鄭 慶

(上海飛機(jī)設(shè)計研究院，上海 201210)

0 引言

維修性是民用飛機(jī)的重要特性，是現(xiàn)代民用飛機(jī)設(shè)計的一個重要方面。民用飛機(jī)可達(dá)性設(shè)計缺陷分析是維修性設(shè)計的一個重要方面，它要求飛機(jī)設(shè)計初期就要考慮可達(dá)性設(shè)計[1-2]。國軍標(biāo)、民航適航標(biāo)準(zhǔn)均對可達(dá)性提出明確要求。

GJB/Z 91-97《維修性設(shè)計技術(shù)手冊》給出了可達(dá)性的定義，即“可達(dá)性是指維修產(chǎn)品時，接近維修部位的難易程度”，并提出可達(dá)性好的定性要求，“產(chǎn)品在維修時，能夠‘看得見，摸得著’，或者便于‘看得見，摸得著’，并無需過多地拆裝及移動，且維修人員采用常規(guī)工作姿態(tài)就能操作，就是可達(dá)性好”[3]。在飛機(jī)設(shè)計工作中，可達(dá)性設(shè)計也是維修性設(shè)計的主要考慮因素，《飛機(jī)設(shè)計手冊》第20冊《可靠性、維修性設(shè)計》分冊給出了可達(dá)性設(shè)計的定性要求：“使維修人員易于接近維修部位”[4]。

中國民航《運輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》(CCAR-25-R4)將可達(dá)性措施列為強(qiáng)制要求，并提出了比國軍標(biāo)更為詳細(xì)的要求，第25.611條中“可達(dá)性措施”明確指出“必須具有措施，使能進(jìn)行為持續(xù)適航所必需的檢查(包括檢查主要結(jié)構(gòu)元件和操縱系統(tǒng))、更換正常需要更換的零件、調(diào)整和潤滑”。

因此，維修可達(dá)性設(shè)計工作不能僅定位在“維修人員容易接近維修部位”，還要保證維修人員在接近該部位后，容易實施后續(xù)的檢查、拆裝，調(diào)整和潤滑等具體勤務(wù)工作。

1 虛擬維修概述

從本質(zhì)上講，虛擬維修是一種對人機(jī)交互過程的仿真，利用計算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬現(xiàn)實中的維修環(huán)境、維修對象及維修任務(wù)實施的過程來研究評判產(chǎn)品維修過程中可能存在的問題[5]。虛擬維修技術(shù)可以作為一種有效的手段應(yīng)用于民機(jī)研制的方案階段與工程研制階段：

1)在方案階段，通過虛擬維修開展總體布置方案的維修性分析，確定維修性的優(yōu)劣，以避免頻繁的構(gòu)型更改；并對關(guān)鍵設(shè)備的維修過程進(jìn)行仿真，全面驗證系統(tǒng)與設(shè)備的維修性，為系統(tǒng)設(shè)計方案優(yōu)化提供依據(jù)。

2)在工程研制階段，虛擬維修除了繼續(xù)用于維修性的分析與驗證工作外，還被作為規(guī)劃保障資源與確定維修程序的重要依據(jù)。借助維修任務(wù)實施過程的模擬仿真，可以在研制階段實現(xiàn)維修保障資源的合理規(guī)劃，并輔助維修手冊的編寫，指導(dǎo)維修培訓(xùn)和以后的維修工作[6-7]。

虛擬維修將虛擬現(xiàn)實和維修性分析結(jié)合，通過虛擬技術(shù)創(chuàng)造出一個逼真的維修環(huán)境，真實地仿真實際維修過程，可以作為飛機(jī)研制階段發(fā)現(xiàn)維修性問題的有效手段，從而驗證飛機(jī)滿足規(guī)定的維修性設(shè)計要求的程度，有助于提高飛機(jī)維修性設(shè)計水平[8-9]。開展虛擬維修仿真分析工作首先需要搭建虛擬維修環(huán)境，包括維修對象、維修工具及地面設(shè)備、虛擬人、維修場景等的建模；接著開展維修過程的仿真，一般通過虛擬人和維修場景的交互過程來模擬維修人員實施維修任務(wù)的過程，并對仿真的過程及結(jié)果進(jìn)行記錄，如截圖及視頻錄制等。維修過程仿真的核心是維修對象的拆裝過程實現(xiàn)，同時考慮維修過程中虛擬人維修操作姿態(tài)的合理性。虛擬維修仿真整體流程如圖1所示。

圖1 虛擬維修仿真流程

2 可達(dá)性設(shè)計缺陷分析方法

可達(dá)性是民用飛機(jī)維修性的重要因素，可達(dá)性的設(shè)計缺陷是當(dāng)前民機(jī)維修性設(shè)計缺陷的一種主要形式。通過對現(xiàn)役民用飛機(jī)維修性設(shè)計缺陷案例進(jìn)行梳理分析，可將飛機(jī)的可達(dá)性進(jìn)一步劃分為維修區(qū)域可達(dá)性、維修人員可達(dá)性、維修工具可達(dá)性、維修部件可達(dá)性、部件細(xì)部可達(dá)性五個方面[10-11]。

2.1 維修區(qū)域可達(dá)性

維修區(qū)域可達(dá)性可以定義為維修區(qū)域?qū)S修人員的開放程度。按照接近便利性將維修區(qū)域可達(dá)性分為三級，如表1所示。

表1 維修區(qū)域可達(dá)性分析結(jié)果判據(jù)

2.2 維修人員可達(dá)性

維修人員可達(dá)性是指維修人員在維修區(qū)域工作時所采取的姿勢及工作姿態(tài)的舒適程度。維修人員可達(dá)性分為三級，如表2所示。

表2 維修人員可達(dá)性分析結(jié)果判據(jù)

2.3 維修工具可達(dá)性

維修工具可達(dá)性是指維修人員使用維修工具接近維修部位及執(zhí)行維修任務(wù)的難易程度。維修工具可達(dá)性分為三級，如表3所示。

表3 維修工具可達(dá)性分析結(jié)果判據(jù)

2.4 維修部件可達(dá)性

部件可達(dá)性的優(yōu)劣不能以該部件是否“看得見、摸得著”，或者是否容易“看得見、摸得著”為判據(jù)，而應(yīng)該以該部件的拆卸是否受周圍部件或管路的影響，即拆卸該部件“是否需要拆卸相鄰部件或管路”為判據(jù)。維修部件可達(dá)性劃分為三級，如表4所示。

表4 維修部件可達(dá)性分析結(jié)果判據(jù)

2.5 部件細(xì)部可達(dá)性

部件細(xì)部可達(dá)性是指對該部件的檢查、維護(hù)(潤滑、充灌等)、拆卸時，部件的檢查點、維護(hù)口、安裝定位裝置是否受遮擋，檢查、維護(hù)和拆裝所用的工具是否能順利操作，能否將緊固件進(jìn)行正確安裝、擰緊并保險。部件細(xì)部可達(dá)性劃分為三級，如表5所示。

表5 部件細(xì)部可達(dá)性分析結(jié)果判據(jù)

3 實例驗證

圖2 虛擬維修過程仿真

以某型號飛機(jī)電子設(shè)備艙配電盤箱拆卸為例，搭建了虛擬維修場景，利用DELMIA軟件對該維修任務(wù)進(jìn)行虛擬維修仿真，如圖2所示。通過虛擬維修仿真發(fā)現(xiàn)，維修人員打開后貨艙前壁板即可直接接近配電盤箱，維修區(qū)域可達(dá)性良好；接近并拆卸盤箱緊固件時，維修人員只能采用跪姿或蹲姿，維修人員可達(dá)性一般；盤箱較重，拆卸緊固件之后需要使用專用起吊工具和輔助地板，維修工具可達(dá)性較差；在安裝輔助地板時，受附件電子設(shè)備阻擋，需要拆除該電子設(shè)備才能安裝到位，維修部件可達(dá)性較差；維修人員使用維修工具拆卸盤箱背部接線柱螺栓時，操作空間不足，部件細(xì)部可達(dá)性較差。因此，基于可達(dá)性分析結(jié)果判據(jù)，通過虛擬仿真得到該設(shè)備的可達(dá)性分析結(jié)果如表6所示。經(jīng)分析，配電盤箱拆卸過程中維修人員及工具可達(dá)性、部件細(xì)部可達(dá)性較差，存在可達(dá)性設(shè)計缺陷，需要進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。

表6 可達(dá)性分析結(jié)果

4 結(jié)論

在民機(jī)研制階段，采用虛擬維修技術(shù)開展維修可達(dá)性分析，能夠為設(shè)計人員提供有效的可達(dá)性設(shè)計評價依據(jù)，較早地發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中的維修可達(dá)性設(shè)計缺陷，指導(dǎo)設(shè)計人員有針對性地進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)及方案優(yōu)化，避免后期設(shè)計更改，從而降低研制成本。由此可見，虛擬維修是發(fā)現(xiàn)并解決民機(jī)可達(dá)性設(shè)計缺陷的一種有效方法。通過對維修區(qū)域可達(dá)性、維修人員可達(dá)性、維修工具可達(dá)性、維修部件可達(dá)性、部件細(xì)部可達(dá)性五個方面的分析，并基于可達(dá)性分析結(jié)果評價體系，建立了維修可達(dá)性設(shè)計缺陷分析方法，并以某型飛機(jī)配電盤箱拆卸為驗證對象，搭建盤箱拆卸虛擬維修環(huán)境并開展維修過程仿真，依據(jù)可達(dá)性分析結(jié)果判據(jù)針對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，給出了基于虛擬維修的某型飛機(jī)配電盤箱可達(dá)性分析結(jié)果，完成了實例驗證。該方法為飛機(jī)方案論證、初步設(shè)計及詳細(xì)設(shè)計階段開展維修可達(dá)性分析提供了一種可行的技術(shù)途徑。