數(shù)字化裝配技術(shù)在裝備維修保障中的應(yīng)用及發(fā)展

王帥 宋敬峰

【摘 要】裝備維修保障過程當(dāng)中末端環(huán)節(jié)為裝配。裝配的好壞直接關(guān)乎著裝備最后的戰(zhàn)技性能。因此，本文在對(duì)裝備的維修裝配現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，介紹了數(shù)字化裝配技術(shù)。并且對(duì)數(shù)字化裝配技術(shù)在裝備維修保障當(dāng)中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了研究，力求進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)不斷的深入發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化裝配技術(shù)；裝備維修；應(yīng)用；發(fā)展

一、裝備維修裝配現(xiàn)狀

（一）人員要求較高

裝備有著技術(shù)復(fù)雜、裝配復(fù)雜以及組成復(fù)雜等特征。在對(duì)裝備進(jìn)行維修裝配的時(shí)候，零部件有著比較大規(guī)模的裝配，其有著靈活形式以及復(fù)雜多樣的專業(yè)知識(shí)，其在維修人員專業(yè)素養(yǎng)方面有著比較高的要求。特別在裝備維修保障的時(shí)候，面對(duì)批量少、品種多以及結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的裝備，一定的維修人員通常會(huì)感覺到無能為力。

（二）場地的需求比較大

裝配的工藝文件是對(duì)維修人員現(xiàn)場裝配操作的一個(gè)比較重要的依據(jù)。它對(duì)裝備最后質(zhì)量存在著重要的影響。當(dāng)前，裝備裝配還要利用裝配工藝卡片來對(duì)現(xiàn)場裝配進(jìn)行指導(dǎo)，同時(shí)通過一些二維的裝配示意圖進(jìn)行輔助。在裝配的過程當(dāng)中，維修人員要占用比較多的現(xiàn)場裝配，對(duì)工藝手冊(cè)以及圖樣進(jìn)行比較多的查閱，通過自然的語言來對(duì)工藝內(nèi)容進(jìn)行描述，同時(shí)對(duì)比不一樣的手冊(cè)以及圖樣，其嚴(yán)重對(duì)裝備裝配質(zhì)量以及效率產(chǎn)生影響。

（三）工藝的優(yōu)化難度大

在裝備的維修裝配過程中，零件之間、結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置以及運(yùn)動(dòng)件之間的配合間隙很難進(jìn)行優(yōu)化，即使所有裝配零件更換為合格的新件，配合間隙也處于合理的公差范圍之內(nèi)，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裝備維修裝配后性能差異較大的情況。部分在制造上游出現(xiàn)的零件超差等問題，也很難通過對(duì)裝配現(xiàn)場失誤的分析來實(shí)現(xiàn)裝配質(zhì)量事故的統(tǒng)計(jì)預(yù)測。

（四）質(zhì)量難度比較難保證

裝備在維修裝配的時(shí)候，涉及的零部件多達(dá)成千上萬個(gè)，并且含有眾多的量具、工裝夾具以及操作裝配等等。機(jī)構(gòu)部件間結(jié)構(gòu)關(guān)系主要是利用人員的記憶以及靜態(tài)裝配的數(shù)據(jù)形式來表現(xiàn)的。這在裝配的施工比較容易發(fā)生錯(cuò)裝以及漏裝，進(jìn)而給裝配質(zhì)量帶來問題，對(duì)裝配周期產(chǎn)生一定的影響。裝配精度以及裝配可靠性都是通過人的裝配經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)的，裝備可裝配性只有在裝配的時(shí)候進(jìn)行驗(yàn)證。

二、數(shù)字化裝配技術(shù)

（一）數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)

數(shù)字化預(yù)裝配指的是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中構(gòu)建的裝備零件數(shù)字化的模型，同時(shí)將這些模型進(jìn)行應(yīng)用進(jìn)而完成裝備零件、成品以及組件等數(shù)字化的模型定位、裝配、下架等方面的虛擬操作，進(jìn)而更好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配以及拆卸的三維動(dòng)態(tài)模擬仿真。利用對(duì)裝配仿真的協(xié)調(diào)分析以及檢查，盡量對(duì)裝備設(shè)計(jì)當(dāng)中帶來的問題進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)更好的來修改，大大減小裝備研發(fā)的周期，減小生產(chǎn)的成本，更好的對(duì)傳統(tǒng)裝配過程中設(shè)計(jì)效率不足以及優(yōu)化的難度大等問題進(jìn)行解決。

（二）基于虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化裝配技術(shù)

在裝備裝配的時(shí)候往往和人為操作所分不來。基于虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化裝配技術(shù)就是將標(biāo)準(zhǔn)人體三維模型放入到了虛擬裝配環(huán)境當(dāng)中，并且引入吊車、工裝以及廠房等三維的制造資源模型，通過虛擬現(xiàn)實(shí)等手段，更好的實(shí)現(xiàn)裝配工人可視性、可操作性、安全性等方面的仿真，讓通過計(jì)算機(jī)作為中心的設(shè)計(jì)方式變化成通過人為中心設(shè)計(jì)方式，更加明顯的體現(xiàn)出交互作用以及真實(shí)感。當(dāng)前，基于虛擬技術(shù)數(shù)字化裝配技術(shù)主要應(yīng)用在了船舶、船舶和飛機(jī)等產(chǎn)品的零件裝配，柔性布線和安裝檢驗(yàn)等方面。

（三）基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的數(shù)字化裝配技術(shù)

不管是數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)，還是基于虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)字化裝配技術(shù)，都只是對(duì)裝備開發(fā)前期的裝配設(shè)計(jì)具有重要的優(yōu)化、驗(yàn)證作用，而對(duì)裝備后期的實(shí)際裝配過程支持有限?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的數(shù)字化裝配技術(shù)就是為解決上述問題而發(fā)展起來的。該技術(shù)將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到裝配領(lǐng)域，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖形、文字注釋等虛擬信息有機(jī)地融合到使用者所看到的真實(shí)世界景象中，對(duì)人的視覺系統(tǒng)進(jìn)行影像增強(qiáng)或擴(kuò)張，通過虛擬零件、虛擬裝配工具和增強(qiáng)裝配提示信息來指導(dǎo)用戶實(shí)際裝配操作。

三、數(shù)字化裝配技術(shù)在裝備維修裝配中的應(yīng)用趨勢

因?yàn)榛谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)字化裝配技術(shù)有著較強(qiáng)的可操作性，其越來越受到維修人員的喜愛，特別隨著可穿戴設(shè)備不斷發(fā)展，進(jìn)而讓基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)字化裝配技術(shù)變?yōu)檠b備今后維修裝配發(fā)展的一個(gè)趨勢。可創(chuàng)帶設(shè)備是一種新的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)設(shè)備，其主要是通過骨傳導(dǎo)技術(shù)、語音識(shí)別以及虛擬投影等方面的功能，利用圖標(biāo)、語音、虛擬設(shè)備以及文字的形式來對(duì)維修人員進(jìn)行裝配工作進(jìn)行指導(dǎo)，并且可以通過下面幾個(gè)方面來提升裝配的效率，確保裝備更加安全。

（一）進(jìn)行可視化的指導(dǎo)，提高裝配效率

傳統(tǒng)維修裝配主要是利用裝配工藝卡片來對(duì)現(xiàn)場裝配進(jìn)行指導(dǎo)，通過自然語言來更好的對(duì)工藝內(nèi)容進(jìn)行描述，進(jìn)而讓維修人員對(duì)工藝以及圖樣存在比較高的依賴性，大大降低了裝配效率。但是，應(yīng)用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)字化裝配技術(shù)的時(shí)候，裝配工作人員能夠通過維修裝配任務(wù)和有關(guān)電子手冊(cè)直接下載到了可穿戴的設(shè)備，在語音、文字以及圖標(biāo)等形式指導(dǎo)之下，進(jìn)行實(shí)時(shí)的可視化維修裝配工作，進(jìn)而大大提升裝配準(zhǔn)確性，減小裝配的時(shí)間，降低裝配的成本。

（二）準(zhǔn)確判斷定位，迅速排除故障

在裝配現(xiàn)場，維修人員利用可穿戴設(shè)備的實(shí)景導(dǎo)航和立體定位功能，通過虛擬投影屏幕，可觀看到裝備的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)、部件裝配次序等，并與所看到的現(xiàn)場裝備進(jìn)行異常對(duì)比，從而有利于快速發(fā)現(xiàn)問題，提高排故速度。一些大型裝備的維修裝配常需要多人協(xié)作才能完成相關(guān)工作，通過佩戴可穿戴設(shè)備，裝配人員就可與其他使用裝配人員及管理人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)云鏈接，實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控裝備裝配動(dòng)態(tài)，迅速了解自己維修任務(wù)中所需要的備件號(hào)、庫存情況和位置以及自己所需要的工具的位置，從而有效提升供應(yīng)保障的速度，減少因等備件、等設(shè)備而造成的工作延誤。

（三）記錄裝配過程，便于回溯

采用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的數(shù)字化裝配技術(shù)可實(shí)時(shí)記錄裝備維修裝配過程，并將其上傳到工作服務(wù)器上，一方面，可供質(zhì)量控制人員檢查維修裝配過程是否規(guī)范；另一方面，也可以利用維修裝配記錄，將維修裝配過程具體化，以便初學(xué)者迅速掌握維修裝配技巧，從而提高裝配水平，改進(jìn)裝配工藝。

當(dāng)前，數(shù)字化裝配技術(shù)還主要集中應(yīng)用在裝備的設(shè)計(jì)制造階段，尤其是飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造階段，將數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用到裝備的維修裝配中，目前還鮮有公開報(bào)道。要想實(shí)現(xiàn)裝備維修保障的數(shù)字化裝配，還需在如下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究：1）要打通信息孤島，數(shù)字化模型是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配的基礎(chǔ)，雖然數(shù)字化技術(shù)在裝備的設(shè)計(jì)、制造階段得到了廣泛深入的應(yīng)用，但在維修保障階段還存在信息孤島現(xiàn)象，數(shù)字化工作缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃、控制和管理；2）要深入研究裝配基礎(chǔ)理論，為數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)；3）要加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，如基于仿真模型的裝配評(píng)估、分析與優(yōu)化技術(shù)，在線仿真與裝配過程可視化技術(shù)，面向裝配仿真的知識(shí)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)與容差分配技術(shù)等。

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