CN112069695A - 一种面向虚拟维修的控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向虚拟维修的控制方法及系统，该方法将虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间；按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据；在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点；根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。通过对设备的虚拟化维修场景进行分割和扫描，获取各个子空间的维修性因素，从而对虚拟化维修场景进行全面分析，提高维修性分析工作的全面性。

Description

一种面向虚拟维修的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及维修性设计技术领域，特别涉及一种面向虚拟维修的控制方法及系统。
背景技术
虚拟维修摆脱了维修性分析对实物样机的依赖，借助于产品的电子样机开展多轮、多方式、多过程的分析，大大降低了产品设计的成本，并且设计人员可以通过远程协同、交互操作等方式共同对产品进行分析，避免了传统方式繁杂、冗余的方式，提高了产品维修性设计工作的效率。当前基于虚拟维修开展维修性分析的不足在于不能实现对分析对象的覆盖性，也就是说，分析人员根据个人的意愿，只去分析个人“感觉”有问题的地方，而很多地方未能在虚拟维修中涉及，同时，即便是针对同一对象的不同区域，例如，某个安装对象的四个固定螺栓，分析时经常性的只分析其中一个螺栓，这种“以偏概全”的分析方式，往往造成了很多问题的遗漏，如何对维修对象实现全对象的覆盖，是虚拟维修分析工作的一大挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向虚拟维修的控制方法及系统，提高维修性分析工作的全面性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种面向虚拟维修的控制方法，所述方法包括：
设置采样频率；
通过三维建模软件构建待分析样机的虚拟化维修场景；
将所述虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间；
按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据；
在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点；
根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。
可选地，维修因素包括可视性、可达性、操作空间和维修安全；
所述可视性为所述子空间中暴露在视线范围内的维修操作面积与维修操作总面积的比值；
所述可达性表示所述子空间中设备表面到达操作点的最近距离是否在设定距离范围内，若是，则所述可达性为1，若否，则所述可达性为0；
所述操作空间表示所述子空间中操作点设定范围内是否有超过设定尺寸的障碍物，若有，则所述操作空间为0，若否，则所述操作空间为1。
所述维修安全表示所述子空间中操作点设定范围内是否存在超过设定温度或设定电压的元件，若有，则所述维修安全为0，若否，则所述维修安全为1。
可选地，所述采样频率为2s。
可选地，所述设定阈值为0.7。
本发明公开了一种面向虚拟维修的控制系统，所述系统包括：
采样频率设置模块，用于设置采样频率；
虚拟化维修场景构建模块，用于通过三维建模软件构建待分析样机的虚拟化维修场景；
子空间划分模块，用于将所述虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间；
时间序列数据获取模块，用于按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据；
阶跃点识别模块，用于在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点；
改进点确定模块，用于根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。
可选地，维修因素包括可视性、可达性、操作空间和维修安全；
所述可视性为所述子空间中暴露在视线范围内的维修操作面积与维修操作总面积的比值；
所述可达性表示所述子空间中设备表面到达操作点的最近距离是否在设定距离范围内，若是，则所述可达性为1，若否，则所述可达性为0；
所述操作空间表示所述子空间中操作点设定范围内是否有超过设定尺寸的障碍物，若有，则所述操作空间为0，若否，则所述操作空间为1。
所述维修安全表示所述子空间中操作点设定范围内是否存在超过设定温度或设定电压的元件，若有，则所述维修安全为0，若否，则所述维修安全为1。
可选地，所述采样频率为2s。
可选地，所述设定阈值为0.7。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种面向虚拟维修的控制方法及系统，将虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间；按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据；在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点；根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。通过对设备的虚拟化维修场景进行分割和扫描，获取各个子空间的维修性因素，从而对虚拟化维修场景进行全面分析，提高维修性分析工作的全面性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种面向虚拟维修的控制方法流程示意图；
图2为本发明虚拟化维修场景切割原理示意图；
图3为本发明维修性因素分析结果三维图；
图4为本发明维修性因素分析结果和阶跃点识别示意图；
图5为本发明设备虚拟化场景图；
图6为本发明虚拟化场景空间分割图；
图7为本发明虚拟化场景中各子空间遍历方向示意图；
图8为本发明一种面向虚拟维修的控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种面向虚拟维修的控制方法及系统，提高维修性分析工作的全面性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种面向虚拟维修的控制方法流程示意图，如图1所示，一种面向虚拟维修的控制方法具体包括：
步骤101：设置采样频率。
其中，步骤101中具体包括：根据所需要的数据量和维修性分析精度需求设置合理的采样频率，是在时间维度上实现自动化分析的基础，也就是说解决“在什么时候”实施维修性分析的问题，包括根据预置的数据量自动计算并设置采样频率以及按照实际需求人工设置。对于T的设定，可以通过实验人员直接更改，也可以根据预先规定的数据组数自动计算设定采样间隔时间。
通过手动或自动的方式设置时间步长为T，即每隔时间T开展一次全面的维修性分析。
步骤102：通过三维建模软件构建待分析样机的虚拟化维修场景。
步骤103：将虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间。
其中，步骤103中具体包括：虚拟维修场景中包含了多种对象，将虚拟维修场景切割为单位化的子空间，是在空间维度上实现自动化分析的基础，也就是解决“分析对象是谁”的问题，单位化的子空间结合虚拟维修场景大小，考虑子空间内的分析对象的复杂程度和子空间数量设置合理的单位长度。
以虚拟维修对象的坐标轴为基准建立正六面体，对要分析的维修对象进行最大化包围后，得到正六面体的虚拟维修场景作为需要分割的初始空间，初始空间如图5。通过切割为边长为d的正方或者边长分别为abc的长方体作为单位化的子空间，子空间体积即为空间步长S，从而实现虚拟维修场景的全覆盖，空间分割如图6所示。
步骤104：按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据。
其中，维修因素包括可视性、可达性、操作空间、维修安全、人机功效和防差错。
可视性为所述子空间中暴露在视线范围内的维修操作面积与维修操作总面积的比值。
可达性表示所述子空间中设备表面到达操作点的最近距离是否在设定距离范围内，若是，则所述可达性为1，若否，则所述可达性为0。
另外，可达性分析旨在分析目标产品的操作点是否在维修人员手部的最大触及范围之内且有通道可接近目标产品，以人的手臂运动特性为基础，关节活动范围和手臂长度为限制，同时避开障碍物，计算操作维修对象时的手臂姿态。当手臂姿态有解时，认为可达。因此，可达度的量化还可以由计算在没有障碍物时人体手臂所能做出全部姿态有多大比例可以到达维修对象位置完成，即该比例为量化结果。
操作空间表示所述子空间中操作点设定范围内是否有超过设定尺寸的障碍物，若有，则所述操作空间为0，若否，则所述操作空间为1。
维修安全表示所述子空间中操作点设定范围内是否存在超过设定温度或设定电压的元件，若有，则所述维修安全为0，若否，则所述维修安全为1。
人机工效分析旨在判断维修人员处于某一姿态进行操作时，其持续的时间能否在其工效学负荷所承受的范围之内，运用现有技术分析某一时刻的维修人员受力和载荷情况，判断能否在该姿态下完成持续时长的操作。人机工效分析的量化可以由常用的快速上肢评价方法进行量化。
防差错分析旨在判断位置相邻或功能相似的连接件、进出口等是否存在操作相反的可能性。基于被分析对象即子空间的几何特征数据和物理特征数据，判断两个或者多个被分析对象在特征数据上是否相同，相似度低时认为防差错设计好。防差错分析的量化可以引入图片相似度的计算方法进行量化。
按照步骤101确定的采样频率，逐一扫描步骤103切割后的单位子空间(如图2所示)，并对各维修性因素进行逐一分析，并将分析结果按照时间序列记录在三维坐标系中，如图3所示。
对各子空间的可视性、可达性、操作空间、维修安全、人机工效、防差错等维修性定性因素进行逐一分析判断，并生成取值0到1之间的量化结果，其中1代表分析结果最好，0代表分析结果最差，并将分析结果按照时间顺序记录在一系列反映子空间位置和量化结果的二维坐标系(如图4所示)中。
步骤105：在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点。
其中，对于每一个维修性因素，分析结果随时间变化变化不大时，说明在该时间段中的维修性设计较好，当采样点和前一个采样点的结果发生剧烈变化时，在坐标信息中将会发生阶跃性的变化，分析的量化结果突然增长，当前所在的单位子空间恰恰是容易出现维修性问题的位置，设定阈值，记录大于设定阈值的阶跃信息。设定阈值为0.7。
设定阈值thr，每隔时间T，计算当前时刻子空间位置的维修性因素定量分析结果与前一时刻结果的差的绝对值，例如通过设置阶跃值，当前时刻的维修性因素量化结果相对于前一时刻的变化大于阈值thr时，认为当前时刻的维修性设计存在问题、需要改进的点。
步骤106：根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。
其中，步骤107具体包括：针对记录的阶跃点，结合其对应的维修性因素，记录该维修因素在阶跃点对应时刻、阶跃点对应子空间中的维修性问题，进一步地，按照维修性因素或维修对象，将记录的维修性问题进行分类，方便后续维修性分析结果可视化及维修性改进工作的进行。
下面以大型客机的空气混合腔分析为例，对本发明方法进行说明。
首先，设定采样频率T＝2s，设定边长d＝0.5m的正方体为单位子空间，将空气混合腔虚拟样机所在虚拟场景进行分割，如图所示6。
其次，每隔T＝2s，按照图7的方向，逐一分析单位子空间中对象的维修性设计，包括可视性、可达性、操作空间、维修安全、人机工效、防差错，并记录结果，其中某一时刻的分析结果如图4，其中纵坐标表示已经量化的维修性因素，横坐标对应不同的空间位置区域。
然后，以采样间隔T间量化结果变化的绝对值超过0.7为设定阈值，提取大于0.7的变化点，并在表1中记录其维修性因素和子空间位置，例如表1中打对勾处即表示对应空间位置的区域在图4的时间点相对于前一时间点存在维修性设计缺陷，空间位置在表中的顺序与图4中的横坐标正向顺序对应。
表1维修性因素分析结果
Figure BDA0002691689880000071
Figure BDA0002691689880000081
其中，S111至S234表示虚拟化维修场景分割的各子空间。最后，针对表格中存在问题的空间位置，支持后续的维修性设计改进。
本发明还公开了一种面向虚拟维修的控制系统，所述系统包括：
采样频率设置模块201，用于设置采样频率。
虚拟化维修场景构建模块202，用于通过三维建模软件构建待分析样机的虚拟化维修场景。
子空间划分模块203，用于将虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间。
时间序列数据获取模块204，用于按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据。
阶跃点识别模块205，用于在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点。
改进点确定模块206，用于根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。
维修因素包括可视性、可达性、操作空间和维修安全。
所述可视性为所述子空间中暴露在视线范围内的维修操作面积与维修操作总面积的比值。
所述可达性表示所述子空间中设备表面到达操作点的最近距离是否在设定距离范围内，若是，则所述可达性为1，若否，则所述可达性为0。
所述操作空间表示所述子空间中操作点设定范围内是否有超过设定尺寸的障碍物，若有，则所述操作空间为0，若否，则所述操作空间为1。
所述维修安全表示所述子空间中操作点设定范围内是否存在超过设定温度或设定电压的元件，若有，则所述维修安全为0，若否，则所述维修安全为1。
所述采样频率为2s。
所述设定阈值为0.7。
本方法有如下的优点：
本发明通过在时间和空间上将虚拟维修场景进行分割，实现对维修性因素的分析，即在时间和空间维度上同时开展并记录维修性分析，解决了现有虚拟维修分析覆盖性不强的问题。
设置采样频率和单位子空间，借助于“地毯式”的扫描方式，通过对阶跃信息的感知，对维修性问题自动识别，实现维修性的自动化分析。
对于采样频率和单位子空间的设置，可以根据实际的分析需求，进行智能化的控制，在保证分析全面性的前提下，提高分析人员的参与性和控制能力，例如提高采样频率和缩小单位子空间可以使得维修性分析更为全面。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种面向虚拟维修的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
设置采样频率；
通过三维建模软件构建待分析样机的虚拟化维修场景；
将所述虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间；
按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据；
在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点；
根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。
2.根据权利要求1所述的面向虚拟维修的控制方法，其特征在于，维修因素包括可视性、可达性、操作空间和维修安全；
所述可视性为所述子空间中暴露在视线范围内的维修操作面积与维修操作总面积的比值；
所述可达性表示所述子空间中设备表面到达操作点的最近距离是否在设定距离范围内，若是，则所述可达性为1，若否，则所述可达性为0；
所述操作空间表示所述子空间中操作点设定范围内是否有超过设定尺寸的障碍物，若有，则所述操作空间为0，若否，则所述操作空间为1；
所述维修安全表示所述子空间中操作点设定范围内是否存在超过设定温度或设定电压的元件，若有，则所述维修安全为0，若否，则所述维修安全为1。
3.根据权利要求1所述的面向虚拟维修的控制方法，其特征在于，所述采样频率为2s。
4.根据权利要求1所述的面向虚拟维修的控制方法，其特征在于，所述设定阈值为0.7。
5.一种面向虚拟维修的控制系统，其特征在于，所述系统包括：
采样频率设置模块，用于设置采样频率；
虚拟化维修场景构建模块，用于通过三维建模软件构建待分析样机的虚拟化维修场景；
子空间划分模块，用于将虚拟化维修场景划分为N个单位长度的子空间；
时间序列数据获取模块，用于按照所述采样频率对所述子空间进行扫描，获取维修性因素的时间序列数据；
阶跃点识别模块，用于在时间序列数据中，若存在当前时刻的维修性因素与前一时刻的维修性因素之差大于设定阈值，则将所述维修性因素记录为所述子空间的阶跃点；
改进点确定模块，用于根据所述子空间的阶跃点确定所述子空间维修性设计改进点。
6.根据权利要求5所述的面向虚拟维修的控制系统，其特征在于，维修因素包括可视性、可达性、操作空间和维修安全；
所述可视性为所述子空间中暴露在视线范围内的维修操作面积与维修操作总面积的比值；
所述可达性表示所述子空间中设备表面到达操作点的最近距离是否在设定距离范围内，若是，则所述可达性为1，若否，则所述可达性为0；
所述操作空间表示所述子空间中操作点设定范围内是否有超过设定尺寸的障碍物，若有，则所述操作空间为0，若否，则所述操作空间为1；
所述维修安全表示所述子空间中操作点设定范围内是否存在超过设定温度或设定电压的元件，若有，则所述维修安全为0，若否，则所述维修安全为1。
7.根据权利要求5所述的面向虚拟维修的控制系统，其特征在于，所述采样频率为2s。
8.根据权利要求5所述的面向虚拟维修的控制系统，其特征在于，所述设定阈值为0.7。
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