引言

    飛機(jī)的維修性是由產(chǎn)品設(shè)計(jì)賦予的使之維修簡(jiǎn)便、迅速、經(jīng)濟(jì)的重要質(zhì)量特性，其好壞重點(diǎn)在于產(chǎn)品的研制過(guò)程，在于產(chǎn)品的分析與驗(yàn)證。傳統(tǒng)的維修性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證通常是在物理樣機(jī)或全尺寸模型上進(jìn)行，通過(guò)手工或?qū)嶒?yàn)來(lái)完成，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它工程技術(shù)的自動(dòng)化程度，既費(fèi)時(shí)，又費(fèi)力，且評(píng)價(jià)滯后，受到場(chǎng)地、時(shí)間以及物理樣機(jī)等各種條件限制，很多維修性評(píng)估驗(yàn)證工作無(wú)法開(kāi)展。然而，要對(duì)這種定型產(chǎn)品進(jìn)行維修性再設(shè)計(jì)，就必然會(huì)改變?cè)瓉?lái)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、部件布局、結(jié)構(gòu)等，因此維修性設(shè)計(jì)不僅僅是維修性的再設(shè)計(jì)，而是整個(gè)飛機(jī)的再設(shè)計(jì)。顯然，要對(duì)定型后的飛機(jī)進(jìn)行維修性再設(shè)計(jì)是不現(xiàn)實(shí)的，也是不可能的。因此，探討如何在飛機(jī)設(shè)計(jì)同時(shí)并行考慮維修性問(wèn)題是很迫切和重要的。

    DELMIA是法國(guó)Dassault公司推出的一款虛擬維修軟件，利用DELMIA進(jìn)行維修性并行設(shè)計(jì)已成為有效的設(shè)計(jì)手段，通過(guò)觀察虛擬人在虛擬環(huán)境中對(duì)特定的維修活動(dòng)進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)可能存在的維修性設(shè)計(jì)缺陷，提出改進(jìn)建議，進(jìn)而可以在裝備設(shè)計(jì)階段就對(duì)原始設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(xùn)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(yīng)用)分為3個(gè)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(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分可以通過(guò)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(guò)DPE來(lái)制定制造工藝和資源規(guī)劃，通過(guò)DPM和DELMIA/QUEST進(jìn)行仿真，數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)PPR Hub來(lái)完成。目前國(guó)內(nèi)主要的飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造單位電子樣機(jī)的設(shè)計(jì)都使用了達(dá)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(gè)軟件之間實(shí)現(xiàn)電子樣機(jī)的無(wú)縫連接，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的工作，也不會(huì)丟失信息。

    DELMIA的維修仿真流程，以維修任務(wù)為仿真對(duì)象，在建立虛擬樣機(jī)、維修人員人體模型的基礎(chǔ)上，用戶(hù)與系統(tǒng)采用交互的方式，將整個(gè)維修過(guò)程形象、逼真、直觀的再現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)將仿真過(guò)程中獲取到的各種數(shù)據(jù)提供給維修性分析評(píng)價(jià)人員，進(jìn)行相關(guān)的維修性分析與評(píng)價(jià)，并提出設(shè)計(jì)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(chǎng)景構(gòu)建

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

    圖2 某型飛機(jī)的虛擬維修場(chǎng)景

    采用數(shù)字樣機(jī)技術(shù)，可以在早于制造物理樣機(jī)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(dá)，便于設(shè)計(jì)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(jī)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(guò)程仿真，從而為維修性與維修工作的研究提供了強(qiáng)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(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)包括68個(gè)鉸接點(diǎn)和6對(duì)耦合點(diǎn)（某點(diǎn)移動(dòng)范圍取決于相鄰節(jié)點(diǎn)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(lái)準(zhǔn)確的產(chǎn)生各種自然動(dòng)作。DELMIA為用戶(hù)提供了一個(gè)叫做反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)JK(Inverse Kinematics)的功能，該功能能夠改變?nèi)梭w模型的現(xiàn)有姿勢(shì)，通過(guò)人體模型某個(gè)部位的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)需要的人體模型姿勢(shì)。換句話(huà)說(shuō)，這項(xiàng)操作將定義肢體的動(dòng)作行為。

    1.2 維修仿真過(guò)程

    維修仿真過(guò)程主要應(yīng)用了DELMIA中的Human Task Simulation模塊，主要由電子樣機(jī)和虛擬人的行為來(lái)實(shí)現(xiàn)維修有關(guān)活動(dòng)或過(guò)程的模擬，是維修活動(dòng)在虛擬環(huán)境下的再現(xiàn)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境。

    虛擬人自身運(yùn)動(dòng)：DELMfA的人體的運(yùn)動(dòng)仿真模塊提供了基本的人體動(dòng)作，如抓取、放置、走路、爬樓梯、移動(dòng)到目標(biāo)姿態(tài)等，在對(duì)實(shí)際維修過(guò)程進(jìn)行仿真時(shí)，通過(guò)這些動(dòng)作的組合，幾乎可以完成所有的維修動(dòng)作。也可以用Posture Editor或Human Posture來(lái)編輯人體的各種姿態(tài)，調(diào)整頭、頸、肩膀、手臂等約30個(gè)部位的自由度，創(chuàng)建工人工作中的各種姿態(tài)，通過(guò)關(guān)鍵幀融合技術(shù)，把每幀Posture像放電影那樣連貫起來(lái)實(shí)現(xiàn)人體的各種動(dòng)作。

    虛擬人驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)：其基本思想是用物體的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)人體隨動(dòng)，例如打開(kāi)箱子蓋的動(dòng)作，其制作流程如圖3所示。

    圖3 開(kāi)箱蓋制作流程圖

    虛擬人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)：在建立機(jī)構(gòu)三維模型的基礎(chǔ)上，把機(jī)構(gòu)設(shè)置成為Device，然后當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)讓人產(chǎn)生隨動(dòng)，例如人使用千斤頂頂起飛機(jī)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(dòng)作：多人協(xié)調(diào)任務(wù)動(dòng)作可以通過(guò)PERT圖來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整，PERT圖把仿真過(guò)程中每一個(gè)虛擬人的動(dòng)作和物體的動(dòng)作用流程圖的方式進(jìn)行可視化，每個(gè)圖標(biāo)框代表一個(gè)動(dòng)作，在圖標(biāo)框之間用箭頭代表動(dòng)作的次序信息，通過(guò)調(diào)整箭頭和圖標(biāo)框的位置就可以設(shè)計(jì)出各種需合作完成的任務(wù)，例如飛機(jī)除冰過(guò)程中一個(gè)虛擬人進(jìn)行地面指揮，另一個(gè)虛擬人完成相應(yīng)的除冰動(dòng)作，其PERT圖如圖5所示。

    圖5 除冰過(guò)程中指揮人和除冰人同步動(dòng)作

DELMIA人機(jī)工程在飛機(jī)虛擬維修中的應(yīng)用（二）

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/

本文標(biāo)題：DELMIA人機(jī)工程在飛機(jī)虛擬維修中的應(yīng)用（一）

本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/solutions/1401935781.html