基于虛擬樣機的飛機維修性設計技術初探

楊 輝，梁進仁，許曉嵐

（航空工業陜西飛機工業（集團）有限公司設計研究院，陜西 漢中723000）

基于虛擬樣機的飛機維修性設計技術初探

楊 輝，梁進仁，許曉嵐

（航空工業陜西飛機工業（集團）有限公司設計研究院，陜西 漢中723000）

我國的經濟社會不斷發展，科學技術水平不斷提升，飛機制造工藝得到了優化和改進。飛機在運行過程中會出現故障問題，為了降低飛機的運行風險，需要利用虛擬樣機，對飛機的維修性進行測定。將具體探討基于虛擬樣機的飛機維修性設計技術，希望能為相關人士提供一些參考。

虛擬樣機；飛機；維修性設計技術

進入新世紀以來，我國的社會主義市場經濟持續繁榮，航天事業也進入了快速發展階段。在航天運行體系中，飛機系統占據著重要位置，只有保障飛機系統的安全可靠性，才能促進航天事業的可持續發展。飛機系統存在故障，相關人員需要進行維修性設計，提高飛機系統的可維修性。隨著時代的不斷發展演進，傳統飛機維修性設計技術逐漸落后于時代發展潮流，虛擬維修性分析技術應運而生。一般而言，基于虛擬樣機的飛機維修性設計技術體系設計工作主要以民用飛機為研究對象，維修性最佳設計和安裝方法是學者關注的主要問題。在對飛機維修性設計準則、典型系統設備維修分類技術等內容進行研究的基礎上，對飛機維修性設計技術體系進行優化，是基于虛擬樣機的飛機維修性設計技術的主要研究目標。對飛機維修性設計技術進行探究，即可以為基于發動機拆裝過程的維修性設計方針和評估演示系統的構建提供支持，也可以為這一技術在軍事領域的拓展提供支持。

1 飛機維修性設計概述

1.1 內涵

所謂的飛機維修性設計就是對飛機系統進行優化設計，使飛機系統在維修時段內，恢復以往的工作狀態。飛機維修性涉及的范圍非常廣泛，不僅包括對飛機系統的故障維修，還包括對飛機系統的預防維修等[1]。為了確保飛機系統的安全性，必須采用現代化的維修性設計技術，克服傳統維修性設計方法的不足。

1.2 設計要求

首先，在進行飛機維修性設計的過程中，應該將維修部件安裝在明顯位置。當飛機系統內部零部件出現故障，檢修人員需要調整或替換若干維修部件。如果維修部件處在飛機系統的隱蔽位置，就會加大維修難度。為了節約維修時間，需要簡化維修單元，確定維修位置。

其次，在進行飛機維修性設計的過程中，應該采用標準化的設計方案。飛機設計工藝不同，實用性能也呈現出較大的差異。為了保證飛機系統的正常運轉，必須采用標準化的設計方案，統一飛機備件的種類，對技術人員的設計工作進行集中管理。

再次，在進行飛機維修性設計的過程中，應該做好識別標記工作。在維修時，經常需要拆除系統內部的零部件等等，并安裝新的構件。很多檢修人員出現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認知錯誤，設計人員需要在關鍵零部件上做好標記。

最后，在進行飛機維修性設計的過程中，應該盡量做到維修簡單化。飛機系統具有復雜性特征，一旦破壞核心元件結構，就會加速飛機老化，縮減飛機的實用壽命。在設計過程中，設計人員一方面要采用簡潔的外形結構，對系統內部元件進行防護，另一方面要預防飛機腐蝕問題，避免器件磨損。

2 飛機維修性設計模型

2.1 模型建構

想要形成科學的飛機維修性設計方案，必須對飛機系統的維修活動進行模擬。我國的經濟社會不斷發展，科學技術水平相應提高，飛機維修性分析領域也取得了顯著成就。在3D模擬技術和智能技術的推動下，虛擬樣機的出現，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絡信息技術，收集飛機系統運行時的關鍵數據，作為模型架構的基礎；另一方面，虛擬樣機可以對飛機維修性進行分析，為設計人員提供設計依據。

首先是模型界面的架構。在進行界面設計時，設計人員應該在界面上組建兩個模塊：第一個模塊是數據輸入模塊，記錄飛機運行的各種數據；第二個模塊是數據輸出模塊，將飛機運行數據輸出到網絡系統中，反饋給設計人員。為了對數據流進行動態追蹤，設計人員可以采用RMS系統，對實時數據進行控制。

其次是模型應用的架構。在進行應用設計時，設計人員應該模擬飛機系統的檢修環境，對飛機維修性進行科學評估。虛擬樣機也需要形成既有模型，在模型中儲存大量數據信息。在模型建構完畢后，可以模擬飛機故障動作，并對維修過程進行仿真。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。在進行對象設計時，設計人員應該根據飛機系統的面向對象，確定維修性指標，形成系統模型。模型對象架構需要以下幾類數據：第一類數據是人體表征數據；第二類數據是樣機運行數據；第三類數據是故障維修數據。在上述三種數據都具備的情況下，設計人員可以根據人機關系，形成幾何對象模型，分析維修性設計的可靠路徑。

最后是模型技術的架構。在進行技術設計時，設計人員應該評估飛機系統的軟件設施和硬件設施，檢驗系統零部件的性能。在應用虛擬樣機的過程中，設計人員需要應用網絡信息技術，形成虛擬維修環境。計算機參數會對數據輸入輸出造成影響，因此設計人員應該調整各項參數，發揮操作系統的實效性。

2.2 設計流程

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

維修性設計以產品參數作為基礎，而飛機系統的運行參數非常多。具體來說，飛機系統的運行參數包括以下幾個：第一是維修時間；第二是飛機系統恢復正常運行狀態的時間；第三是飛機系統恢復單項功能的時間；第四是飛機系統單位維修時間；第五是飛機系統的維修間隔。在考察上述幾項運行參數時，需要考察飛機系統的實用需求，確保維修參數與設計方案中的內容相一致。

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

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

3 結束語

綜上所述，我國的經濟社會不斷發展，飛機制造工藝得到了優化和改進。為了保障飛機系統的正常運轉，必須應用虛擬維修性分析技術。

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

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

[3]王松山.基于數字樣機的維修性分析評價技術研究[C]//第七屆中國CAE工程分析技術年會暨2011全國計算機輔助工程（CAE）技術與應用高級研討會論文集.中國機械工程學會機械工業自動化分會，中國力學學會促進工程應用與產業結合工作委員會，中國軟件協會數學軟件分會，陜西省國防科技工業信息化協會，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”與綜合保障設計。