某型車輛底盤虛擬維修系統(tǒng)設計

邵宏亮 胡修文 朱奇林

摘 要：現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高技術武器裝備的戰(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，這對裝備維修人員提出了更高的要求。然而，高技術武器裝備造價昂貴，可投入維修訓練的裝備數(shù)量少，傳統(tǒng)的實裝維修訓練方式不能滿足現(xiàn)實的維修訓練需求。如何解決維修技能的形成和裝備維修人員參訓時間、次數(shù)受限，裝備器材數(shù)量少的矛盾，用虛擬維修手段替代實裝訓練成為新時期研究的一個重要課題。

關鍵詞： 虛擬維修；設計；理念

【中圖分類號】 F407.472 【文獻標識碼】A 【文章編號】2236-1879（2017）05-0235-01

1 系統(tǒng)研制背景

底盤是車輛的重要組成部分。車輛底盤虛擬維修系統(tǒng)項目解決了傳統(tǒng)的裝配、維修課程的培訓過程有著場地和裝配器材不足，教輔人員匱乏，培訓時間和地點的局限性，容易發(fā)生安全事故，課程教學質量參差不齊等缺點。為培訓者提供一個進行認知裝配零部件、認知裝配部件結構的教學系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的使用，將切實幫助受訓者逐漸從陌生到熟悉，掌握工程裝備車輛的各零部件外觀、組成、性能及其結構關系。

（1）虛擬仿真有助于提高高等學校的實驗教學質量， 改善教學環(huán)境

目前各個高校普遍存在教學實驗儀器陳舊的問題、學校實驗室建設投入資金緊張的問題。相對落后的傳統(tǒng)實驗儀器設備滿足不了現(xiàn)代學科內容的更新和發(fā)展 。學校將虛擬儀器設備技術引入實驗教學中， 不但能夠充分利用教育資源， 而且具有更高的靈活性， 不再受傳統(tǒng)設備模式的限制， 從而節(jié)約大量的基礎設施建設投資， 有利于改善辦學條件和提高教學水平。

（2）虛擬仿真有利于提高學員的學習興趣和學習效率

學員在虛擬的環(huán)境下進行相關內容的實驗， 并獲得如身臨其境的實驗體驗可以非常靈活地為教學中的原理設計實驗進行直觀的演示， 教學效果非常明顯。除此之外學員可及時進行數(shù)據(jù)處理、觀察和分析實驗結果。通過虛擬仿真實驗， 學員在有限的實驗學時內有更多的時間動腦、動手， 領會和掌握到更多的知識 從而使實驗的效率大大提高。

（3）虛擬仿真有利于提高教學效果， 減輕實驗管理人員的工作負荷

在真實實驗室教學， 受到儀器設備量限制， 所傳授的知識和技能有限， 在底盤修理方面更是費時費力。而利用虛擬仿真， 能夠不受實驗設備儀器的限制， 學員可以自由做實驗， 有利于提高教師在課堂上的教學效果及課后的輔導效果， 同時也減輕了實驗管理人員的工作負荷。

2 系統(tǒng)設計簡介

該技術主要應用某戰(zhàn)車底盤各總成各零、部件任意角度及尺寸的逼真顯示，采用手動交互的方式逐步完成一體化動力裝置、分動器、懸架等主要部件的拆卸與安裝、分解與裝配流程。由用戶界面、三維模型庫及查看子系統(tǒng)、部件修理流程仿真子系統(tǒng)等組成。

軟件整體采用三維技術并在用戶界面中體現(xiàn)用戶所需的所有功能，使用方便；三維模型庫及查看子系統(tǒng)包含了車體、一體化動力裝置、分動器、側傳動箱、傳動軸、液壓系統(tǒng)、懸架、轉向系、制動系等高精度模型；部件修理流程仿真子系統(tǒng)包含一體化動力裝置、分動器、懸架等主要部件的修理流程等。

軟件采用3D的形式來形象的展示整機，支持縮小、放大、選擇、移動、拆裝交互等操作。采用3D的形式，對工程裝備部分模型進行分解、組合展示，使受訓者能夠觀察模型內部結構。

3 系統(tǒng)設計理念

（1）系統(tǒng)建立與真實裝備一致的某型裝備三維實體模型，維修人員在該模型上進行拆裝作業(yè)，不會對新裝備造成磨損、毀壞，可有效地保持裝備的完好率。

（2）借助三維人機交互設備，采用三維人機交互技術，在虛擬裝備上進行系統(tǒng)維護、故障維修等內容的拆裝分解。能夠仿真不恰當?shù)牟僮鞫恢劣谠斐扇藛T傷害，具有更高的安全性。

（3）虛擬拆裝方式與真實拆裝方式相比，可以設置更多類型的故障和拆裝方案。這在實裝上是做不到的（尤其對新裝備）。

（4）某型裝備目前生產(chǎn)的數(shù)量較少，部隊缺少實裝，部隊只能依靠接裝培訓的有限時間進行維修培訓，形成維修能力困難。系統(tǒng)可大幅度降低該裝備形成維修能力所需要的費用及時間。對于提高裝備維修保障水平，盡快形成裝備維修能力，具有極大的促進作用。

4 系統(tǒng)組成

虛擬拆裝仿真培訓系統(tǒng)是一個用于拆裝教學、培訓的軟件。通過計算機產(chǎn)生高度逼真的虛擬拆裝現(xiàn)場，使學員在虛擬環(huán)境中能方便地對設備進行拆裝作業(yè)，以學習裝甲車底盤部件的結構組成和拆裝工藝，指導實物拆裝。根據(jù)項目的需要，本系統(tǒng)由虛擬拆裝模型、虛擬拆裝環(huán)境、培訓仿真、人機交互界面4個模塊構成。

（1）虛擬拆裝模型：虛擬模型是組成虛擬拆裝環(huán)境的基礎，它主要包括產(chǎn)品的幾何模型和裝配信息如產(chǎn)品裝配的層次結構關系、裝配約束關系。

（2）虛擬拆裝仿真環(huán)境：用戶通過交互設備可以方便地瀏覽場景并在場景中拾取零件，查看其名稱，并進行拆裝。通過動態(tài)約束來判斷當前零件是否可以拆裝，及碰撞檢測技術來防止零件之間相互穿越，使拆裝更具真實感。

（3）培訓仿真模塊：實現(xiàn)教學功能。根據(jù)拆裝任務推算出完成該任務的最佳拆裝順序。拆裝演示按照最佳拆裝順序自動可交互地播放拆裝動畫相當于視頻播放器，方便課堂教學。

（4）人機交互界面：主要指的是輸入、輸出設備。本項目暫時考慮鼠標、鍵盤、顯示器等方式的交互。