后調(diào)整人體位置，利用軟件的視覺分析功能，對虛擬維修人員的視野進(jìn)行分析，保證維修的合理性和符合人機(jī)工程學(xué)原理，最后得出可視性分析的評價(jià)結(jié)論。

2 某型加油車維修部件可視性分析

要通過虛擬方法分析該型加油車的可視性，必須先建立該車的三維模型和虛擬維修人員模型。建立的該車操作艙模型和虛擬人員模型如圖1所示（除去加油卷盤升降裝置）。

圖1 操作艙和虛擬維修人員模型

假設(shè)該車操作艙內(nèi)過濾分離器發(fā)生故障，需要對其進(jìn)行換件維修，先對待維修部件（過濾分離器）進(jìn)行可視性分析，主要是利用CATIA人機(jī)模塊的視覺功能，分析過程如下。

2.1 找出關(guān)鍵部位，選擇適當(dāng)?shù)挠^察位置

選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，對于裝備的可視性有著至關(guān)重要的作用。不同的維修位置，視野是不同的，可視與否的結(jié)論也是不同的。對于換件維修來說，維修部件可視性的好壞，取決于固定該部件或該部件與其他部件連接處等的幾個(gè)關(guān)鍵部位，因此要找出待維修部件的可視性分析的關(guān)鍵位置。調(diào)整虛擬維修人員位置，分別在該操作艙左側(cè)，右側(cè)和后側(cè)進(jìn)行觀察，得到的結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同位置觀察結(jié)果

可以看出，從左側(cè)觀察時(shí)，過濾分離器的幾乎所有部件，都被其他管路或者部件擋住了，如圖2（a）所示。而后側(cè)觀察時(shí)（除去加油卷盤升降裝置），可以清楚地看見過濾分離器的后側(cè)面以及與其他部件的的連接部位（過濾分離器固定支架和進(jìn)、出過濾分離器管路），如圖2（c）所示。從右側(cè)觀察時(shí)，只可以看見過濾分離器的右側(cè)面，如圖2（b）所示。由于過濾分離器與進(jìn)、出管路和固定支架相連接，要想實(shí)現(xiàn)換件維修，必須把管路和支架從過濾分離器上拆卸分離開來，所以在管路和支架與過濾分離器的連接處，是維修操作的關(guān)鍵部位，也是可視性分析的關(guān)鍵部位。在此只對進(jìn)、出過濾分離器的管路和過濾分離器的連接處，做可視性分析，支架與過濾分離器的連接處就不贅述了。

確定了關(guān)鍵部位以后，對虛擬人體位置做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通過對人體位置的多次調(diào)整，可以確定如圖3所示的位置，并且維修人員以跪姿或者蹲姿進(jìn)入操作艙，此為觀察過濾分離器進(jìn)、出管路和連接處的最佳位置。

圖3 虛擬維修人員在操作艙的位置

2.2 利用CATIA軟件人機(jī)工程模塊中的視野分析功能

視野是當(dāng)人的頭部和眼球不動(dòng)時(shí)，人眼能夠察覺到的空間范圍，通常用角度表示。在水平面內(nèi)，人的最大視野是180°，雙眼的視區(qū)大約在左右約60°的區(qū)域內(nèi)。在垂直方向上，假定標(biāo)準(zhǔn)視線是水平的，視野的最大視區(qū)應(yīng)該是水平線向上50°、水平線以下70°。用單眼看物體時(shí)，只能看見物體的平面，即高度和寬度；若用雙眼視物時(shí)，具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近、位置的能力，形成立體視覺。顏色視野是顏色對眼的刺激能夠引起感覺的范圍，白色視野最大，其次是黃、藍(lán)、紅、綠等。但是能夠進(jìn)行顏色識(shí)別的區(qū)域，是在標(biāo)準(zhǔn)視線左右約30°～60°（水平方向），上約30°、下約40°（垂直方向）。視距是人在工作工程中正常的觀察距離。觀察各種部件或裝置時(shí)，視距的過遠(yuǎn)或者過近，都會(huì)影響認(rèn)知和操作的準(zhǔn)確性。一般應(yīng)該根據(jù)目標(biāo)物體的大小和形狀以及工作要求來確定視距，一般操作的視距在380～760 mm之間。表1是不同維修任務(wù)下視距的推薦值。圖4為CATIA給出的各種視野類型。

表1 不同維修任務(wù)的視距的推薦值

維修過程中，為了保證維修工作的安全、快速，應(yīng)該保持被維修部件在人體的雙眼視區(qū)內(nèi)，并且選在可以進(jìn)行顏色識(shí)別的視區(qū)。要保持這種狀態(tài)，頭部和軀干必須轉(zhuǎn)動(dòng)或者扭動(dòng)，但是頭部左右轉(zhuǎn)動(dòng)不宜超過45°，上下不超過30°，也盡量不要在移動(dòng)時(shí)進(jìn)行觀察，如圖5所示。我們在CATIA中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)視線左右50°（水平方向），上下30°（垂直方向）為虛擬維修人員的視區(qū)。經(jīng)過計(jì)算，在CATIA中的設(shè)置如圖6所示；同時(shí)，考慮到過濾分離器的換件維修應(yīng)該屬于中等粗活，視距應(yīng)在500 mm以下，在CATIA中設(shè)置視距為400 mm。

圖4 不同視野類型

圖5 觀察姿勢以及視野范圍

圖6 在CATIA中設(shè)置項(xiàng)

調(diào)整后的視圖如圖7所示。

圖7 調(diào)整后的視野

2.3 可視性分析

從圖2、圖7和人體姿態(tài)調(diào)整操作中可以看出，從過濾分離器后側(cè)觀察，并選擇適當(dāng)觀察位置，過濾分離器與過濾分離器進(jìn)、出管路連接處清晰可見，并且可以觸及，頭部和頸部在舒適的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)。通過對CTIIA視野功能參數(shù)的重新設(shè)置，可以清楚地看見過濾分離器、過濾分離器進(jìn)、出管路及其連接處，保證了維修的合理性和符合人機(jī)工程要求。總體評價(jià)過濾分離器可視性良好，滿足維修性要求。

3 結(jié)束語

以油料裝備維修性基本要求之一的可視性為出發(fā)點(diǎn)，以過濾分離器為例，提出了利用CATIA軟件視野分析功能進(jìn)行分析的方法，并介紹了可視性分析的過程。實(shí)踐證明該法簡便易行，成本低，是裝備維修性研究的一個(gè)重要手段。

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