可视化维修在航空装备保障中的应用

可视化维修在航空装备保障中的应用

刘颖 于馨越 孙晓哲

空军航空大学，吉林长春 130000

摘要：随着科技的发展，VR、AR等可视化技术的应用越来越普及。在航空装备维修中应用可视化技术，可以进一步拓展理论学习的途径，对于提高装备保障质效、提升官兵维修水平具有重要的实践作用。本文分析了可视化技术的作用，并着重对可视化技术在航空装备维修中的应用进行了详细讨论。

关键词：可视化维修；航空装备；维修保障

可视化技术在装备维修中扮演着至关重要的角色，它通过利用计算机图形学和图像处理技术，将复杂的数据转换成直观、易于理解的图形或图像，从而帮助维修人员更有效地开展理论学习、技术培训、故障诊断及维修决策，为保障人员维修水平的提高以及人才培养拓宽了新途径。本文分析了当前较为流行的可视化技术，并以VR为例就如何提高装备维修质效进行了具体的实例分析。

1可视化技术分析

1.1虚拟现实技术

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是一种利用仿真软件生成三维立体化的虚拟空间，通过VR眼镜、电子手套等传感设备进行操作，感受虚拟世界中的虚拟物体，使用户在感官上获得沉浸式体验，实现虚拟场景与现实事物的实时性交互。VR 技术能够带给人们带来身临其境般的沉浸式体验，因此也被称之为临境技术。从本质上来说，VR 技术是信息化时代之后，仿真技术发展的必然路径，与多媒体技术及网络技术有着非常紧密的内在联系，也是现阶段信息技术领域最为热门的研究课题，是一种信息时代非常先进的智能交叉技术，得到了各领域研究人员的普遍关注。

1.2增强现实技术

增强现实（Augmented Reality，AR）是利用计算机生成一种逼真的视、听、力、触和动等感觉的虚拟环境，通过各种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与环境的自然交互。AR技术将虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”，也可以理解为在虚拟现实的基础上对现实世界进行映射。AR技术可以应用于航空装备生命周期各个阶段中，比如在装备设计阶段可以用于将概念设计的产品快速展示在应用环境中，在产品验证阶段可以用于装备的提前使用体验以优化设计上的缺陷，从而完善设计方案，而在维修保障阶段则可以用于保障人员操作培训、虚拟维修及故障排查等工作。

1.3 混合现实技术

混合现实（Mix Reality，MR）是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。MR技术的关键点就是与现实世界进行交互和信息的及时获取，它的实现需要在一个能与现实世界各事物相互交互的环境中。MR技术可实现虚实融合，使虚拟物体和现实世界可以显示在同一视线之中，还可以实现实时交互，即用户可与现实世界和虚拟物体进行实时的自然交互。通过MR显示设备，用户可以同时看到真实环境和虚拟全息影像，加之手势、语音、视觉等方式的加持实现两者互动，真正搭建了虚拟世界和现实世界沟通的桥梁。MR技术在线教学、医疗服务、电气工程、运维检修等领域都具有广阔的发展前景，如某城市水管网智慧平台采用MR巡检运维系统，制造的虚拟景象可以与现实中物体的尺度和方位保持一致，能帮助检修工人“透视”地下管网，不同功能的管网具有不同颜色，大大提升了污水管网巡检运维的效率。

2可视化维修的作用

可视化技术在装备维修中扮演着至关重要的角色，它通过利用计算机图形学和图像处理技术，将复杂的数据转换成直观、易于理解的图形或图像，在屏幕上显示出来，从而帮助维修人员更有效地进行维修练习、故障诊断及维修决策。

2.1 提高保障能力，扩展学习途径

将VR等可视化技术应用于航空装备维修的教学与培训中，能够通过运用虚拟维修教学平台的相关功能，在创建的虚拟环境中，对各种航空装备的零部件进行拆卸、组装和调试。尤其对维修过程中难以拆分的部件，VR技术可以展示装备的内部结构，使维修人员清晰地看到各个部件的位置和连接方式，有助于他们更好地理解设备的工作原理，从而提高维修效率。例如航空发动机的主泵以及起动机的齿轮更换，或者起落架收放机构的工作过程等，都能够通过可视化技术的有效使用，提高学习培训效果，提升保障人员的维修水平。

2.2 提升实操体验，激励官兵参与

在航空装备维修教学实践过程中，官兵通过虚拟维修学习平台根据自身维修能力有针对性的选择学习内容，通过沉浸式体验正确与错误的操作模式，从而对学习内容记忆更为深刻，提升实操体验感。可视化平台还能够通过数据回放、反复学习等方式提高学习效果，为官兵提供全新的学习训练模式，激发保障人员的学习热情，使其积极参与到学习当中来，进而提高维修水平。

2.3 优化维修程序，提高维修质量

在航空装备维修操作训练中，一些部件的维修较为复杂，实际操作需要在实装上进行，受时间、空间的影响较大。同时，频繁的拆装会对装备的可靠性产生一定影响，容易因为人为频繁操作造成元器件的磨损与损坏。通过可视化技术建立虚拟现实平台，官兵在较为安全的环境中开展实训活动，在虚拟环境中组装设备，并检查装配是否正确，减小对实装的损伤。同时，通过模拟不同的装配方案，帮助维修人员优化装配流程，降低装配成本，减少装配错误，提高装配效率和培训质量。

2.4 便于远程维修，实现技术支持

借助VR等可视化技术可实现远程维修，维修人员可以在远程对装备进行故障诊断，通过VR眼镜进入虚拟的装备内部，观察设备的运行情况，并进行故障分析和判断，这大大提高了维修效率，并减少了维修人员的劳动强度。可视化维修还给远程维修提供技术支持，维修专家可以通过VR技术远程指导现场维修人员进行维修操作，不仅缩短了响应时间，还提高了技术支持的准确性和效率。

3 基于VR的航空装备可视化维修应用实例

结合本单位航空装备保障工作实际，本文设计了一种基于VR的虚拟维修系统，系统主要包括虚拟环境建模、维修过程仿真、维修性分析、维修性评估等功能模块。利用某型飞机起落架数字模型，开展了维修任务虚拟仿真VR验证。首先，对飞机起落收放系统架进行拆解，将其中的各个部件以及零件展开精细化的测量检查，随后对其进行相应的简化处理，将其中无用的辅助构件去除，运用 3D 仿真软件SolidWorks 建立 3D 立体虚拟化模型，如图 2 所示。

（a）起落架实物图        （b）起落架三维模型

图1 某型飞机起落架实物与三维模型

在整个虚拟维修实训平台中，保障人员可以利用VR眼镜等虚拟设备在虚拟环境中开展维修，自如选择设备维修工具，开沉浸式的起落架拆解、安装，随时对各种零部件进行更换，以此满足维修项目的学习与教学活动。通过该软件平台，还可以对保障人员进行维修水平考核，为人才培养提供新模式。

4 结 语

总之，VR等可视化技术在航空装备维修中具有重要的作用，不仅可以快速提高保障人员的维修水平，加速人才培养周期和效率，还能解决实装操作对元件产生的损害，减少人为操作可能引起的不安全因素，为航空装备维修保障工作提供新途径。

参考文献

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