基于VR的空客A320艙門阻尼器的拆裝及維修

王建章，施浩，丁佳明

摘要：針對航空公司飛機維修實際指導方面存在維修效率低，且投入成本高等問題，為此本文提出了基于VR的艙門阻尼器的拆裝及維修系統，通過虛擬現實技術與座艙阻尼器結構的結合，在VR環境中操縱工具對阻尼器進行拆裝及維修。結果表明這樣的維修系統解決了傳統飛機維修存在的安全性和經濟性等問題，具有一定的應用價值。

關鍵詞：VR;艙門阻尼器;拆裝;維修

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0155-02

1 引言

虛擬現實技術，是一種能夠提供給使用者一個身臨其境的仿真體驗的計算機技術，這一技術憑借強大的沉浸式體驗功能，對模擬教學領域起著極大的促進作用，因而被廣泛運用于各類模擬教學領域，如：模擬醫學手術、模擬機械設備拆裝等。飛機維修技術是保證飛機正常工作的基礎。本項目通過Unity3D交互平臺，使用戶通過VR設備體驗空客A320艙門阻尼器的維修及拆裝。

通過VR做維修方面的內容市場上少之又少。市面上大多都應用于商業領域。因為航材價格昂貴且稀少，維修人員在練習方面會因為這些原因受限，還有可能因為維修不熟練導致身體受傷。基于這些問題本文運用VR設備維修航材部件，用戶戴上頭盔，使用制定的軟件來進行指定航材的維修，借助VR平臺幫助機修方面受訓人員得到更多的實際操作機會，加深其記憶和理解，當維修真正航材時會十分熟練。本項目選用的維修航材為7B-R4 MED阻尼器，阻尼是自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，安置在結構系統上的特殊構件可以提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置。艙門中的阻尼器的作用是減緩開關門時的速度，避免讓門發生硬性撞擊，不傷害門結構也避免傷害到人，所以保證艙門阻尼器的正常工作極其重要。

2 項目制作

2.1模型測量

首先對阻尼器實體進行測繪，將物體的三視圖繪制出來，數據的準確是必要條件，本文對阻尼器的實物運用游標卡尺測繪，精度達0.1mm，圖紙完成后開始建模，制作零件共計百余間。將測繪好的數據經過掃描數字化后導入計算機，經圖像配準后進行矢量化，之后將拍攝得到的圖片資料導入計算機。

2.2模型建模

常用的建模軟件有3DMAX，MAYA等，本文采用的建模軟件為3DMAX。3DMAX的優勢為其主要面向建筑動畫，建筑漫游和室內設計，用于室內和室外渲染的建模。模型的生成一般有3種方法，即多邊形、面片及NURBS建模，因為部分模型過于復雜，難以制作，我們運用布爾運算使兩個以上的物體進行并集、差集或交集的運算，從而得到需求的模型，但布爾運算也有缺陷，生成新模型時會伴隨著生成一些無用的面，后期嚴重影響文件量和渲染速度，這需要手動刪除無用的面，保留有用的面。模型建立完成后要對模型進行貼圖處理。展開模型的貼圖坐標（展UV，主要用到Unwrap UVW修改器），在Photoshop軟件中利用已有素材合成模型的固有色貼圖;=材質上運用 PBR材質保證最好的觀感體驗。每一個零件做好后，將零件組合起來，阻尼器組裝完成。隨后將MAX文件更改為FBX文件導入到Unity軟件中。

2.3交互的實現

首先添加場景，添加天空盒子，在攝像機中添加FlareLayer組件。導入到Unity內置資源包“Light Flares”。把鏡頭賦值給直線光的“Flare”屬性。場景添加好后更改手部模型，steamVR prefab里自帶的模型是其手柄，為了達到擬真的效果，需要更換手部模型，同時在維修倉中加入了維修中需要用到的專業維修工具。（圖1）阻尼器導入到unity后要進行一系列的設置。比如賦予物體質量，沒有質量的剛體會漂浮到空中。添加碰撞體積，點擊box collider調整碰撞體的大小來模擬現實中的碰撞效果。這些完成后需要對手部模型的抓取，瞬移，與零件之間的交互添加動畫來完成真實地模擬維修。創建的可交互的阻尼器實體見（圖2）。這里利用SteamVR和VRTK插件中的腳本來實現一些比較簡單的交互。對于一些插件中實現不了的操作本文使用Visual C++軟件自行編程。這些完成后對設備進行調試，本文對阻尼器中的各個部件配有專業性名詞解釋，將更好地使維修人員加深對維修部件的理解。

3 操作與調試

3.1座艙阻尼器維修步驟

使用者戴上頭盔，按下扳機鍵即可拾取工具，當工具與零件觸碰時，零件會高亮顯示代表已接觸維修部件，隨后對照AMM大修手冊，對套筒進行面板拆解，拆掉夾緊螺栓，將伸縮套筒從上向下拉下來。螺栓拆卸后把阻尼器往外轉，然后取出。把套筒分離出去。檢查阻尼器及連接件，確定無異常狀況后安裝前潤滑花鍵。至此拆卸步驟完成。安裝順序與拆除順序相反。

3.2 編程與調試

虛擬與現實完美地融合在一起，可以解決航空領域中因航材貴重且稀少使得維修人員不能得到高效訓練的問題。相對于以往的一些基于VR的維修項目，無論是場景，模型的建立，物體的交互上都有歷歷可見的改進。場景上搭建了專門的維修倉，模型的建立均通過精密儀器測量加上嚴謹的軟件繪制，做到了真正的物體還原，物體的交互上添加了手部模型，使用者看到逼真的雙手來操作工具，維修零部件。交互中使用Visual C++部分代碼如下所示。

protected virtual void AttemptControllerSetup（）

{

if （attemptControllerSetup）

{

if （FindController（））

{

attemptControllerSetup = false;

SetupController（）;

SetupRenderer（）;

if （activateOnEnable）

4 結語

針對航空公司飛機維修實際指導方面存在的問題，安全性上，學員維修熟練度不夠導致實務操作，存在一定的安全隱患。經濟性上，實物維修訓練會造成維修器材的失效，設備線路的老化等問題而消耗大量的資源。本文提出利用VR對座艙阻尼器維修可以解決這些問題。未來可以廣泛運用到航空VR運用領域內。對于基于VR的航空器維修問題，本文具有一定的應用價值。

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【通聯編輯：唐一東】