馬麗璇，孫書霞，李恩義

（安陽工學(xué)院飛行學(xué)院，河南安陽455000）

飛機(jī)的維修性是飛機(jī)維修的難易程度，是設(shè)計(jì)所賦予的一種固有屬性，必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中考慮。傳統(tǒng)維修性是通過全尺寸模型及物理樣機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用實(shí)驗(yàn)或者手工開展的，大部分的維修性評估工作不能夠有效地開展[1]。同時(shí)，維修性設(shè)計(jì)雖然與飛機(jī)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，但其缺陷通常要到制造階段，甚至使用與維修階段才能發(fā)現(xiàn)，這導(dǎo)致很多的維修缺陷留在了最終產(chǎn)品中。虛擬維修技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并為解決上述傳統(tǒng)維修技術(shù)問題提供技術(shù)支撐。

虛擬維修技術(shù)（Virtual Maintenance）是利用虛擬技術(shù)對物理世界形象、直觀的表達(dá)能力，在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，進(jìn)行維修工程和維修性工程活動(dòng)的技術(shù)。虛擬維修以數(shù)字樣機(jī)代替昂貴的物理樣機(jī)，利用數(shù)字樣機(jī)仿真飛機(jī)的維修過程，評估飛機(jī)的維修性，克服了實(shí)物樣機(jī)制造周期長、成本高、難以修改的缺點(diǎn)。應(yīng)用虛擬維修技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)可達(dá)性分析，盡可能早地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中可能存在的維修性問題并將這一流程納入系統(tǒng)研發(fā)流程中的方案權(quán)衡階段甚至更早期階段，可進(jìn)一步提高方案質(zhì)量，降低后期工程更改風(fēng)險(xiǎn)，對保證飛機(jī)質(zhì)量、可靠性、降低飛機(jī)的維修成本、縮短飛機(jī)設(shè)計(jì)周期具有十分重要的意義［2］。

1 虛擬維修技術(shù)體系

1.1 虛擬維修建?？傮w框架圖

虛擬維修技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：①虛擬人體及工具建模；②虛擬維修環(huán)境建模；③虛擬維修過程建模；④虛擬維修過程仿真分析；⑤基于虛擬維修仿真的維修性分析及評估模型。其中虛擬建模包括人體建模、各種設(shè)備及工具等的三維數(shù)字模型的建立，一般通過CAD、CATIA等軟件實(shí)現(xiàn)，而評估模型提供維修性評估、維修性演示驗(yàn)證、維修過程檢查、維修訓(xùn)練與評估、設(shè)計(jì)修改建議、人機(jī)工效評估等功能。圖1為虛擬維修建模總體框架圖。

圖1 虛擬維修建?？傮w框架圖

1.2 虛擬維修仿真流程

DELMIA的虛擬維修仿真流程，以維修任務(wù)為仿真對象，在建立虛擬樣機(jī)、維修人員人體模型的基礎(chǔ)上，用戶與系統(tǒng)采用交互的方式，將整個(gè)維修過程形象、逼真、直觀地再現(xiàn)出來，同時(shí)將仿真過程中獲取的各種數(shù)據(jù)提供給維修性分析評價(jià)人員，進(jìn)行相關(guān)的維修性分析與評價(jià)，并提出設(shè)計(jì)修改建議，使整個(gè)飛機(jī)維修過程更加科學(xué)化、人性化。以A320飛機(jī)燃油系統(tǒng)為例，搭建虛擬維修環(huán)境，利用DELMIA進(jìn)行虛擬維修仿真分析，圖2為虛擬維修仿真流程圖。

2 維修性設(shè)計(jì)及評估

A320飛機(jī)的燃油系統(tǒng)是整個(gè)飛機(jī)十分重要的部分，通過對其維修性的分析，可以分析其維修性的好壞，以及其對維修效率和成本的影響。對于飛機(jī)這樣的昂貴的復(fù)雜系統(tǒng)，只有具有良好的維修性，才能夠降低維修過程中的人為差錯(cuò)，才能夠保證良好的安全性能，進(jìn)而得到航空公司的青睞。因此要對產(chǎn)品的維修性進(jìn)行系統(tǒng)的分析［3-4］。維修性分析及評估主要包含維修人員可視性分析和維修工具可達(dá)性分析兩個(gè)方面。

圖2 虛擬維修仿真流程圖

2.1 維修人員可視性分析

維修人員可視性主要是在維修的過程中，維修人員能否清晰地看見所要維修的部件。所有的維修操作信息多半以上都是通過視覺傳遞的，因此在設(shè)計(jì)飛機(jī)內(nèi)部布局的時(shí)候，一定要留出足夠的空間，使布局合理以滿足工作人員的可視性要求［5］。在一定的姿勢下，人的視覺范圍是固定的，并且有可見度好的區(qū)域和差的區(qū)域。DELMIA平臺中根據(jù)人的眼睛功能，把頭部靜止、眼睛正?；顒?dòng)的狀態(tài)下的區(qū)域分為三種情況：良好視區(qū)（A）、有效視區(qū)（B）、可見視區(qū)（C）三部分。在A區(qū)有良好的視覺環(huán)境，雙眼的視覺范圍為水平120°左右、垂直方向視覺上下各35°。區(qū)域劃分圖如圖3所示。

維修人員可視性評級可由故障部位位于維修人員最佳視錐及最大視錐來打分，具體評級為五級制度。具體如下：一級指故障點(diǎn)位于最佳視錐區(qū)域內(nèi)可見，可視性良好；二級指維修部位位于最大視錐區(qū)域內(nèi)，通過調(diào)整姿態(tài)可以實(shí)現(xiàn)最佳視錐內(nèi)可見，可視性良好；三級指故障點(diǎn)位于最大視錐區(qū)域內(nèi)，通過調(diào)整姿態(tài)不可實(shí)現(xiàn)最佳視錐內(nèi)可見，可視性一般；四級指故障點(diǎn)位于不可見區(qū)域內(nèi)，通過調(diào)整姿態(tài)可以實(shí)現(xiàn)最大視錐內(nèi)可見，可視性一般；五級指故障點(diǎn)位于不可見區(qū)域內(nèi)，通過調(diào)整姿態(tài)不可實(shí)現(xiàn)最大視錐內(nèi)可見，可視性極差。由以上評級可知級別越高，維修人員可視性越差。

圖3 區(qū)域劃分圖

2.2 維修工具可達(dá)性分析

維修工具可達(dá)性是指在虛擬維修過程中，在一個(gè)姿勢下維修人員上肢所能達(dá)到的范圍，測量人的位置到維修部位之間的距離，并結(jié)合人體工程學(xué)的因素確定在該位置維修是否舒適［6］?？蛇_(dá)性評分可由維修人員與故障部件之間的距離以及其與設(shè)備之間是否有障礙物來打分，具體評級為五級制度。具體如下：一級指維修工具位于可達(dá)性范圍內(nèi)，故障點(diǎn)與人員之間不存在障礙物，可達(dá)性良好；二級指維修工具位于可達(dá)性范圍內(nèi)，故障點(diǎn)與人員之間存在障礙物，通過調(diào)整姿態(tài)可達(dá)，可達(dá)性一般；三級指維修工具在可達(dá)性范圍之外，通過調(diào)整姿態(tài)可達(dá)，可達(dá)性一般；四級指維修工具位于可達(dá)性范圍內(nèi)，與人員之間存在障礙物，通過調(diào)整姿態(tài)亦不可達(dá)，維修時(shí)需要先拆卸其他部件，可達(dá)性差。五級指維修工具位于可達(dá)性范圍之外，通過調(diào)整姿態(tài)亦不可達(dá)，可達(dá)性極差。由以上評級可知，級別越高，維修工具的可達(dá)性越差［7］。

3 飛機(jī)壓力加油控制器故障虛擬維修過程仿真運(yùn)用

A320飛機(jī)燃油系統(tǒng)是飛機(jī)重要系統(tǒng)之一，壓力加油系統(tǒng)是飛機(jī)燃油系統(tǒng)的重要組成部分，地面供油系統(tǒng)通過壓力加油系統(tǒng)給飛機(jī)各個(gè)油箱加油，以滿足飛機(jī)飛行動(dòng)力的需要。加油系統(tǒng)用于控制加入和放出飛機(jī)的燃油流量。壓力加油由一個(gè)位于右側(cè)下腹部整流罩內(nèi)的加油控制面板控制。加油管接頭(安裝在右側(cè)大翼的前緣內(nèi))是飛機(jī)油箱和外部加油車之間的連接口。以A320飛機(jī)燃油系統(tǒng)飛機(jī)油箱和外部加油車之間的連接口為例，搭建虛擬維修環(huán)境，利用虛擬維修仿真對其內(nèi)部進(jìn)行可達(dá)性仿真。

利用DELMIA軟件對仿真對象進(jìn)行仿真，并進(jìn)行可達(dá)性分析，根據(jù)軟件分析的結(jié)果，對其進(jìn)行評分，按照上文的評分級別分別對維修人員的可視性及維修工具可達(dá)性進(jìn)行評估。可以得到，維護(hù)該區(qū)域的連接接頭時(shí)，維護(hù)人員的可視性良好、可達(dá)性一般。

4 結(jié)論

本文針對民航飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在虛擬維修仿真的基礎(chǔ)上，以A320飛機(jī)燃油系統(tǒng)壓力加油故障維修性設(shè)計(jì)為例，對飛機(jī)燃油系統(tǒng)的維修性進(jìn)行了分析，將虛擬維修技術(shù)引入到飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)與評估工作中，闡述了虛擬維修仿真的流程。通過維修人員可視性分析、維修工具可達(dá)性分析，給出了虛擬維修技術(shù)的維修性評估方法，從中找出影響維修性設(shè)計(jì)的因素進(jìn)而及時(shí)改進(jìn)，使人體處于舒適工作狀態(tài)，減少疲勞，以提高整機(jī)維修性。