引言
飞机的维修性是由产品设计赋予的使之维修简便、迅速、经济的重要质量特性，其好坏重点在于产品的研制过程，在于产品的分析与验证。传统的维修性设计分析与验证通常是在物理样机或全尺寸模型上进行，通过手工或实验来完成，远远落后于其它工程技术的自动化程度，既费时，又费力，且评价滞后，受到场地、时间以及物理样机等各种条件限制，很多维修性评估验证工作无法开展。然而，要对这种定型产品进行维修性再设计，就必然会改变原来的结构强度、部件布局、结构等，因此维修性设计不仅仅是维修性的再设计，而是整个飞机的再设计。显然，要对定型后的飞机进行维修性再设计是不现实的，也是不可能的。因此，探讨如何在飞机设计同时并行考虑维修性问题是很迫切和重要的。
DELMIA是法国Dassault公司推出的一款虚拟维修软件，利用DELMIA进行维修性并行设计已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缺陷，提出改进建议，进而可以在装备设计阶段就对原始设计方案进行修改。此外，使用虚拟维修还具有辅助维修保障资源的配置决策、辅助制定维修规程以及提供维修训练等功能。
1 DELMIA维修仿真一般流程
DELMIA(Digital EntERPrise Lean Manufacturing Interactive Application，数字企业精益制造交互式应用)分为3个部分，分别为DPE(DELMIA Process Engineer，工艺工程师)、DPM(Digital Process of Manufacturing，数字化制造工艺)和DELMIA/QUEST(Queuing Event Simulation Tool，数字化工厂及离散事件仿真工具)。这三个相对独立的部分可以通过DELMIA的结构核心PPR(Process-Product-Resource)Hub连接到一起，一般常规操作是通过DPE来制定制造工艺和资源规划，通过DPM和DELMIA/QUEST进行仿真，数据传输通过PPR Hub来完成。目前国内主要的飞机设计和制造单位电子样机的设计都使用了达索公司CATIA软件，DELMIA与CATIA是同一产品内核，这样就可以在这两个软件之间实现电子样机的无缝连接，简化了数据转化的工作，也不会丢失信息。
DELMIA的维修仿真流程，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、直观的再现出来，同时将仿真过程中获取到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。其维修仿真一般流程如图1所示。
图1 虚拟维修流程图
1.1 虚拟场景构建
虚拟场景构建是为维修过程仿真及维修性分析与验证建立的一个近似现实的虚拟空间，它应以真实的维修现场为参考，并满足逼真性、交互性等基本要求。虚拟维修场景主要由数字样机、工具模型、虚拟人员和环境模型等组成，建立的某型飞机的虚拟维修场景，如图2所示。
图2 某型飞机的虚拟维修场景
采用数字样机技术，可以在早于制造物理样机的阶段就能够获得形象的产品外观与结构特性表达，便于设计人员把握产品的维修特性；另外，结合产品的数字样机以及人体模型技术，能够实现一种“虚拟人修理虚拟产品”的维修过程仿真，从而为维修性与维修工作的研究提供了强大的辅助工具。
虚拟维修人员模型可以利用CATIA或DELMIA的Human Builder模块创建，其中虚拟人复杂的人体结构包括68个铰接点和6对耦合点（某点移动范围取决于相邻节点位置）。另外，虚拟人模型具有完全铰接的手、胸、腰、肩和颈模型来准确的产生各种自然动作。DELMIA为用户提供了一个叫做反转运动JK(Inverse Kinematics)的功能，该功能能够改变人体模型的现有姿势，通过人体模型某个部位的转动实现用户需要的人体模型姿势。换句话说，这项操作将定义肢体的动作行为。
1.2 维修仿真过程
维修仿真过程主要应用了DELMIA中的Human Task Simulation模块，主要由电子样机和虚拟人的行为来实现维修有关活动或过程的模拟，是维修活动在虚拟环境下的再现，是一个动态环境。
虚拟人自身运动：DELMfA的人体的运动仿真模块提供了基本的人体动作，如抓取、放置、走路、爬楼梯、移动到目标姿态等，在对实际维修过程进行仿真时，通过这些动作的组合，几乎可以完成所有的维修动作。也可以用Posture Editor或Human Posture来编辑人体的各种姿态，调整头、颈、肩膀、手臂等约30个部位的自由度，创建工人工作中的各种姿态，通过关键帧融合技术，把每帧Posture像放电影那样连贯起来实现人体的各种动作。
虚拟人驱动物体运动：其基本思想是用物体的运动来带动人体随动，例如打开箱子盖的动作，其制作流程如图3所示。
图3 开箱盖制作流程图
虚拟人驱动机构运动：在建立机构三维模型的基础上，把机构设置成为Device，然后当机构运动时让人产生随动，例如人使用千斤顶顶起飞机的制作流程如图4所示。
图4 千斤顶制作流程图
多人协调动作：多人协调任务动作可以通过PERT图来进行设计和调整，PERT图把仿真过程中每一个虚拟人的动作和物体的动作用流程图的方式进行可视化，每个图标框代表一个动作，在图标框之间用箭头代表动作的次序信息，通过调整箭头和图标框的位置就可以设计出各种需合作完成的任务，例如飞机除冰过程中一个虚拟人进行地面指挥，另一个虚拟人完成相应的除冰动作，其PERT图如图5所示。
图5 除冰过程中指挥人和除冰人同步动作
DELMIA人机工程在飞机虚拟维修中的应用（二）
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