CN109933810B - 一种基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法。依次完成维护流程仿真模型创建、操作单元模型构建、维护任务仿真模型构建。本发明将维护任务操作分解为最小化不可再分的拆装单元即操作单元，当中仅含有该基本维护操作的运动信息，并以离散的方式进行管理，操作单元之间没有关联关系，均是独立存在。通过定义关联关系使操作单元与数字样机模型和维护任务流程节点对应，可以根据维护任务流程来组合操作单元，当维护任务流程中有相同节点时直接可以重用操作单元，生成不同层次粒度的维护仿真模型。这样就以低耦合、高聚合的数据关联来实现三维虚拟维护仿真的灵活、快速构建，减少工作量，大大提升三维虚拟维护仿真构建的效率。
Description
技术领域
本发明属于飞机维护技术领域，具体涉及一种基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法。
背景技术
随着新型飞机系统复杂性和集成度的提高，飞机维护工艺越来越复杂，对维护人员知识和技能水平的要求也越来越高，需用维护人员记忆大量的数据、操作程序和步骤。目前在计算机环境中，传统的三维虚拟维护仿真有采用按照维护操作流程生成动画脚本，结合三维模型渲染出三维动画的方式。这样的方式较为直观、经济但是如果模型或者维护操作流程有改变就需要全部重新制作，工作量大，可重用性低，并且不能对维护场景和装备、工具等对象进行操作，交互程度低，缺乏训练的自主性。另外也可以在通过虚拟现实技术构建的三维虚拟环境中进行三维虚拟维护仿真，根据维护操作流程与三维模型进行交互，直接进行维护操作。但是目前基本上三维模型和其运动驱动数据是绑定的，一旦构建好就很难修改，可重用性低。
发明内容
发明目的：为了解决传统三维虚拟仿真技术在维护过程中工作量大，可重用性低，无法适应设计更改的问题；提出了一种基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法。
技术方案：一种基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法，包括以下步骤：
1)维护流程仿真模型创建
a)对维护流程进行全面的分析，包括三维数字样机模型的初始状态分析(空间位置、隐藏/显示等)，各运动部件的分析，运动状态的分析，运动顺序的分析，终止状态分析等，根据维护任务规程中的任务划分建立流程顺序，确定维护仿真过程包含的详细操作步骤。
b)根据维护仿真过程规划，在Delmia中创建维护流程库，然后再创建维护详细步骤中每个运动零部件的运动过程即操作单元，然后根据任务规程在PERT图中连接各个操作单元节点，形成一个完整的维护仿真流程。
2)操作单元模型构建
a)通过Delmia CAA技术二次开发的插件将三维数字样机零部件模型的运动过程信息导出，得到零部件模型运动数据，包含零部件模型的实例名及其每个运动序列帧的空间位置数据；以TXT格式的文本文件形式储存管理。零部件模型运动数据格式如表1所示
表1零部件模型运动数据格式
第一列为该零部件模型父节点实例名，可以避免模型同名的问题；第二列为该零部件模型实例名；第三至五列为零部件模型的方向矩阵，定义零部件模型的空间方向；第六列为零部件模型的空间位置坐标，定义零部件模型的空间坐标。
b)利用Virtools操作单元生成工具导入零部件模型运动数据txt文件，自动分析处理生成操作单元nmo文件，该nmo文件包含以array形式存储的零部件模型运动数据和操作单元的运行、最终状态定义、初始状态定义脚本，实现对零部件模型运动过程驱动、初始状态定义和最终状态定义这三项功能。这些脚本的自动生成设计思想是先构建各运动零部件的运行、最终状态、初始状态定义模板脚本，以及整个操作单元的运行、最终状态、初始状态定义模板脚本，然后由数据处理脚本加载零部件模型运动数据，得到零部件实例名和运动坐标值，作为参数传递给模板脚本，实例化创建新脚本并重命名，最后绑定到工作组中。各脚本运行流程图如附图1，2，3所示
3)维护任务仿真模型构建
a)将维护流程信息文件(由自主开发的虚拟维护训练开发与管理系统可视化定义和编辑导出)导入到Virtools中，以维护流程array形式存储，如表2所示
表2维护流程array
通过维护流程节点序号和模型实例名来匹配对应的操作单元和三维模型，实现模型运动信息和三维模型的数据匹配。也就是说通过结构化的维护任务流程表可以建立操作单元与三维模型的关联关系，这样就可以根据维护任务流程来组合操作单元，生成面向维护任务的仿真模型，实现维护任务仿真模型的快速、灵活建模，并且实现操作单元模型的可重用性。
根据维护任务流程对操作单元模型进行不同层次的组合，结合相关三维数字样机模型，就可以快速构建不同层次粒度的维护任务仿真模型。
有益技术效果：本发明将维护任务操作分解为最小化不可再分的拆装单元即操作单元，当中仅含有该基本维护操作的运动信息，并以离散的方式进行管理，操作单元之间没有关联关系，均是独立存在。通过定义关联关系使操作单元与数字样机模型和维护任务流程节点对应，可以根据维护任务流程来组合操作单元，当维护任务流程中有相同节点时直接可以重用操作单元，生成不同层次粒度的维护仿真模型。这样就以低耦合、高聚合的数据关联来实现三维虚拟维护仿真的灵活、快速构建，减少工作量，大大提升三维虚拟维护仿真构建的效率。
附图说明
图1操作单元运行、最终状态、初始状态定义模板脚本运行流程图
图2运动零部件运行模板脚本运行流程
图3运动零部件最终状态、初始状态定义模板脚本运行流程图
图4操作单元库示意图
图5维护任务模型构建示意图。
具体实施方式
本发明针以低耦合、高聚合的思想提出了一种基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法。将维护任务操作分解为最小化、不可再分的拆装操作单元，并为之建立仿真运动模型即操作单元模型。操作单元模型作为维护仿真的基础运动模型当中仅含有该基本维护操作的运动信息，并没有与三维模型直接关联，操作单元模型之间也没有关联关系，均是独立存在的。然后在可视化定义编辑导出结构数字化的维护流程信息文件当中定义关联关系以“按图索骥”的方式将一个个模块化的操作单元根据维护任务流程来组合，集成对应的三维模型，生成不同层次粒度的维护仿真模型，通过操作单元模型的组合和重用来提高可重用性，实现三维虚拟维护仿真的灵活、快速构建，大大提升效率。
1)以设计部门给出的维护任务规程为依据，重新规划适用于Delmia仿真流程建模的操作流程。对整个操作流程进行全面的分析，包括所有三维数字样机模型的初始状态分析(空间位置、隐藏/显示等)，各运动部件的分析，运动状态的分析，运动顺序的分析，终止状态分析等，根据维护任务规程中的任务划分建立多级的流程规划，确定整个维护流程的详细操作过程。
2)根据维护流程详细操作过程，在Delmia中创建维护流程库，然后再创建维护过程步骤中每个零部件的运动过程，并根据维护流程在PERT图中连接各个操作单元节点。最后生成整个维护流程的replay文件。
3)通过Delmia CAA技术二次开发的插件加载replay文件将零部件模型运动过程信息导出为txt格式的文本文件。
4)在Virtools中通过操作单元生成工具导入零部件模型运动数据txt文件，自动分析处理生成操作单元nmo文件。
5)在自主开发的虚拟维护训练开发与管理系统中可视化定义编辑并导出结构化的维护流程信息文件。
6)在Virtools中导入维护流程信息文件，加载对应的三维几何模型3dxml文件和操作单元nmo文件，就完成了虚拟维护仿真模型的构建。
例如拆卸某口盖、卸下防火墙、卸下机尾罩上带板、卸下机尾罩下带板、打开机尾罩锁、拆除尾椎均为操作单元库中的维护操作单元模型，如附图4所示。如果组合拆卸某口盖、卸下防火墙这两个操作单元可以生成拆卸防火墙维护任务模型；组合卸下机尾罩上带板、卸下机尾罩下带板、打开机尾罩锁、拆除尾椎这几个操作单元就可以生成拆卸机尾罩维护任务模型；组合拆卸防火墙和拆卸机尾罩两个维护任务模型就可以生成拆卸发动机准备工作维护任务模型，如附图5(a)、(b)、(c)所示。
Claims (4)
1.一种基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）维护流程仿真模型创建，
a) 对维护流程进行全面的分析，包括三维数字样机模型的初始状态分析，各运动部件的分析，运动状态的分析，运动顺序的分析，终止状态分析；根据维护任务规程中的任务划分建立流程顺序，确定维护仿真过程包含的详细操作步骤；
b)根据维护仿真过程规划，在Delmia中创建维护流程库，然后再创建维护详细步骤中每个运动零部件的运动过程即操作单元，然后根据任务规程在PERT图中连接各个操作单元节点，形成一个完整的维护仿真流程；
2）操作单元模型构建，
（1）通过Delmia CAA技术二次开发的插件将三维数字样机零部件模型的运动过程信息导出，得到零部件模型运动数据，包含零部件模型的实例名及其每个运动序列帧的空间位置数据；
（2）利用Virtools操作单元生成工具导入零部件模型运动数据，自动分析处理生成操作单元nmo文件，该nmo文件包含以array形式存储的零部件模型运动数据和操作单元的运行、最终状态定义、初始状态定义脚本，实现对零部件模型运动过程驱动、初始状态定义和最终状态定义这三项功能；这些脚本的自动生成设计方法是先构建各运动零部件的运行、最终状态、初始状态定义模板脚本，以及整个操作单元的运行、最终状态、初始状态定义模板脚本，然后由数据处理脚本加载零部件模型运动数据，得到零部件实例名和运动坐标值，作为参数传递给模板脚本，实例化创建新脚本并重命名，最后绑定到工作组中；
3）维护任务仿真模型构建，
将维护流程信息文件导入到Virtools中，以维护流程array形式存储，如表2所示
表2维护流程array
通过维护流程节点序号和模型实例名来匹配对应的操作单元和三维模型，实现模型运动信息和三维模型的数据匹配；也就是说通过结构化的维护任务流程表建立操作单元与三维模型的关联关系，这样就根据维护任务流程来组合操作单元，生成面向维护任务的仿真模型，实现维护任务仿真模型的快速、灵活建模，并且实现操作单元模型的可重用性。
2.根据权利要求1所述的基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法，其特征在于：零部件模型运动数据以TXT格式的文本文件形式储存管理；零部件模型运动数据格式如表1所示
表1零部件模型运动数据格式
第一列为该零部件模型父节点实例名，避免模型同名；第二列为该零部件模型实例名；第三至五列为零部件模型的方向矩阵，定义零部件模型的空间方向；第六列为零部件模型的空间位置坐标，定义零部件模型的空间坐标。
3.根据权利要求1所述的基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法，其特征在于：所述维护流程信息文件由自主开发的虚拟维护训练开发与管理系统可视化定义和编辑导出。
4.根据权利要求1所述的基于操作单元的三维虚拟维护仿真模型构建方法，其特征在于：根据维护任务流程对操作单元模型进行不同层次的组合，结合相关三维数字样机模型，构建不同层次粒度的维护任务仿真模型。
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