智能虛擬維修訓練系統(tǒng)信息模型實現(xiàn)

摘 要 文章以STEP標準為基礎(chǔ)，集成STEP標準幾何模型、虛擬維修應(yīng)用信息以及Agent模型，利用EXPRESS-G語言形成維修要素智能體Agent，建立了要素級智能部件IP（Intelligence Part）、智能人體IB（Intelligence Body）、智能工具IT（Intelligence Tool）三者之間的智能交互模型；在IP、IB和IT智能模型的基礎(chǔ)上，給出了以黑板模型為智能要素交互模式的通訊結(jié)構(gòu)；最后通過CAA二次開發(fā)實現(xiàn)維修要素智能模型的功能和IVMTS應(yīng)用模塊。

關(guān)鍵詞 Agent；虛擬維修；信息模型；維修訓練

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0022-02

近年來，Agent（智能體）和VR （Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實）是計算機及其應(yīng)用領(lǐng)域的兩大研究熱點。將Agent技術(shù)引人VR中，具有很大的應(yīng)用前景。虛擬維修及訓練[1]技術(shù)是整個壽命周期內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計和使用過程中的一個重要方面，是產(chǎn)品CAD信息模型基礎(chǔ)之上虛擬現(xiàn)實的具體應(yīng)用。在虛擬維修系統(tǒng)方面，蘇群星等運用Multi-Agent對裝備虛擬維修系統(tǒng)進行了系統(tǒng)級模型研究[2]，郭建斌等對基于STEP標準的RMS信息模型進行了研究[3]。本文結(jié)合STEP標準和Agent智能體的思想，提出面向智能虛擬維修訓練要素信息模型和要素交互模型，構(gòu)造智能維修要素“智能部件”IP（Intelligence_Part）、“智能人”（Intelligence_Body）、“智能工具”（Intelligence_Tool）模型，并且構(gòu)造智能要素模型的基礎(chǔ)上構(gòu)造黑板交互模型，為智能虛擬維修訓練系統(tǒng)（IVMTS：Intelligent Virtual Maintenance Training System）提供模型支撐。

1 維修要素信息模型

使用EXPRESS和EXPRESS_G語言，詳細定義應(yīng)用對象名稱、屬性、約束等，最終得到IVMT_Agent邏輯模型及繼承關(guān)系，是智能虛擬維修訓練系統(tǒng)（IVMT）信息模型的核心模型，該功能單元的核心應(yīng)用對象是IVMT_Agent實體及其繼承IVMT_Part_Agent、IVMT_Body_Agent、IVMT_Tool_Agent實體。IVMT_Agent是STEP幾何模型和元Agent復合，元Agent提供基本的Agent架，與Step協(xié)議的幾何數(shù)據(jù)模型構(gòu)造IVMT_Agent，使其具備Agent功能和幾何數(shù)據(jù)的各種屬性及實體信息，Agent與不同的幾何數(shù)據(jù)結(jié)合（如：部件、人體、工具）分別構(gòu)造不同的繼承對象，分別為部件Agent（IVMT_Part_Agent）、人體Agent（IVMT_Body_Agent）、工具Agent（IVMT_Tool_Agent）以及Assess_Agent等。部件Agent的典型屬性裝配部（Assemble_Part）、操作部（Handle_Part）、失效模式（Failure_Mode）、維修模式（Repair_Mode）等；人體Agent的典型屬性身高（Body_Length）、臂長（Arm_Length）、體態(tài)（Body_Posture）、維修姿態(tài)（Repair_Posture）等；工具Agent的典型屬性有工作部（Work_Part）、操作部（Handle_Part）、工具類型（Tool_Type）、工具狀態(tài)（Tool_Status）等；評價Agent（Assess_Agent）主要屬性工效性（Ergonomics）、維修性（Maintainability）、可達性（Accessibility）等。通過元Agent和STEP格式CAD數(shù)據(jù)的再造IVMT_Agent實現(xiàn)整個智能虛擬維修訓練系統(tǒng)中核心模型框架。

2 要素模型實現(xiàn)方法

STEP標準體系可以粗略的分為應(yīng)用協(xié)議、集成資源和實現(xiàn)方法三層。最上層是以Express語言描述的各領(lǐng)域的應(yīng)用協(xié)議，每個協(xié)議包括了各領(lǐng)域具體的信息模型，面向具體應(yīng)用；第二層是集成資源，定義了以Express語言描述的產(chǎn)品共性模型，被上層的應(yīng)用協(xié)議引用，并與具體實現(xiàn)無關(guān)；最底層是實現(xiàn)方法，給出具體在計算機上的實現(xiàn)形式。

IVMTS信息模型針對IVMT的數(shù)據(jù)需求，在引用STEP現(xiàn)有資源的前提下，使用Express語言定義了各種IVMTS對象。“智能性”對象屬性是在原STEP信息模型的基礎(chǔ)上，引用智能屬性及Agent通訊框架屬性，以實現(xiàn)其智能信息模型并進行智能相關(guān)操作的運算。“多領(lǐng)域”對象描述IVTMS領(lǐng)域的參數(shù)對象的基礎(chǔ)上，引用其他領(lǐng)域應(yīng)用協(xié)議（203，209，210等）的性能參數(shù)；“全壽命”對象定義產(chǎn)品生命周期各階段的IVTMS專用對象（如IVMTS要求、故障、維修任務(wù)等）；“全系統(tǒng)”對象完全引用集成資源的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置部分（Part41，Patr44），形成對產(chǎn)品層次結(jié)構(gòu)的完整描述。該模型屬于邏輯模型的范疇，不涉及實現(xiàn)技術(shù)，因此可以獨立于應(yīng)用系統(tǒng)，成為中性模型。

在實現(xiàn)維修要素信息模型方法時，通過CAA二次開發(fā)形成智能信息模型的模塊，使其為CATIA的一個應(yīng)用工廠Workshop，智能信息模型開發(fā)組件嵌入到現(xiàn)有的CATIA軟件中，使其成為CATIA一個應(yīng)用模塊，進行智能信息模型的建模和系統(tǒng)仿真應(yīng)用。智能部件（IP）可以通過智能信息模型的開發(fā)模塊建立，也可以通過智能信息模型開發(fā)模塊改造現(xiàn)有CAD信息模型，使其成為智能部件IP。CAD模型被改造為智能部件IP，利用CATIA保存得到的STEP文件，通過在智能開發(fā)模塊打開現(xiàn)有的CAD模型，在CAD信息模型附加上智能虛擬維修訓練的應(yīng)用屬性，形成智能虛擬維修訓練系統(tǒng)的應(yīng)用功能，并在其下面實現(xiàn)添加智能虛擬維修工作臺（Workbench）模塊，添加智能虛擬維修訓練功能模塊。工作臺工具欄添加工具命令按鈕圖標，插入CATIA風格的對話框，并生成對功能的響應(yīng)，實現(xiàn)調(diào)用對話框，以及通過輸入?yún)?shù)直接用代碼生成一個三維模型，并在CATIA主窗口中顯示。endprint

智能部件Agent工作臺：其功能是將CAD數(shù)字樣機零部件模型轉(zhuǎn)化為虛擬維修智能模型IP，轉(zhuǎn)化到IVMTS中，加入虛擬維修的智能和應(yīng)用屬性，使其擁有Agent的框架體系，便于實時智能運算及維修操作，并與原來的CATIA模型兼容。

智能人體Agent工作臺：其功能是將虛擬人轉(zhuǎn)化為智能虛擬人IB，加入虛擬人的智能屬性，使其成為IVMTS虛擬人模型。其擁有Agent的框架體系，便于實時智能運算及相關(guān)的操作。

智能工具Agent工作臺：其功能是建立工具庫，將工具轉(zhuǎn)化為智能工具IT，加入虛擬維修的工具智能屬性，使其成為IVMTS工具模型。其擁有Agent的框架體系，并與原來的CATIA模型兼容，便于實時智能運算及相關(guān)的操作。

維修任務(wù)庫MTDB（Maintenance Task DataBase）工作臺：其功能是通過提取數(shù)字樣機零部件ATA編碼，結(jié)合失效模式和維修模式，結(jié)合不同的應(yīng)用層次，自動生成任務(wù)庫，便于虛擬維修訓練系統(tǒng)的任務(wù)提取和分配，要求系統(tǒng)的零部件的命名規(guī)范命名系統(tǒng)部件。

維修作業(yè)工序編制MWPM（Maintenance Work Process Make）工作臺：其功能是通過裝配系統(tǒng)的不同層次和區(qū)域，生成不同層次維修任務(wù)的裝配工序。

維修作業(yè)工序優(yōu)化MWPO（Maintenance Work Process Optimization）工作臺：其功能是結(jié)合知識庫法則來檢驗原有工序的可優(yōu)化程度，根據(jù)錄入知識規(guī)則不斷地迭代優(yōu)化作業(yè)

工序。

維修作業(yè)仿真MPS（Maintenance Process Simulation）工作臺：其功能是將維修操作通過人機交互接口輸入到IVMTS交互界面中，實現(xiàn)維修過程仿真。

維修作業(yè)干涉檢查MWIC（Maintenance Work Interference Check）工作臺：其功能是檢查維修裝配的過程中部件干涉，裝配質(zhì)量檢查。

產(chǎn)品維修性評價PMA（Product Maintenance Assess）工作臺：其功能是通過對維修性評價指標：可視性、可達性、簡單性、易測性、工效性等指標，綜合評價給出維修性評價等級。

維修工效性評價EA（Maintenance Ergonomics Assess）工作臺：其功能是通過對評價指標可視性、可達性、方便性、姿態(tài)疲勞度等指標進行工效性綜合評價。

維修經(jīng)濟性評價EE（Maintenance Economic Estimate）工作臺：其功能是通過對維修經(jīng)濟性指標工時、效率、維修性等評價產(chǎn)品的維修經(jīng)濟性。

維修知識庫MKDB（Maintenance Knowledge Database）工作臺：其功能是建立和管理維修知識庫。

維修技術(shù)專家ME（Maintenance Expert）工作臺：建立和檢查專家知識庫，專家知識庫導入導出等功能。

3 總結(jié)

本文以STEP標準為基礎(chǔ)，引入智能體Agent在系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用EXPRESS_G語言工具構(gòu)造IP、IB和IT三種Agent模型的智能虛擬維修要素模型，在此模型基礎(chǔ)上通過CAA二次開發(fā)實現(xiàn)智能維修訓練的相關(guān)功能，如任務(wù)庫生成、維修工序優(yōu)化、維修性評價等。

參考文獻

[1]解璞，蘇群星，谷宏強.裝備虛擬維修訓練系統(tǒng)設(shè)計方法研究[J].系統(tǒng)仿真學報，2006（08）：2195-2198.

[2]解璞，蘇群星，谷宏強.基于Multi-Agent的武器裝備虛擬維修訓練系統(tǒng)[J].火力與指揮控制，2007（01）：95-98.

[3]郭健彬，曾聲奎，陳云霞.基于STEP的RMS信息模型研究及實現(xiàn)[J].計算機應(yīng)用，2007（06）：1445-1447，1451.

作者簡介

王豐產(chǎn)（1974-），男，河南周口人，副教授，主要從事裝備虛擬設(shè)計、維修和驗證技術(shù)等領(lǐng)域研究。endprint