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摘要：近几年，我国民航业迅猛发展，飞机维修行业是民航业发展的重要基础，其市场也迅猛扩张。从现实情况来看，民航维修业与公共运输航空的维修体系相比存在着维修人员不足、实训设备不足等诸多问题。虚拟维修技术的应用可以使这些问题迎刃而解。但虚拟维修技术在民航中的应用处于初步探索阶段，还没有形成成熟的理论和经验。在此形势下，加强对虚拟维修技术的研究与应用，成为了民航业普遍关注的一个问题。
关键词：虚拟维修技术；民航；航空维修
引言
作为一门新兴的技术科学，虚拟维修技术一出现便引起国内外专家的广泛关注，已发展成为工业、航空航天、军事等领域数字化生产的重要研究热点。当前很多文献的研究主要集中于虚拟维修系统的构建和实现，探讨相关关键技术的实现手段与方法，对虚拟维修技术运用的用研究大都以研究目的为基础，并未专门研究虚拟维修及其相关技术在民航领域的运用。为此，本门在介绍虚拟维修的基础上，从虚拟维修及其关键技术入手，结合具体的实例，分析、研究了其在民用航空领域的具体运用实践，展望了未来的运用趋势。本文的工作对虚拟维修技术在民航业的认知具有一定的推广意义，对实现民航业实现数字化生产具有一定的促进作用。
1虚拟维修技术概述
1.1虚拟维修的定义
虚拟维修（VirtualMaintenanceVM）这个概念最早出现在美国军用手册MIL－HDBK－470A中，指的是：“使用VＲ技术，维修性工程师可进入虚拟环境中，对虚拟产品进行维修”。虽然当前围绕虚拟维修展开的相关研究很多，但目前还没有关于虚拟维修准确、全面的定义。有的学者认为虚拟维修是采用VＲ技术对实际维修过程的图形化仿真，有的学者将通过网络远程传递文本、声音、图片、视频等信息辅助维修工作的系统称作虚拟维修系统。对虚拟维修的定义是：以计算机技术与虚拟现实技术为依托，在由计算机生成的、包含了产品数字样机与维修人员三维人体模型的虚拟场景中，通过驱动人体模型（包括采用人在回路的方式）来完成整个维修过程仿真的综合性应用技术。
1.2虚拟维修的关键技术
（1）虚拟样机技术。利用计算机仿真技术进行面向对象的虚拟建模，不仅在外型上与物理样机保持高度相似、实现功能再现，还能为将来的运用提供准确、充足的信息；例如：英国的AＲＲL（先进机器人研究实验室）为罗尔斯－罗伊斯公司飞机发动机建模，用于设计阶段评估发动机常见问题的维修性。
（2）三维虚拟环境创建技术。利用虚拟现实技术创建相关的虚拟环境，为用户提供良好的沉浸感、自然的交互性及一定的想象空间；例如：在设计A380的过程中，空客公司通过模拟仿真机务人员在机舱内的维修操作和情景来验证维修步骤的正确性、舒适性和可达性。
（3）人机交互技术。利用相关的交互手段或设备将场景可视化并提供视觉、听觉、触觉等信息输出，实现信息的获取与反馈；例如：Andrea充分利用头盔跟踪器、数据手套和沉浸式力反馈系统，对面向航空航天产品维修培训的VIＲsteper-son系统添加了触觉感知接口，操作者不仅有视觉上流程演示还能体验到维修工具与维修部件的动态受力。
（4）过程仿真技术。统筹规划动素分类、任务描述、交互行为模型并对各状态进行管理，实现过程仿真。例如：美国空军阿姆斯特朗实验室与宾夕法尼亚大学联合创建的DEPTH（DesignEvaluationforPersonnelTrainingandHumanFactor）项目，利用可视化技术和虚拟现实技术进行维修与保障分析，确定维修过程内容与人力资源需求。
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2虚拟维修技术在民航中的应用要点
2.1系统结构设计
针对民航虚拟维修系统功能设计，体系结构划分应包含四个层次。一是界面层，分为输入界面和输出界面。前者接收用户的输人命令，同时包括虚拟外设（头盔显示器、数据手套等）的输入。后者向用户反馈应用层的处理结果。二是应用层。该层是整个民航虚拟维修系统的核心，涉及管理、建模、仿真、协同、分析、评估与报告多项应用功能。管理指的是对系统任务、维修资源以及数据的管理，建模即针对维修产品建立数字模型，仿真指的是对维修样机以及维修操作流程的仿真处理，协同指的是针对虚拟维修过程中的冲突进行交流、协调，分析即是应用各种维修性分析工具对维修样机进行分析，评估与报告即对定制维修进行综合评估。三是对象层。由虚拟维修过程中涉及的维修样机模型、维修资源模型、协同信息文件、评估和总结报告等各种数据组成。四是技术支持层。指的是各类数据库、操作系统等支持系统运行的软硬件基础。
2.2关键技术研究与系统实现
虚拟维修技术在民航维修中的应用需要几项关键技术的支撑，包括虚拟维修仿真对象建模技术、三维模型的转换技术、人机碰撞检测技术。从目前虚拟维修技术发展水平来看，人体模型的本土化技术是难以攻克的技术难题。目前，市面上应用的人体模型软件没有我国人的人群文件，不支持我国的人体测量学数据。因此，亟需开发基于人体模型的本土化技术，生成中国人的人体模型。具体可参照《中国成年人人体尺寸》（GB10000－88）标准，以韩国人的人群文件为参数，计算出中国人人群文件中34个变量的分布参数，适当缩放两国人的身高比例线，设定中国人其余变量的标准差。另外，现有的虚拟维修软件通常只能将某一类虚拟维修资源保存在同一文件夹内。这种单一的资源管理方式不利于虚拟维修资源的科学配置和管理。因此，有必要采用XML技术建立面向维修级别的可扩展维修资源集合模型，分类管理维修资源，详细记录每一类维修资源的信息，提高资源利用水平。
2.3实际应用
为考察虚拟维修技术在民航中应用的实际效果，特以某民航某型飞机的中机身油箱放油维护为例，进行案例演示。第一步，建立民航维修资源模型，并使用维修管理工具进行管理，然后导入需要使用的维修资源。第二步，按照维修任务流程管理工具的步骤内容，编辑维修仿真。第三步，进行维修性分析，并依据维修性评估标准进行综合评估。五位民航维修工程人员对此次飞机的中机身油箱放油维护进行了评分。最后评估结果为r=W?Ｒ=（0．255，0.424，0．263，0．053，0．005），效果较好。
2.4人机交互技术的运用
人机交互技术是用户与系统沟通的桥梁，是实现信息输入与输出的媒介。不同的系统，根据功能和要求实现效果的不同，所使用的交互设备或手段不尽相同。目前民航中与虚拟仿真有关的运用所适用的的交互设备有：鼠标和键盘，与实物相同的特定传感设备，虚拟外设等。用于机务人员虚拟维修培训的桌面式虚拟维修训练系统采用的是鼠标、键盘对系统进行控制。对于漫恒数字公司为中航工业商发开发的三维实景系统，由于对沉浸感要求较高，选择采用摄像头、数据手套、数据眼镜、遥控等虚拟外设作为系统的交互设备。而用于飞行程序训练的CAESimfinityIPT集成式程序训练机，采用的交互设备则是以实物相同的操纵杆/盘、脚蹬等传感设备。
结束语
综上所述，虚拟维修技术的应用能够大大提高民航维修的自动化程度，保障维修工作的质量和效率。但是，这项技术的推广和应用需要完善的系统设计、专业的人才支撑。因此，有必要加强对虚拟维修技术系统设计和关键技术的研究，以这项技术为支撑，推进民航维修业工作内容、流程和方式的变革。这不仅是计算机时代背景下民航维修业发展的现实需求，也是促进我国民航业可持续发展的重要手段。
参考文献：
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［4］何嘉武，赖煜坤．武器装备虚拟维修训练系统设计与实现，2010，28（24）：71－74．
论文作者:周自恒
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/25
标签：技术论文; 民航论文; 系统论文; 模型论文; 样机论文; 资源论文; 人体论文; 《防护工程》2018年第33期论文;