段 玭 ， 吳 濤 ， 黃 磊 ， 蔡朝陽 ， 劉 飛

（1.總裝工程兵駐武漢地區(qū)軍代室 湖北 武漢 430073；2.總裝備部工程兵軍事代表局 北京 100850）

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高技術(shù)武器裝備的戰(zhàn)爭，也是高損耗的戰(zhàn)爭。隨著作戰(zhàn)理論的發(fā)展，裝備的維修保障也發(fā)生了深刻的變革，這對指揮員提出了更高的要求。只有熟練掌握武器裝備的各種維修技能才能對裝備維修、戰(zhàn)場搶修等實施正確的指揮。然而，高技術(shù)武器裝備造價昂貴、品種繁多且數(shù)量較為稀少，傳統(tǒng)的維修訓(xùn)練方式——實裝維修不利于裝備戰(zhàn)斗力的保持。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)裝備維修系統(tǒng)[1]，可使指揮員在不動用實際裝備的情況下，開展維修活動、積累裝備維修經(jīng)驗。虛擬拆裝的研究是實現(xiàn)虛擬維修的前提，是整個維修過程的基礎(chǔ)。本論文正是以某履帶式自行裝備負(fù)重輪的拆卸為例，探討了裝備拆裝具體的實現(xiàn)過程。

1 拆裝實現(xiàn)的軟、硬件環(huán)境

文中采用3D Max、Multigen Creator構(gòu)建虛擬部件模型，并進(jìn)行模型優(yōu)化、賦予自由度和約束[2]，最后利用視景仿真工具 Multigen Vega的 API函數(shù)庫進(jìn)行MFC編程[3]，對模型進(jìn)行管理及驅(qū)動。文中基于Vega/VC++開發(fā)環(huán)境中[4]，利用虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備Immersion公司的賽伯手套（Cyber Glove）、5DT數(shù)據(jù)頭盔以及 FOB位置跟蹤器（Flock of Birds）等交互設(shè)備，如圖1～圖3所示，對虛擬部件進(jìn)行控制，完成拆裝過程。

圖1 賽伯手套Fig.1 Cyber glove

2 負(fù)重輪拆裝過程實現(xiàn)

圖2 5DT頭盔顯示器Fig.2 5DT helmet

圖3 FOB位置跟蹤器Fig.3 FOB position tracker

無論實裝維修或虛擬維修都是建立在熟練的拆裝技術(shù)基礎(chǔ)上的，絕大部分維修都要進(jìn)行各別零部件的拆裝，才能進(jìn)行檢查維修以及維護(hù)保養(yǎng)，所以拆裝過程的真實性與精確性決定了虛擬維修的成功與否[5]。整個拆裝過程我們大體分為兩部分，即拆的過程和裝的過程，假定裝是拆的逆過程，那么只需要實現(xiàn)零件從整個部件上拆下的過程就完成了拆裝的要求。文中正是基于實際考慮，實現(xiàn)了某履帶式自行裝備虛擬拆裝過程。

2.1 虛擬負(fù)重輪建模

負(fù)重輪是維修人員需要定期檢查和維護(hù)的部件，當(dāng)發(fā)生負(fù)重輪與懸掛裝置有松動、回繞式擋油環(huán)密封不好、橡膠分離或大塊脫落、輪轂過熱和中間負(fù)重輪不著地或用大撬杠可撬起等情況時，就需要對負(fù)重輪進(jìn)行拆裝。

2.1.1 自行裝備負(fù)重輪本體建模

自行裝備行動系統(tǒng)的負(fù)重輪每輛炮車共有12個，分左右兩邊，固定在平衡肘上[6]，其正視圖如圖4所示。圖5為本論文建立的負(fù)重輪模型。

圖4 負(fù)重輪正視圖Fig.4 Elevation of loading wheel

圖5 負(fù)重輪模型Fig.5 Model of loading wheel

圖6 懸掛裝置構(gòu)造圖Fig.6 Structure of hanging device

圖7 懸掛裝置模型Fig.7 Model of hanging device

2.1.2 懸掛裝置建模

負(fù)重輪固定在懸掛裝置上，拆卸時需要體現(xiàn)出負(fù)重輪從懸掛裝置上脫離出來的動作 （懸掛裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示），所以有必要對懸掛裝置進(jìn)行建模。懸掛裝置模型如圖7所示。

2.2 拆裝工具建模

主要建立了5噸千斤頂、扭矩扳手和撬棍[7]。復(fù)雜工具千斤頂模型如圖8所示。

圖8 5噸千斤頂Fig.8 Model of jack

2.3 拆裝過程仿真

2.3.1 拆裝想定設(shè)計

本文仿真假定：有一部裝備發(fā)生故障需要維修，已經(jīng)知道負(fù)重輪掛膠有橡膠分離甚至大塊的脫落，影響正常行駛，需要將負(fù)重輪拆下并進(jìn)行更換。本次故障維修活動主要涉及的就是負(fù)重輪拆卸和安裝。在維修過程中認(rèn)為安裝是拆卸的逆[8]，所使用的專用工具有5噸千斤頂、扭矩扳手和撬棍，所需人員：2人。拆裝順序和內(nèi)容如圖9和表1所示。

2.3.2 拆裝流程設(shè)計

圖10是負(fù)重輪虛擬拆裝活動流程圖。

圖9 負(fù)重輪拆裝順序示意圖Fig.9 Process of assembly and disassembly

表1 維修活動內(nèi)容Tab.1 Maintenance content

圖10 負(fù)重輪虛擬拆裝活動流程圖Fig.10 Flow of assembly and disassembly

圖11 負(fù)重輪虛擬拆裝界面Fig.11 User interface

2.3.3 程序?qū)崿F(xiàn)

在Visual C++6.0集成開發(fā)環(huán)境中，運(yùn)用MFC消息響應(yīng)機(jī)制，本文對負(fù)重輪拆裝活動進(jìn)行了設(shè)計與實現(xiàn)[9]。圖11是負(fù)重輪虛擬拆裝界面。

3 結(jié) 論

綜上所述，虛擬拆裝是一個非常復(fù)雜的活動，一個簡單的拆裝過程需要分解成幾個小的動作單元，利用數(shù)據(jù)手套獲得的實時數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的碰撞檢測和一定的虛擬物體定位技術(shù)等才能實現(xiàn)。其中，它需要頻繁的碰撞檢測和操作動作的識別，因此高效的碰撞檢測算法和拆裝動素算法在虛擬維修中是必須解決的問題，而且還必須要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫支撐，包括所有零部件和工具模型的建立、拆裝順序?qū)＜規(guī)斓拇罱?。本文正是基于前人研究的基礎(chǔ)之上，利用穩(wěn)定的、健壯的算法實現(xiàn)了靈活的虛擬拆裝，主要完成了以下3點(diǎn)：

1）實現(xiàn)了某履帶式自行裝備負(fù)重輪虛擬拆裝；

2）構(gòu)建了拆裝工具模型，定義了運(yùn)動序列和路徑；

3）本文所建立的虛擬拆裝系統(tǒng)，為其他武器裝備乃至地方工業(yè)產(chǎn)品的虛擬裝配提供了開發(fā)平臺。

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