基于虛擬樣機的飛機維修性設(shè)計技術(shù)初探

楊 輝，梁進(jìn)仁，許曉嵐

（航空工業(yè)陜西飛機工業(yè)（集團）有限公司設(shè)計研究院，陜西 漢中723000）

基于虛擬樣機的飛機維修性設(shè)計技術(shù)初探

楊 輝，梁進(jìn)仁，許曉嵐

（航空工業(yè)陜西飛機工業(yè)（集團）有限公司設(shè)計研究院，陜西 漢中723000）

我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，飛機制造工藝得到了優(yōu)化和改進(jìn)。飛機在運行過程中會出現(xiàn)故障問題，為了降低飛機的運行風(fēng)險，需要利用虛擬樣機，對飛機的維修性進(jìn)行測定。將具體探討基于虛擬樣機的飛機維修性設(shè)計技術(shù)，希望能為相關(guān)人士提供一些參考。

虛擬樣機；飛機；維修性設(shè)計技術(shù)

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的社會主義市場經(jīng)濟持續(xù)繁榮，航天事業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。在航天運行體系中，飛機系統(tǒng)占據(jù)著重要位置，只有保障飛機系統(tǒng)的安全可靠性，才能促進(jìn)航天事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。飛機系統(tǒng)存在故障，相關(guān)人員需要進(jìn)行維修性設(shè)計，提高飛機系統(tǒng)的可維修性。隨著時代的不斷發(fā)展演進(jìn)，傳統(tǒng)飛機維修性設(shè)計技術(shù)逐漸落后于時代發(fā)展潮流，虛擬維修性分析技術(shù)應(yīng)運而生。一般而言，基于虛擬樣機的飛機維修性設(shè)計技術(shù)體系設(shè)計工作主要以民用飛機為研究對象，維修性最佳設(shè)計和安裝方法是學(xué)者關(guān)注的主要問題。在對飛機維修性設(shè)計準(zhǔn)則、典型系統(tǒng)設(shè)備維修分類技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對飛機維修性設(shè)計技術(shù)體系進(jìn)行優(yōu)化，是基于虛擬樣機的飛機維修性設(shè)計技術(shù)的主要研究目標(biāo)。對飛機維修性設(shè)計技術(shù)進(jìn)行探究，即可以為基于發(fā)動機拆裝過程的維修性設(shè)計方針和評估演示系統(tǒng)的構(gòu)建提供支持，也可以為這一技術(shù)在軍事領(lǐng)域的拓展提供支持。

1 飛機維修性設(shè)計概述

1.1 內(nèi)涵

所謂的飛機維修性設(shè)計就是對飛機系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使飛機系統(tǒng)在維修時段內(nèi)，恢復(fù)以往的工作狀態(tài)。飛機維修性涉及的范圍非常廣泛，不僅包括對飛機系統(tǒng)的故障維修，還包括對飛機系統(tǒng)的預(yù)防維修等[1]。為了確保飛機系統(tǒng)的安全性，必須采用現(xiàn)代化的維修性設(shè)計技術(shù)，克服傳統(tǒng)維修性設(shè)計方法的不足。

1.2 設(shè)計要求

首先，在進(jìn)行飛機維修性設(shè)計的過程中，應(yīng)該將維修部件安裝在明顯位置。當(dāng)飛機系統(tǒng)內(nèi)部零部件出現(xiàn)故障，檢修人員需要調(diào)整或替換若干維修部件。如果維修部件處在飛機系統(tǒng)的隱蔽位置，就會加大維修難度。為了節(jié)約維修時間，需要簡化維修單元，確定維修位置。

其次，在進(jìn)行飛機維修性設(shè)計的過程中，應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計方案。飛機設(shè)計工藝不同，實用性能也呈現(xiàn)出較大的差異。為了保證飛機系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，必須采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計方案，統(tǒng)一飛機備件的種類，對技術(shù)人員的設(shè)計工作進(jìn)行集中管理。

再次，在進(jìn)行飛機維修性設(shè)計的過程中，應(yīng)該做好識別標(biāo)記工作。在維修時，經(jīng)常需要拆除系統(tǒng)內(nèi)部的零部件等等，并安裝新的構(gòu)件。很多檢修人員出現(xiàn)了安裝錯誤或安裝遺漏等問題，對飛機運行造成不良影響。為了避免檢修人員出現(xiàn)認(rèn)知錯誤，設(shè)計人員需要在關(guān)鍵零部件上做好標(biāo)記。

最后，在進(jìn)行飛機維修性設(shè)計的過程中，應(yīng)該盡量做到維修簡單化。飛機系統(tǒng)具有復(fù)雜性特征，一旦破壞核心元件結(jié)構(gòu)，就會加速飛機老化，縮減飛機的實用壽命。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員一方面要采用簡潔的外形結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)內(nèi)部元件進(jìn)行防護，另一方面要預(yù)防飛機腐蝕問題，避免器件磨損。

2 飛機維修性設(shè)計模型

2.1 模型建構(gòu)

想要形成科學(xué)的飛機維修性設(shè)計方案，必須對飛機系統(tǒng)的維修活動進(jìn)行模擬。我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平相應(yīng)提高，飛機維修性分析領(lǐng)域也取得了顯著成就。在3D模擬技術(shù)和智能技術(shù)的推動下，虛擬樣機的出現(xiàn)，在很大程度上便捷了飛機維修性分析流程。一方面，虛擬樣機可以利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，收集飛機系統(tǒng)運行時的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，作為模型架構(gòu)的基礎(chǔ)；另一方面，虛擬樣機可以對飛機維修性進(jìn)行分析，為設(shè)計人員提供設(shè)計依據(jù)。

首先是模型界面的架構(gòu)。在進(jìn)行界面設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該在界面上組建兩個模塊：第一個模塊是數(shù)據(jù)輸入模塊，記錄飛機運行的各種數(shù)據(jù)；第二個模塊是數(shù)據(jù)輸出模塊，將飛機運行數(shù)據(jù)輸出到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，反饋給設(shè)計人員。為了對數(shù)據(jù)流進(jìn)行動態(tài)追蹤，設(shè)計人員可以采用RMS系統(tǒng)，對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

其次是模型應(yīng)用的架構(gòu)。在進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該模擬飛機系統(tǒng)的檢修環(huán)境，對飛機維修性進(jìn)行科學(xué)評估。虛擬樣機也需要形成既有模型，在模型中儲存大量數(shù)據(jù)信息。在模型建構(gòu)完畢后，可以模擬飛機故障動作，并對維修過程進(jìn)行仿真。飛機維修性分析不僅包括物理要素，還包括人為要素等，因此設(shè)計人員在考察零部件性能時，還要評價乘機人的舒適性[2]。

再次是模型對象的架構(gòu)。在進(jìn)行對象設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)飛機系統(tǒng)的面向?qū)ο螅_定維修性指標(biāo)，形成系統(tǒng)模型。模型對象架構(gòu)需要以下幾類數(shù)據(jù)：第一類數(shù)據(jù)是人體表征數(shù)據(jù)；第二類數(shù)據(jù)是樣機運行數(shù)據(jù)；第三類數(shù)據(jù)是故障維修數(shù)據(jù)。在上述三種數(shù)據(jù)都具備的情況下，設(shè)計人員可以根據(jù)人機關(guān)系，形成幾何對象模型，分析維修性設(shè)計的可靠路徑。

最后是模型技術(shù)的架構(gòu)。在進(jìn)行技術(shù)設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該評估飛機系統(tǒng)的軟件設(shè)施和硬件設(shè)施，檢驗系統(tǒng)零部件的性能。在應(yīng)用虛擬樣機的過程中，設(shè)計人員需要應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，形成虛擬維修環(huán)境。計算機參數(shù)會對數(shù)據(jù)輸入輸出造成影響，因此設(shè)計人員應(yīng)該調(diào)整各項參數(shù)，發(fā)揮操作系統(tǒng)的實效性。

2.2 設(shè)計流程

在進(jìn)行維修性設(shè)計時，設(shè)計人員需要遵循一定的維修規(guī)范。我國對飛機維修性設(shè)計做出了明確規(guī)定，形成了維修性設(shè)計指南，因此在維修之前，設(shè)計人員應(yīng)該詳讀設(shè)計指南上的內(nèi)容，形成具體的設(shè)計方案。維修性設(shè)計需要滿足兩個條件：第一是定量條件，第二是定性條件。設(shè)計人員需要對兩類條件進(jìn)行分析，確定指標(biāo)值，并把指標(biāo)值發(fā)送到執(zhí)行部門。在執(zhí)行部門獲取維修性設(shè)計數(shù)據(jù)后，設(shè)計人員可以對設(shè)計方案進(jìn)行演示，如果虛擬樣機的演示成效較好，可以將設(shè)計方案投入到實踐工作之中。

維修性設(shè)計以產(chǎn)品參數(shù)作為基礎(chǔ)，而飛機系統(tǒng)的運行參數(shù)非常多。具體來說，飛機系統(tǒng)的運行參數(shù)包括以下幾個：第一是維修時間；第二是飛機系統(tǒng)恢復(fù)正常運行狀態(tài)的時間；第三是飛機系統(tǒng)恢復(fù)單項功能的時間；第四是飛機系統(tǒng)單位維修時間；第五是飛機系統(tǒng)的維修間隔。在考察上述幾項運行參數(shù)時，需要考察飛機系統(tǒng)的實用需求，確保維修參數(shù)與設(shè)計方案中的內(nèi)容相一致。

除了上述的基本參數(shù)之外，設(shè)計人員還要重視MTTR指標(biāo)。在飛機維修性設(shè)計的過程中，MTTR指標(biāo)非常重要。MTTR是一種自上而下的分配方法，設(shè)計部門在形成MTTR指標(biāo)后，要把這一指標(biāo)劃分為若干子項，分配給下屬部門。MTTR值平均維修時間，具有累計的特性。由于飛機系統(tǒng)大同小異，平均維修時間基本一致。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以考察MTTR的歷史數(shù)據(jù)，對MTTR進(jìn)行科學(xué)分配。

飛機維修性分析并不是一項簡單的工作，這一工作具有系統(tǒng)性特征，在飛機維修性過程中有多個時間節(jié)點，每個時間節(jié)點都可能出現(xiàn)故障問題。一般來說，維修性分析包括以下幾點工作：第一是對飛機系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行檢測；第二是對故障零部件進(jìn)行更換和優(yōu)化；第三是對飛機系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)；第四是對檢修成果進(jìn)行檢測；第五是恢復(fù)飛機系統(tǒng)正常運行狀態(tài)。在上述幾項工作中，故障零部件更換和優(yōu)化的時間最長，對維修人員提出了較高的技術(shù)要求[3]。為了節(jié)省維修時間，簡化維修流程，設(shè)計人員需要將關(guān)鍵零部件安裝在固定位置。

3 結(jié)束語

綜上所述，我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，飛機制造工藝得到了優(yōu)化和改進(jìn)。為了保障飛機系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，必須應(yīng)用虛擬維修性分析技術(shù)。

[1]方 強，王松山，祝 泓，等.基于數(shù)字樣機的艦船維修性設(shè)計分析技術(shù)[J].中國艦船研究，2016（01）：114-120.

[2]國志剛，李 宏，李 會，等.數(shù)字化環(huán)境下軍用飛機維修性同步設(shè)計技術(shù)研究[J].飛機設(shè)計，2015（06）：68-71.

[3]王松山.基于數(shù)字樣機的維修性分析評價技術(shù)研究[C]//第七屆中國CAE工程分析技術(shù)年會暨2011全國計算機輔助工程（CAE）技術(shù)與應(yīng)用高級研討會論文集.中國機械工程學(xué)會機械工業(yè)自動化分會，中國力學(xué)學(xué)會促進(jìn)工程應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)結(jié)合工作委員會，中國軟件協(xié)會數(shù)學(xué)軟件分會，陜西省國防科技工業(yè)信息化協(xié)會，2011：6.

Maintainability Design of Aircraft Based on Virtual Prototype

YANG Hui，LIANG Jin-ren，XU Xiao-lan
（Aviation Industry，Shaanxi Aircraft Industry（Group）Co.，Ltd.，Design and Research Institute，Hanzhong Shaanxi 723000，China）

The economic and social development of our country，the level of science and technology has been continuously improved，the aircraft manufacturing technology has been optimized and improved.In order to reduce the operation risk of the aircraft，it is necessary to use the virtual prototype to measure the maintainability of the aircraft.This paper will discuss the design technology of aircraft maintenance based on virtual prototype，and hope to provide some references for relevant people.

virtual prototype；the plane；maintenance design technology

V222

A

1672-545X（2017）10-0142-02

2017-07-06

楊 輝（1985-），女，陜西城固人，工程師，從事飛機“四性”與綜合保障設(shè)計。