DELMIA人机工程在飞机虚拟维修中的应用（一）
1.3 维修性分析、评价
1997年美国军用手册MIL-HDBK-470A中明确地提出：“使用VR(Virtual Reality)技术，维修性工程师可以进入到虚拟环境中，对虚拟产品进行维修。这样，部件的可达性、部件分配空间的合理性以及完成特定维修任务所需的大概时间等信息均可以借助VR技术来进行评估。”
(1)可达性分析：可达性是维修产品时，接近维修部位的难易程度。包括实体可达（比如身体某一部位或借助工具能够接触到维修部位），还要有足够的操作空间。如图6所示，改进通道口来实现注油部位的可达。
图6 可达性分析
为了定量地评估可达特性采用基本动作估算法，其估算值也可用于评估易更换性。可达性定量分析由可达系数Kπ衡量
式中：no为维修工作的基本作业（基本作业指在工作过程中最简单的动作，如拆卸螺栓）数；nπ为附加工作的基本作业（如拆卸干扰部件）数。Kπ的取值范围为[0，1]，Kπ值在0.75以上可以认为具有较好的可达性。所以，为进一步提高维修对象的可达性，尽可能做到在维修任一部分时，不拆卸、不移动其他部分。
(2)可视性分析：虚拟人在仿真中能得到人眼的视觉窗口，我们能直观地看到人在不同位置，不同姿态的视觉范围。例如维修时，一般应能看见内部的操作，其通道除了能容纳维修人员的手和臂外，还应留有适当的间隙以供观察，图7是维修中为保证目视到内部的操作而开的一个观察窗孔。
图7 保证目视的窗孔和通道口
(3)工作空间分析
碰撞干涉分析：主要内容是检验维修人员在维修过程中是否与维修对象发生干涉。碰撞和干涉的定性评估可通过虚拟维修过程仿真直接判断，定量分析则用作业空间比r来评估
式中：V为作业空间；Vmin为最小作业空间，当操作部位和维修工具确定时，Vmin为定值。
图8 (a)中虚线所围成的空间即为该作业的作业空间，在虚拟环境中对其测量，计算出作业空间大小。以人的肢体和套筒工具所涉及的最小矩形体空间作为拆卸螺杆最小作业空间，见图8(b)。根据测量数据，计算出作业空间比r，如果r＞1.5，则该维修部位作业空间比较好，维修过程中一般不会发生碰撞和干涉。如果考虑合理布局和充分利用空间的情况，作业空间比也不宜过大，可对作业空间根据具体情况进行调整。
图8 作业空间测量
余隙分析：在虚拟人与产品之间定义一个最小活动空间范围，用可视化颜色显示人与产品之间余隙是否满足设计要求。如图9所示，虚拟人离开驾驶室时头部与顶棚之间的余隙分析。
图9 人离开驾驶室时头部余隙分析
(4)拆装时间估算
通过观察整个仿真演示过程所消耗的时间，或查看维修过程仿真属性中的“仿真周期时间”，或查看仿真过程Gantt图这三种方式都可以估算本例中的拆装时间。例如图5除冰过程中每个动作所消耗的时间，其Gantt图如图10所示。
图10 Gantt图中每个动作所消耗的时间
(5)作业姿态分析
工作姿态分析的内容是判断维修人员是否能够处于最佳作业姿势，并运用最佳作业动作进行维修作业，维修作业是否会引起维修人员工作效率下降和疲劳。此项工作可以利用CATIA或DELMIA中的姿态评分分析功能来完成，通过建立最优人体作业姿态库，评价作业姿态接近最优姿态的程度，以判断工作姿态是否合理。图11给出了图5中除冰工人右臂姿态的分析结果以及总的分析结果。通过分析，可以对分值较低的自由度进行优化，以达到较好的舒适性。
图11 姿态分析结果
DELMIA也可以通过RULA标准对虚拟人肢体位置进行快速、直观的分析，RULA即为快速的上肢评估方法(Rapid Upper Limb Assessment)，RULA是针对作业姿势评估与上肢伤害有关的工作危险因子，依据各部位的最大工作角度给予评分，再加上肌肉施力状态和施力大小以作为最后评估行动水平的依据。它朋不同的颜色代表每个姿势得分情况，图12是两个虚拟维修人员进行飞机蒙皮拆卸工作时该姿势的RULA分析情况。
图12 维修中的虚拟人姿势RULA分析结果
(6)维修动作体力分析
主要是判断维修操作中的举起、推拉、提起及转动等作业能否控制在人的体力限度以内。
图5中，通过虚拟人右手作用在除冰枪上的负荷，利用CATIA或DELMIA软件中生物力学分析功能对该负荷下的虚拟人进行分析评价，图13给出了除冰工人综合生物力学信息。从中可以看出虚拟人在该姿势下身体所受压力和关节所受力矩是否在体力限度以内。
图13 体力分析结果
2 结论
维修性并行设计是在并行设计框架下集成与维修性相关的各种信息并进行优化利用的活动。DELMIA虚拟维修技术为工程人员提供了独特的维修性并行分析手段，在虚拟维修环境中模拟维修任务，其应用可以降低生产、更新和维护金属模型非常昂贵的费用，节约研制时间，发现设计缺陷。同时，图像和动画也可以集成到多媒体的培训和技术手册中，还可以根据虚拟维修保障任务确定必须的工具和保障装备，生成保障装备数据库。总之，基于DELMIA的虚拟维修是一项有广阔应用前景的研究领域。
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