CN105045989A - 一种基于虚拟维修的飞行器零部件维修性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于虚拟维修的飞行器零部件维修性分析方法。首先定量确定待分析的飞行器零部件的维修属性值，所述维修属性值包括人素工程、可达性、简化设计、模块化、标准化与互换性、可测试性；其次将其中的自然语言进行定量处理；再次根据得到的属性值加权计算待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值；最后根据综合维修性属性值计算隶属度，得到待分析的飞行器零部件综合维修性评价以及偏向评价。本发明在确定维修性影响属性的基础上，对维修性的各个影响属性进行分析核查，提出了维修性定量要求的评价方法，实现面向并行设计的维修性定性分析与评价，从而能够及时发现设计缺陷，以便于维修性设计的改进。

Description

一种基于虚拟维修的飞行器零部件维修性分析方法

技术领域

本发明涉及虚拟维修领域，具体地说是基于虚拟现实技术的维修，在虚拟环境中进行维修过程仿真，根据仿真数据，对飞行器的维修性进行分析。

背景技术

传统的维修性分析技术和方法主要是根据专家经验、相似飞行器维修经验、历史数据等进行的，而且有相当一部分工作项目需要依托实物样机，甚至是在飞行器研制成功后才能进行试验或演示。

然而，若根据专家经验和历史数据来分析判断维修性，则需要丰富的经验才能给出较准确的分析结果。若依托实物样机进行分析，则延长了研制周期，增加量研发费用。针对维修性分析，目前国内虽然有利用计算机生成虚拟实物来仿真分析，但是却没有一种客观的且实用的方法来分析。

发明内容

要解决的技术问题

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提供一种基于虚拟维修的飞行器零部件维修性分析方法，通过虚拟维修技术和模糊多属性决策方法定量给出飞行器零部件维修性评价，并依此对飞行器零部件设计提供指导。

技术方案

在本发明的一个方面，本发明提出基于虚拟维修的飞行器零部件维修性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：分别定量确定待分析的飞行器零部件的维修属性值，所述维修属性值包括人素工程、可达性、简化设计、模块化、标准化与互换性、可测试性；

人素工程属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的快速上肢评价功能模块，对待分析的飞行器零部件的维修动作进行仿真，得到仿真结果分值；仿真结果分值分为1、2、3、4、5、6、7，分别依此对应自然语言的七个级别：“非常好”、“好”、“比较好”、“一般”、“比较差”、“差”、“非常差”；

可达性：可达性分为视觉可达性和空间可达性；

视觉可达性属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的视窗功能模块，将视觉范围分为A、B和C三个区域，A区域的水平视觉范围为70度以及70度以内，B区域的水平视觉范围在70～120度之间，C区域为除了A、B区域以外的所有区域；当待分析的飞行器零部件完全处于区域A内，且视觉范围焦点落在飞行器零部件几何中心，则视觉可达性对应自然语言为“非常好”；当待分析的飞行器零部件完全处于区域A内，且视觉范围焦点落在飞行器零部件的非几何中心位置，则视觉可达性对应自然语言为“好”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域A内，则视觉可达性对应自然语言为“比较好”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域A与区域B分界线上，则视觉可达性对应自然语言为“一般”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域B内，则视觉可达性对应自然语言为“比较差”；当待分析的飞行器零部件完全处于区域B内，则视觉可达性对应自然语言为“差”；当待分析的飞行器零部件有部分处于区域C内，则视觉可达性对应自然语言为“非常差”；

空间可达性属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的上肢操作功能模块，判断待分析的飞行器零部件是否在维修人员上肢可达范围之内，若是，则空间可达性属性值为1，否则为0；

简化设计属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的简化设计条目进行评判，其中飞行器零部件适用的简化设计条目数为N₁，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的简化设计条目数为n₁，得到简化设计属性值为V₁＝n₁/N₁；

模块化属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的模块化条目进行评判，其中飞行器零部件适用的模块化条目数为N₂，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的模块化条目数为n₂，得到模块化属性值为V₂＝n₂/N₂；

标准化与互换性属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的标准化与互换性条目进行评判，其中飞行器零部件适用的标准化与互换性条目数为N₃，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的标准化与互换性条目数为n₃，得到标准化与互换性属性值为V₃＝n₃/N₃；

可测试性属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的可测试性条目进行评判，其中飞行器零部件适用的可测试性条目数为N₄，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的可测试性条目数为n₄，得到可测试性属性值为V₄＝n₄/N₄；

步骤2：基于模糊三角数对人素工程以及可达性属性值中的自然语言进行定量处理，得到自然语言的七个级别：“非常好”、“好”、“比较好”、“一般”、“比较差”、“差”、“非常差”依次对应的归一化数值为1、0.8666、0.6973、0.5、0.3027、0.1334、0；

步骤3：根据步骤1得到的简化设计、模块化、标准化与互换性、可测试性属性值，以及步骤1和步骤2得到的人素工程、可达性属性值，加权计算待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，其中可达性属性值由视觉可达性和空间可达性属性值加权计算得到，视觉可达性和空间可达性的权值分别取为0.5和0.5；人素工程属性、可达性属性、简化设计属性、模块化属性、标准化与互换性属性、可测试性属性的权值分别取为0.0663、0.4030、0.2184、0.1266、0.1083、0.0774；

步骤4：根据步骤3得到的待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，通过以下公式计算隶属度：

其中x表示待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，元素y₁～y₇依次对应“非常差”，“差”，“比较差”，“一般”，“比较好”，“好”，“非常好”七个自然语言，以计算得到的元素y₁～y₇中的最大值对应的自然语言作为待分析的飞行器零部件综合维修性评价，以计算得到的元素y₁～y₇中的次大值对应的自然语言作为待分析的飞行器零部件综合维修性偏向评价。

根据本发明的实施例，该基于虚拟维修的飞行器零部件维修性分析方法在确定维修性影响属性的基础上，对维修性的各个影响属性进行分析核查，提出了维修性定量要求的评价方法，实现面向并行设计的维修性定性分析与评价，从而能够及时发现设计缺陷，以便于维修性设计的改进。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：维修性设计属性图；

图2：维修人员视野范围图；

图3：维修人员空间可达示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实施例中以起落架作为待分析的飞行器零部件。以DELMIA仿真平台为基础，进行维修性分析。

DELMIA继承了CATIA的所有优点，它也是由Dassau1t公司开发，对CATIA所建立的模型，可以直接读入或修改，实现了对CATIA的无缝集成。而且，DELMIA在人体编辑及任务仿真方面具有很大的优势。飞行器的虚拟维修主要是虚拟人体在虚拟环境中进行一系列的维修活动，人的运动控制、任务仿真是重点。DELMIA既具有CATIA建模方面的优势，又具有人体控制及任务仿真等方面的优势。利用DELMIA进行维修性并行设计已经成为有效的设计手段，通过观察虚拟人在虚拟环境中对特定的维修活动进行仿真，发现可能存在的维修性设计的缺陷，提出改进建议，从而可以在装备设计阶段就对原始设计方案进行修改。

本实施例中具体的方法步骤为：

步骤1：分别定量确定待分析的飞行器零部件的维修属性值，所述维修属性值包括人素工程、可达性、简化设计、模块化、标准化与互换性、可测试性。

人素工程属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的快速上肢评价功能模块，对待分析的飞行器零部件的维修动作进行仿真，得到仿真结果分值；仿真结果分值分为1、2、3、4、5、6、7，分别依此对应自然语言的七个级别：“非常好”、“好”、“比较好”、“一般”、“比较差”、“差”、“非常差”。

人素工程属性值需要测试不同的维修动作，包括站姿、坐姿、跪姿、蹲姿，这里通过DELMIA仿真平台的快速上肢评价功能模块分别对四个姿势下的维修动作进行仿真，得到每个姿势的仿真结果分值，再取平均值作为综合仿真结果分值，并依据综合仿真结果分值取对应的自然语言作为人素工程属性值。

本实施例中，采用DELMIA仿真平台的快速上肢评价功能模块对站姿、坐姿、跪姿、蹲姿这四个姿势下对起落架的维修动作进行仿真，仿真结果分值均为3分，因此平均值也为3分，对应自然语言为“比较好”。

可达性：可达性分为视觉可达性和空间可达性；

视觉可达性属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的视窗功能模块，将视觉范围分为A、B和C三个区域，A区域的水平视觉范围为70度以及70度以内，B区域的水平视觉范围在70～120度之间，C区域为除了A、B区域以外的所有区域；当待分析的飞行器零部件完全处于区域A内，且视觉范围焦点落在飞行器零部件几何中心，则视觉可达性对应自然语言为“非常好”；当待分析的飞行器零部件完全处于区域A内，且视觉范围焦点落在飞行器零部件的非几何中心位置，则视觉可达性对应自然语言为“好”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域A内，则视觉可达性对应自然语言为“比较好”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域A与区域B分界线上，则视觉可达性对应自然语言为“一般”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域B内，则视觉可达性对应自然语言为“比较差”；当待分析的飞行器零部件完全处于区域B内，则视觉可达性对应自然语言为“差”；当待分析的飞行器零部件有部分处于区域C内，则视觉可达性对应自然语言为“非常差”。

空间可达性属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的上肢操作功能模块，判断待分析的飞行器零部件是否在维修人员上肢可达范围之内，若是，则空间可达性属性值为1，否则为0。

相似的，可达性属性值需要测试不同的维修动作，包括站姿、坐姿、跪姿、蹲姿，本实施例中，空间可达性属性值在站姿、坐姿、跪姿、蹲姿下均为1，取平均为1；而视觉可达性属性值在站姿、坐姿、跪姿、蹲姿下分别为一般、好、好、好。这里的自然语言通过后续的定量归一处理得到对应数值后，再做平均处理。

简化设计属性值通过以下过程得到：在《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中选择待分析的飞行器零部件适用的简化设计条目进行评判，其中飞行器零部件适用的简化设计条目数为N₁，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的简化设计条目数为n₁，得到简化设计属性值为V₁＝n₁/N₁。

本实施例中，适用的简化设计条目为《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中第1，2，3，4，6，7，8，9，10，11，12，14，15，16，17，18，19，20，21，24，25，26条共计22条，而经评判满足要求的简化设计条目有19条，所以简化设计属性值V₁＝19/22＝0.8636。

模块化属性值通过以下过程得到：在《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中选择待分析的飞行器零部件适用的模块化条目进行评判，其中飞行器零部件适用的模块化条目数为N₂，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的模块化条目数为n₂，得到模块化属性值为V₂＝n₂/N₂。

本实施例中，适用的模块化条目为《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中第1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，14，15条共计13条，而经评判满足要求的模块化条目有12条，所以模块化属性值V₂＝12/13＝0.9231。

标准化与互换性属性值通过以下过程得到：在《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中选择待分析的飞行器零部件适用的标准化与互换性条目进行评判，其中飞行器零部件适用的标准化与互换性条目数为N₃，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的标准化与互换性条目数为n₃，得到标准化与互换性属性值为V₃＝n₃/N₃。

本实施例中，适用的标准化与互换性条目为《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中第1，2，3，4，5，9条共计6条，而经评判满足要求的标准化与互换性条目有5条，所以标准化与互换性属性值V₃＝5/6＝0.8333。

可测试性属性值通过以下过程得到：在《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中选择待分析的飞行器零部件适用的可测试性条目进行评判，其中飞行器零部件适用的可测试性条目数为N₄，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的可测试性条目数为n₄，得到可测试性属性值为V₄＝n₄/N₄。

本实施例中，适用的可测试性条目为《GJB/Z91-94维修性设计技术手册》中第1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，21，23，29，30条共计19条，而经评判满足要求的可测试性条目有19条，所以可测试性属性值V₄＝19/19＝1。

步骤2：基于模糊三角数对人素工程以及可达性属性值中的自然语言进行定量处理，得到自然语言的七个级别：“非常好”、“好”、“比较好”、“一般”、“比较差”、“差”、“非常差”依次对应的归一化数值为1、0.8666、0.6973、0.5、0.3027、0.1334、0。

基于模糊三角数的方法将自然语言的七个级别：“非常好”、“好”、“比较好”、“一般”、“比较差”、“差”、“非常差”分别对应为模糊三角数(0.9,1,1)、(0.7,0.9,1)、(0.5,0.7,0.9)、(0.3,0.5,0.7)、(0.1,0.3,0.5)、(0,0.1,0.3)、(0,0,0.1)。其中维修性属性的理想最优值可用三角模糊数z⁺＝(0.9,1,1)表示，而理想最劣值可用三角模糊数z^-＝(0,0,0.1)表示，那么对于其余模糊三角数与最优理想值和最劣理想值之间的距离分别表示为

$D_i^{+}=d(v_i,z^{+})=\sqrt{{(v_i^l-0.9)}^2+{(v_i^m-1)}^2+{(v_i^n-1)}^2}$

$D_i^{-}=d(v_i,z^{-})=\sqrt{{(v_i^l-0)}^2+{(v_i^m-0)}^2+{(v_i^n-0.1)}^2}$

通过距离值，根据公式

$E_i=\frac{{D_i}^{-}}{{D_i}^{-}+{D_i}^{+}}$

得到每个自然语言对应的无量纲和归一化的数值。

步骤3：根据步骤1得到的简化设计、模块化、标准化与互换性、可测试性属性值，以及步骤1和步骤2得到的人素工程、可达性属性值，加权计算待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，其中可达性属性值由视觉可达性和空间可达性属性值加权计算得到，视觉可达性和空间可达性的权值分别取为0.5和0.5；人素工程属性、可达性属性、简化设计属性、模块化属性、标准化与互换性属性、可测试性属性的权值分别取为0.0663、0.4030、0.2184、0.1266、0.1083、0.0775。

在视觉可达性中，本实施例的视觉可达性属性值在站姿、坐姿、跪姿、蹲姿下分别为一般、好、好、好，对应数值为0.5、0.8666、0.8666、0.8666，则取平均为0.7750。

可达性属性值由视觉可达性和空间可达性属性值加权计算得到，视觉可达性属性值0.7750，空间可达性属性值1，视觉可达性和空间可达性的权值分别取为0.5和0.5，则可达性属性值为0.8875。

综合维修性属性值由人素工程属性、可达性属性、简化设计属性、模块化属性、标准化与互换性属性、可测试性属性按权值0.0663、0.4030、0.2184、0.1266、0.1083、0.0774加权得到，人素工程属性值为0.6793，可达性属性值为0.8875，简化设计属性值为0.8636，模块化属性值为0.231，标准化与互换性属性值为0.8333，可测试性属性值为1，则综合维修性属性值为0.7882。

步骤4：根据步骤3得到的待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，通过以下公式计算隶属度：

其中x表示待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，元素y₁～y₇依次对应“非常差”，“差”，“比较差”，“一般”，“比较好”，“好”，“非常好”七个自然语言，以计算得到的元素y₁～y₇中的最大值对应的自然语言作为待分析的飞行器零部件综合维修性评价，以计算得到的元素y₁～y₇中的次大值对应的自然语言作为待分析的飞行器零部件综合维修性偏向评价。

本实施例中综合维修性属性值为0.7882，计算得到的元素y₁～y₇分别为0，0，0，0，0.559，0.441，0，所以本实施例中起落架的综合维修性为“比较好”，偏向“好”。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种基于虚拟维修的飞行器零部件维修性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：分别定量确定待分析的飞行器零部件的维修属性值，所述维修属性值包括人素工程、可达性、简化设计、模块化、标准化与互换性、测试性；

人素工程属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的快速上肢评价功能模块，对待分析的飞行器零部件的维修动作进行仿真，得到仿真结果等分；仿真结果等分分为1、2、3、4、5、6、7，分别依此对应自然语言的七个级别：“非常好”、“好”、“比较好”、“一般”、“比较差”、“差”、“非常差”；

可达性：可达性分为视觉可达性和空间可达性；

视觉可达性属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的视窗功能模块，将视觉范围分为A、B和C三个区域，A区域的水平视觉范围为70度以及70度以内，B区域的水平视觉范围在70～120度之间，C区域为除了A、B区域以外的所有区域；当待分析的飞行器零部件完全处于区域A内，且视觉范围焦点落在飞行器零部件几何中心，则视觉可达性对应自然语言为“非常好”；当待分析的飞行器零部件完全处于区域A内，且视觉范围焦点落在飞行器零部件的非几何中心位置，则视觉可达性对应自然语言为“好”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域A内，则视觉可达性对应自然语言为“比较好”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域A与区域B分界线上，则视觉可达性对应自然语言为“一般”；当待分析的飞行器零部件一部分处于区域A内，一部分处于区域B内，且飞行器零部件几何中心处于区域B内，则视觉可达性对应自然语言为“比较差”；当待分析的飞行器零部件完全处于区域B内，则视觉可达性对应自然语言为“差”；当待分析的飞行器零部件有部分处于区域C内，则视觉可达性对应自然语言为“非常差”；

空间可达性属性值通过以下过程得到：采用DELMIA仿真平台的上肢操作功能模块，判断待分析的飞行器零部件是否在维修人员上肢可达范围之内，若是，则空间可达性属性值为1，否则为0；

简化设计属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的简化设计条目进行评判，其中飞行器零部件适用的简化设计条目数为N₁，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的简化设计条目数为n₁，得到简化设计属性值为V₁＝n₁/N₁；

模块化属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的模块化条目进行评判，其中飞行器零部件适用的模块化条目数为N₂，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的模块化条目数为n₂，得到模块化属性值为V₂＝n₂/N₂；

标准化与互换性属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的标准化与互换性条目进行评判，其中飞行器零部件适用的标准化与互换性条目数为N₃，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的标准化与互换性条目数为n₃，得到标准化与互换性属性值为V₃＝n₃/N₃；

测试性属性值通过以下过程得到：在飞行器维修性设计技术手册中选择待分析的飞行器零部件适用的测试性条目进行评判，其中飞行器零部件适用的测试性条目数为N₄，飞行器零部件经评判满足技术手册要求的测试性条目数为n₄，得到测试性属性值为V₄＝n₄/N₄；

步骤2：基于模糊三角数对人素工程以及可达性属性值中的自然语言进行定量处理，得到自然语言的七个级别：“非常好”、“好”、“比较好”、“一般”、“比较差”、“差”、“非常差”依次对应的归一化数值为1、0.8666、0.6973、0.5、0.3027、0.1334、0；

步骤3：根据步骤1得到的简化设计、模块化、标准化与互换性、测试性属性值，以及步骤1和步骤2得到的人素工程、可达性属性值，加权计算待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，其中可达性属性值由视觉可达性和空间可达性属性值加权计算得到，视觉可达性和空间可达性的权值分别取为0.5和0.5；人素工程属性、可达性属性、简化设计属性、模块化属性、标准化与互换性属性、测试性属性的权值分别取为0.0663、0.4030、0.2184、0.1266、0.1083、0.0775；

步骤4：根据步骤3得到的待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，通过以下公式计算隶属度：

其中x表示待分析的飞行器零部件的综合维修性属性值，元素y₁～y₇依次对应“非常差”，“差”，“比较差”，“一般”，“比较好”，“好”，“非常好”七个自然语言，以计算得到的元素y₁～y₇中的最大值对应的自然语言作为待分析的飞行器零部件综合维修性评价，以计算得到的元素y₁～y₇中的次大值对应的自然语言作为待分析的飞行器零部件综合维修性偏向评价。