張曉潔

（南京熊貓漢達科技有限公司通信技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210014）

0 引言

虛擬現(xiàn)實（VR： Virtual Reality） 技術(shù)， 是一種利用電腦模擬生成一個三度空間的虛擬世界， 給使用者提供有關視覺、 聽覺和觸覺等感官的模擬技術(shù)。 人與這種環(huán)境可以通過人的自然技能和相應的設施進行信息交互。 國內(nèi)外， VR 技術(shù)已多次成功地應用于維修領域[1]， 例如： 英國航空發(fā)動機制造商Rolls-Royce 利用VR 軟件培訓維修人員， 模擬航空發(fā)動機的維修。

目前大部分公司， 現(xiàn)有產(chǎn)品的使用、 維修和培訓主要采用人工和現(xiàn)場培訓的方式[2]。 培訓材料為紙質(zhì)版本或者較低程度的IETM， 存在培訓周期長、 培訓成本高和遠程化指導效果差的問題。整個使用、 維修和培訓考核等售后服務比較基礎和低端。 VR 使用維修培訓系統(tǒng)， 是基于VR 技術(shù)，結(jié)合裝備的交互式電子技術(shù)手冊 （IETM：Interactive Electronic Technical Manual）， 把產(chǎn)品三維模型、 相關產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和其他信息、 維修文檔、 維修培訓系統(tǒng)、 考試和評價系統(tǒng)有機地集成在一起。 對實現(xiàn)高可視化、 沉浸式的產(chǎn)品使用指導、 維修培訓與考核具有以下意義[3-4]。

a） 通過軟件平臺實現(xiàn)遠程或本地化的三維可視化使用指導與維修培訓， 節(jié)省人力和經(jīng)費； 遠程指導能夠應對疫情等無人接觸的要求。

b） 互動性、 沉浸性更強， 可提高裝備的使用維修培訓效果。

c） 保證安全， 避免培訓中的誤操作造成人員或設備的損失[5]。 基于VR 技術(shù)的使用維修模擬培訓， 提供對復雜或危險維修環(huán)境的模擬和對維修操作人員培訓， 提高操作人員的操作水平，從而降低實際操作的難度， 保 證 操作人員的生產(chǎn)安全。

1 VR 使用維修培訓系統(tǒng)的總體技術(shù)方案

本文將介紹一種VR維修使用培訓系統(tǒng)的設計 方 案。 其軟件架構(gòu)主要分為引擎層、 數(shù)據(jù)層、功能層、 業(yè)務層和交互層， 具體如下所述。

a） 引擎層

提供系統(tǒng)的底層支持， 包括三維渲染引擎、 三維物理引擎、 三維動畫引擎和人體運動引擎等。

b） 數(shù)據(jù)層

提供系統(tǒng)所需的用于電臺裝備三維維修工藝設計與分析的各種基礎數(shù)據(jù)庫， 以方便用戶進行選擇調(diào)用， 包括中國標準人體庫、 維修姿態(tài)庫、 專業(yè)材質(zhì)庫、 交互行為庫和IETM 手冊庫等。

c） 功能層

基于以上兩層實現(xiàn)不同的功能并為業(yè)務層提供實現(xiàn)基礎。

d） 業(yè)務層

業(yè)務層與功能層包含用戶實現(xiàn)所需的功能， 例如： 項目管理、 虛擬環(huán)境構(gòu)建、 物理仿真、 人體仿真、 維修仿真設計和虛擬維修分析等。

e） 交互層

通過軟件平臺支持的虛擬現(xiàn)實外設接口與外部虛擬交互式硬件設備的結(jié)合應用， 實現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實的三維維修工藝設計與分析應用需求。

裝備虛擬維修培訓研究的總體研究技術(shù)框架如圖1 所示。

圖1 總體技術(shù)框架

2 軟件功能模塊的設計

該系統(tǒng)的軟件按照功能模塊劃分， 可分為用戶管理模塊、 產(chǎn)品信息瀏覽查詢模塊、 培訓模塊和考核模塊四大功能模塊， 具體如下所述。

圖2 軟件功能模塊的劃分

a） 用戶管理模塊

管理不同用戶的權(quán)限， 例如： 包括維修培訓的安排、 維修課程的人員安排和維修課程的時間控制。 項目按照基層級維修與中繼級維修進行分層次管理， 對培訓人員進行層次適配。 項目數(shù)據(jù)設置后， 會在虛擬現(xiàn)實設備上推送指定的維修培訓。

b） 產(chǎn)品信息瀏覽查詢模塊

為用戶提供產(chǎn)品信息瀏覽與查詢服務， 具體包括兩大功能： 1） 產(chǎn)品信息瀏覽， 按照系列化列表來選擇瀏覽設備的組成、 功能原理、 使用說明和安全事項等內(nèi)容； 2） 產(chǎn)品信息查詢與檢索， 系統(tǒng)提供按產(chǎn)品類別、 型號等多種類型的查詢方式， 供用戶輸入查詢條件或在分類樹上點選相應的結(jié)點進行查詢。

c） 培訓模塊

培訓模塊為基于三維模型的安裝、 使用和維修作業(yè)指導系統(tǒng)， 包括： 安裝作業(yè)指導、 使用操作和維修作業(yè)指導等內(nèi)容。 可視化形式的表達結(jié)構(gòu)體裝配、 結(jié)構(gòu)體安裝和各類背負架安裝等內(nèi)容的作業(yè)指導模塊。

d） 考核模塊

從產(chǎn)品基本信息、 產(chǎn)品使用、 安裝和維修等內(nèi)容中抽取必要內(nèi)容， 并添加題目標識、 題目屬類和題目難度等信息， 從而轉(zhuǎn)化為題目， 并最終構(gòu)建考試題庫。 從考試題庫中按照考試時間、 題目難度等信息抽取出合適的考試題目構(gòu)成考試內(nèi)容， 以合理的出題順序、 美觀的布局和版面格式， 根據(jù)答題進度與考試者互動進行逐題顯示、 作答與提交。 并給予合理的評分與評價， 給予錯題反饋與對應題目的答題指導， 輔助答題者進行錯題練習與知識鞏固。

3 結(jié)束語

本文介紹的設計方案， 提供了一種直觀性、 交互性的使用維修培訓技術(shù)途徑和應用軟件， 可以按照系列框架， 容納全譜系產(chǎn)品； 并以最優(yōu)化的方式將文字、 表格、 圖像、 工程圖形、 聲音、 視頻和動畫等多種信息形式顯示在電子屏幕上。 由此可以提升操作學習效率， 顯著地降低現(xiàn)有人工維修培訓的時間和經(jīng)濟成本。