::產(chǎn)品概述::

維修性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證工作是裝備設(shè)計(jì)過程中重要的工作內(nèi)容，是保證裝備維修性設(shè)計(jì)符合要求的重要手段。從多年服務(wù)各行業(yè)客戶的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得知，在實(shí)際應(yīng)用過程中，各行業(yè)維修性工作發(fā)展均存在經(jīng)驗(yàn)不足、數(shù)據(jù)缺乏、手段不全等問題，特別是維修性設(shè)計(jì)分析過程與產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程脫節(jié)嚴(yán)重，導(dǎo)致維修性工作達(dá)不到預(yù)期的效果，裝備投入使用后往往存在各種各樣的維修性設(shè)計(jì)缺陷。概括來說，目前維修性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證工作在裝備設(shè)計(jì)應(yīng)用中主要存在以下三大問題：

?圖 1維修性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證工作中的三大痛點(diǎn)需求

針對(duì)以上三大痛點(diǎn)需求，基于多年來在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和制造業(yè)相關(guān)領(lǐng)域積累的大量技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出一套基于“并行工程”設(shè)計(jì)思想，集維修性設(shè)計(jì)分析和虛擬仿真于一體，可應(yīng)用于大中型裝備設(shè)計(jì)制造過程的維修性設(shè)計(jì)分析、仿真與評(píng)估的工具軟件—VMPro。相比于一些具備一定維修性驗(yàn)證功能的仿真軟件，VMPro更加專注于維修性從設(shè)計(jì)分析—>驗(yàn)證—>評(píng)估的一整套工作流程，利用虛擬仿真作為VMPro服務(wù)于維修性驗(yàn)證的一種有力手段，同時(shí)還開創(chuàng)性地將“并行工程”引入維修性工作項(xiàng)目中，提高維修性要求在裝備設(shè)計(jì)早期的約束能力，為以航空、航天、兵器、艦船等為代表的復(fù)雜裝備的研制提供系統(tǒng)的維修性解決方案。

VMPro是一款專注于維修性設(shè)計(jì)分析、仿真與評(píng)估的工具軟件。主要面向以航空、航天、兵器、艦船等為代表的復(fù)雜裝備維修性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證人員，針對(duì)維修性設(shè)計(jì)分析嚴(yán)重滯后于產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、過度依賴于實(shí)物樣機(jī)、平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）分配和預(yù)計(jì)工具缺乏等痛點(diǎn)需求，提供維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)、虛擬維修仿真、MTTR分配和預(yù)計(jì)等功能。

?圖 2 VMPro產(chǎn)品的用戶界面

核心概念

VMPro產(chǎn)品的核心概念主要由三部分組成：維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)、MTTR分配和預(yù)計(jì)、虛擬仿真和驗(yàn)證。

圖 3 VMPro產(chǎn)品的三大核心概念

先進(jìn)的維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)

可視化建模
維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)將產(chǎn)品與維修性相關(guān)的功能結(jié)構(gòu)特征、維修性定性因素和維修性定量因素梳理如下圖所示：

?圖 4產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)特征和維修性定定量因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系

維修性設(shè)計(jì)分析人員可以利用可視化建模功能創(chuàng)建所需要的可視化模型元素，組織元素之間的相互關(guān)系，并對(duì)每一種關(guān)系賦以關(guān)系量化值。

?圖 5因素關(guān)聯(lián)關(guān)系的可視化建模

重要度分析
VMPro通過構(gòu)建產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)特征與維修性定性、定量因素的關(guān)系模型，再利用重要度分析算法，可自動(dòng)分析出產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)特征對(duì)各維修性因素的影響程度。

?圖 6維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)報(bào)告

高效的虛擬維修仿真與驗(yàn)證技術(shù)

在線導(dǎo)入CAD模型
VMPro提供了在線導(dǎo)入功能，輕量化CAD模型以實(shí)現(xiàn)在維修仿真中達(dá)到較高的渲染速率和仿真速度。

?圖 7在線導(dǎo)入并自動(dòng)輕量化復(fù)雜大模型

沉浸式立體顯示
VMPro支持市場上大部分虛擬外設(shè)，包括動(dòng)作捕捉設(shè)備和多通道立體顯示設(shè)備，因此利用VMPro可快速搭建沉浸式虛擬維修仿真平臺(tái)，進(jìn)行沉浸式虛擬維修仿真和驗(yàn)證工作。

?圖 8沉浸式立體顯示

虛擬維修任務(wù)仿真
VMPro提供了非沉浸式虛擬維修仿真工具，用戶利用維修動(dòng)作庫和維修姿態(tài)庫，可以快速生成虛擬維修任務(wù)仿真。

?圖 9 VMPro中的虛擬維修任務(wù)仿真

人機(jī)工效分析評(píng)估
VMPro為虛擬維修仿真過程提供了強(qiáng)大的人機(jī)工效分析評(píng)估功能，可以作為評(píng)價(jià)產(chǎn)品維修性好壞的主要參考，分析的方面主要包括：
?可視性分析
?可達(dá)性分析
?舒適度分析
?疲勞度分析

圖 10 VMPro中的人機(jī)工效分析評(píng)估

典型的MTTR分配與預(yù)計(jì)方法

（1）MTTR分配
目前MTTR分配功能提供的分配方法包括：
?按故障率分配法；
?相似產(chǎn)品維修性分配法；
?等分配法；
?基于時(shí)間特性分配法。

?圖 11 MTTR分配

（2）MTTR預(yù)計(jì)
目前MTTR預(yù)計(jì)功能提供的預(yù)計(jì)方法包括：
?功能層次預(yù)計(jì)法；
?時(shí)間累計(jì)預(yù)計(jì)法；
?運(yùn)行功能預(yù)計(jì)法。

?圖 12 MTTR預(yù)計(jì)

產(chǎn)品應(yīng)用價(jià)值
?

圖 13 VMPro產(chǎn)品的主要價(jià)值體現(xiàn)

典型應(yīng)用場景

?圖 14 VMPro產(chǎn)品的典型應(yīng)用場景

系統(tǒng)主要功能

維修性的主動(dòng)設(shè)計(jì)
維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)是利用相似產(chǎn)品信息與專家經(jīng)驗(yàn)信息，在產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，考慮產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)特征與維修性各因素的影響關(guān)系，并構(gòu)建功能結(jié)構(gòu)特征與維修性定性定量因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系可視化模型，利用對(duì)應(yīng)關(guān)系的定量化描述，計(jì)算得到各功能結(jié)構(gòu)特征的重要程度，并輸出提供給設(shè)計(jì)人員作為重要的設(shè)計(jì)約束與參考，從而提高產(chǎn)品維修性，減少后期維修性缺陷。主要包括維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)流程、維修性與功能結(jié)構(gòu)特性關(guān)聯(lián)工具、維修性設(shè)計(jì)特征因素重要性評(píng)估工具等功能。

?圖 15 維修性主動(dòng)設(shè)計(jì)的可視化建模界面

構(gòu)建虛擬樣機(jī)及維修仿真環(huán)境

（1）構(gòu)建數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境與維修仿真環(huán)境的一體化數(shù)據(jù)流程

VMPro基于先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用三維樣機(jī)實(shí)現(xiàn)維修仿真驗(yàn)證，解決以往維修性驗(yàn)證過度依賴于產(chǎn)品實(shí)物樣機(jī)的問題，達(dá)到縮短產(chǎn)品研制周期、減少產(chǎn)品研制費(fèi)用的目的。

CAD模型由于其參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性，無論是模型體量、數(shù)據(jù)量以及面片數(shù)量都極其龐大，導(dǎo)致無法滿足虛擬維修實(shí)時(shí)仿真的要求。因此，VMPro提供了在線導(dǎo)入功能，簡化CAD模型以實(shí)現(xiàn)在維修仿真中達(dá)到較高的渲染速率和仿真速度。VMPro的在線導(dǎo)入主要有以下特征：
?抓取計(jì)算機(jī)圖形底層數(shù)據(jù)，支持CAD大模型；
?支持主流CAD格式，無需任何CAD格式轉(zhuǎn)換；
?保留必須的結(jié)構(gòu)尺寸、密度、外部輪廓等幾何外觀數(shù)據(jù)信息；
?保持與原CAD模型1:1的尺寸比例。

（2）構(gòu)建包含人機(jī)特征的虛擬樣機(jī)及維修仿真環(huán)境

VMPro結(jié)合全身動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，可以在虛擬維修場景中精確地完成動(dòng)作捕捉，并實(shí)時(shí)渲染到 VR 環(huán)境中。同時(shí)更容易生成虛擬人的各種維修姿態(tài)，讓人機(jī)工效的評(píng)估過程變得更高效。

圖 16構(gòu)建包含人機(jī)特征的虛擬樣機(jī)及維修仿真環(huán)境

此外，VMPro中的虛擬人采用2010年新的中國標(biāo)準(zhǔn)人體測量數(shù)據(jù)，測量項(xiàng)目全面，多達(dá)180多項(xiàng)，樣本年齡跨度較大，采樣地區(qū)分布廣；相比1988年的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，更貼近當(dāng)今中國成年人的真實(shí)人體尺寸。

圖 17新的中國標(biāo)準(zhǔn)人體測量數(shù)據(jù)（2010版）

裝備維修中的可達(dá)性、可視性和可操作性驗(yàn)證評(píng)估

開展基于虛擬維修的裝備可達(dá)性、可視性和可操作性驗(yàn)證評(píng)估，可提供虛擬人視錐、可達(dá)性包絡(luò)球、碰撞檢測等多種分析工具。借助虛擬人視錐檢測方法開展可視性驗(yàn)證評(píng)估，能夠?qū)崟r(shí)觀察到維修人員視野范圍內(nèi)的場景，直觀地判斷維修部位是否位于維修人員視野范圍之內(nèi)；借助可達(dá)性包絡(luò)球開展可達(dá)性評(píng)估，評(píng)價(jià)維修部位是否位于可達(dá)的操作范圍內(nèi)；借助碰撞檢測開展可操作性評(píng)估，對(duì)維修人員的操作空間進(jìn)行分析。可實(shí)現(xiàn)的驗(yàn)證評(píng)估內(nèi)容包括：
?采用虛擬維修及人機(jī)工效技術(shù)的復(fù)雜裝備可達(dá)性驗(yàn)證評(píng)估；
?采用虛擬維修及人機(jī)工效技術(shù)的復(fù)雜裝備可視性驗(yàn)證評(píng)估；
?采用虛擬維修及人機(jī)工效技術(shù)的復(fù)雜裝備可操作性驗(yàn)證評(píng)估。

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圖 18 裝備維修中的可達(dá)性和可操作性驗(yàn)證評(píng)估

基于動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的維修人素驗(yàn)證評(píng)估
采用先進(jìn)的便攜式全身動(dòng)作捕獲系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的采集航空裝備維修人員的操作數(shù)據(jù)，通過對(duì)該數(shù)據(jù)的處理借助三維環(huán)境開展包括對(duì)維修人員工作姿態(tài)、疲勞等多項(xiàng)維修人素驗(yàn)證評(píng)估，可實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容包括：
?面向?qū)嵨飿訖C(jī)的維修保障人員動(dòng)作采集數(shù)據(jù)在三維環(huán)境下的復(fù)現(xiàn)技術(shù)；
?基于采集數(shù)據(jù)的維修保障人員工作姿態(tài)驗(yàn)證評(píng)估；
?基于采集數(shù)據(jù)的維修保障人員疲勞驗(yàn)證評(píng)估。

?圖 19 維修人員的舒適度分析

沉浸式虛擬維修時(shí)間驗(yàn)證評(píng)估
開展基于沉浸式虛擬維修的維修時(shí)間驗(yàn)證評(píng)估，可實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容包括：
?基于便攜式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的快速沉浸式人機(jī)工效仿真技術(shù)；
?借助動(dòng)作捕捉設(shè)備可對(duì)虛擬人的操作全過程進(jìn)行記錄，統(tǒng)計(jì)出完成維修操作任務(wù)的估計(jì)時(shí)間。

圖 20 基于沉浸式虛擬維修的維修時(shí)間驗(yàn)證評(píng)估

維修性綜合評(píng)估

（1）評(píng)估
VMPro提供綜合量化評(píng)估功能，用戶可選擇云評(píng)估算法或者灰色模糊算法綜合維修性定性定量各方面的分析，對(duì)相應(yīng)維修性設(shè)計(jì)方案進(jìn)行量化評(píng)估。這個(gè)功能有助于決策人員在多方案設(shè)計(jì)中選取較優(yōu)方案。

（2）生成報(bào)告
VMPro可根據(jù)用戶具體需求，輸出自定義化的綜合量化評(píng)估報(bào)告。如圖 21所示：

圖 21 維修性綜合評(píng)估報(bào)告示意圖