马丽璇，孙书霞，李恩义

（安阳工学院飞行学院，河南安阳455000）

飞机的维修性是飞机维修的难易程度，是设计所赋予的一种固有属性，必须在产品设计的过程中考虑。传统维修性是通过全尺寸模型及物理样机实现，利用实验或者手工开展的，大部分的维修性评估工作不能够有效地开展[1]。同时，维修性设计虽然与飞机设计同步进行，但其缺陷通常要到制造阶段，甚至使用与维修阶段才能发现，这导致很多的维修缺陷留在了最终产品中。虚拟维修技术应运而生并为解决上述传统维修技术问题提供技术支撑。

虚拟维修技术（Virtual Maintenance）是利用虚拟技术对物理世界形象、直观的表达能力，在计算机生成的虚拟环境中，进行维修工程和维修性工程活动的技术。虚拟维修以数字样机代替昂贵的物理样机，利用数字样机仿真飞机的维修过程，评估飞机的维修性，克服了实物样机制造周期长、成本高、难以修改的缺点。应用虚拟维修技术进行系统可达性分析，尽可能早地发现设计中可能存在的维修性问题并将这一流程纳入系统研发流程中的方案权衡阶段甚至更早期阶段，可进一步提高方案质量，降低后期工程更改风险，对保证飞机质量、可靠性、降低飞机的维修成本、缩短飞机设计周期具有十分重要的意义［2］。

1 虚拟维修技术体系

1.1 虚拟维修建模总体框架图

虚拟维修技术包括以下几个方面：①虚拟人体及工具建模；②虚拟维修环境建模；③虚拟维修过程建模；④虚拟维修过程仿真分析；⑤基于虚拟维修仿真的维修性分析及评估模型。其中虚拟建模包括人体建模、各种设备及工具等的三维数字模型的建立，一般通过CAD、CATIA等软件实现，而评估模型提供维修性评估、维修性演示验证、维修过程检查、维修训练与评估、设计修改建议、人机工效评估等功能。图1为虚拟维修建模总体框架图。

图1 虚拟维修建模总体框架图

1.2 虚拟维修仿真流程

DELMIA的虚拟维修仿真流程，以维修任务为仿真对象，在建立虚拟样机、维修人员人体模型的基础上，用户与系统采用交互的方式，将整个维修过程形象、逼真、直观地再现出来，同时将仿真过程中获取的各种数据提供给维修性分析评价人员，进行相关的维修性分析与评价，并提出设计修改建议，使整个飞机维修过程更加科学化、人性化。以A320飞机燃油系统为例，搭建虚拟维修环境，利用DELMIA进行虚拟维修仿真分析，图2为虚拟维修仿真流程图。

2 维修性设计及评估

A320飞机的燃油系统是整个飞机十分重要的部分，通过对其维修性的分析，可以分析其维修性的好坏，以及其对维修效率和成本的影响。对于飞机这样的昂贵的复杂系统，只有具有良好的维修性，才能够降低维修过程中的人为差错，才能够保证良好的安全性能，进而得到航空公司的青睐。因此要对产品的维修性进行系统的分析［3-4］。维修性分析及评估主要包含维修人员可视性分析和维修工具可达性分析两个方面。

图2 虚拟维修仿真流程图

2.1 维修人员可视性分析

维修人员可视性主要是在维修的过程中，维修人员能否清晰地看见所要维修的部件。所有的维修操作信息多半以上都是通过视觉传递的，因此在设计飞机内部布局的时候，一定要留出足够的空间，使布局合理以满足工作人员的可视性要求［5］。在一定的姿势下，人的视觉范围是固定的，并且有可见度好的区域和差的区域。DELMIA平台中根据人的眼睛功能，把头部静止、眼睛正常活动的状态下的区域分为三种情况：良好视区（A）、有效视区（B）、可见视区（C）三部分。在A区有良好的视觉环境，双眼的视觉范围为水平120°左右、垂直方向视觉上下各35°。区域划分图如图3所示。

维修人员可视性评级可由故障部位位于维修人员最佳视锥及最大视锥来打分，具体评级为五级制度。具体如下：一级指故障点位于最佳视锥区域内可见，可视性良好；二级指维修部位位于最大视锥区域内，通过调整姿态可以实现最佳视锥内可见，可视性良好；三级指故障点位于最大视锥区域内，通过调整姿态不可实现最佳视锥内可见，可视性一般；四级指故障点位于不可见区域内，通过调整姿态可以实现最大视锥内可见，可视性一般；五级指故障点位于不可见区域内，通过调整姿态不可实现最大视锥内可见，可视性极差。由以上评级可知级别越高，维修人员可视性越差。

图3 区域划分图

2.2 维修工具可达性分析

维修工具可达性是指在虚拟维修过程中，在一个姿势下维修人员上肢所能达到的范围，测量人的位置到维修部位之间的距离，并结合人体工程学的因素确定在该位置维修是否舒适［6］。可达性评分可由维修人员与故障部件之间的距离以及其与设备之间是否有障碍物来打分，具体评级为五级制度。具体如下：一级指维修工具位于可达性范围内，故障点与人员之间不存在障碍物，可达性良好；二级指维修工具位于可达性范围内，故障点与人员之间存在障碍物，通过调整姿态可达，可达性一般；三级指维修工具在可达性范围之外，通过调整姿态可达，可达性一般；四级指维修工具位于可达性范围内，与人员之间存在障碍物，通过调整姿态亦不可达，维修时需要先拆卸其他部件，可达性差。五级指维修工具位于可达性范围之外，通过调整姿态亦不可达，可达性极差。由以上评级可知，级别越高，维修工具的可达性越差［7］。

3 飞机压力加油控制器故障虚拟维修过程仿真运用

A320飞机燃油系统是飞机重要系统之一，压力加油系统是飞机燃油系统的重要组成部分，地面供油系统通过压力加油系统给飞机各个油箱加油，以满足飞机飞行动力的需要。加油系统用于控制加入和放出飞机的燃油流量。压力加油由一个位于右侧下腹部整流罩内的加油控制面板控制。加油管接头(安装在右侧大翼的前缘内)是飞机油箱和外部加油车之间的连接口。以A320飞机燃油系统飞机油箱和外部加油车之间的连接口为例，搭建虚拟维修环境，利用虚拟维修仿真对其内部进行可达性仿真。

利用DELMIA软件对仿真对象进行仿真，并进行可达性分析，根据软件分析的结果，对其进行评分，按照上文的评分级别分别对维修人员的可视性及维修工具可达性进行评估。可以得到，维护该区域的连接接头时，维护人员的可视性良好、可达性一般。

4 结论

本文针对民航飞机维修性设计的特点，在虚拟维修仿真的基础上，以A320飞机燃油系统压力加油故障维修性设计为例，对飞机燃油系统的维修性进行了分析，将虚拟维修技术引入到飞机维修性设计与评估工作中，阐述了虚拟维修仿真的流程。通过维修人员可视性分析、维修工具可达性分析，给出了虚拟维修技术的维修性评估方法，从中找出影响维修性设计的因素进而及时改进，使人体处于舒适工作状态，减少疲劳，以提高整机维修性。