::產品概述::

維修性設計分析與驗證工作是裝備設計過程中重要的工作內容，是保證裝備維修性設計符合要求的重要手段。從多年服務各行業客戶的實踐經驗得知，在實際應用過程中，各行業維修性工作發展均存在經驗不足、數據缺乏、手段不全等問題，特別是維修性設計分析過程與產品功能結構設計過程脫節嚴重，導致維修性工作達不到預期的效果，裝備投入使用后往往存在各種各樣的維修性設計缺陷。概括來說，目前維修性設計分析與驗證工作在裝備設計應用中主要存在以下三大問題：

?圖 1維修性設計分析與驗證工作中的三大痛點需求

針對以上三大痛點需求，基于多年來在虛擬現實（VR）和制造業相關領域積累的大量技術經驗，開發出一套基于“并行工程”設計思想，集維修性設計分析和虛擬仿真于一體，可應用于大中型裝備設計制造過程的維修性設計分析、仿真與評估的工具軟件—VMPro。相比于一些具備一定維修性驗證功能的仿真軟件，VMPro更加專注于維修性從設計分析—>驗證—>評估的一整套工作流程，利用虛擬仿真作為VMPro服務于維修性驗證的一種有力手段，同時還開創性地將“并行工程”引入維修性工作項目中，提高維修性要求在裝備設計早期的約束能力，為以航空、航天、兵器、艦船等為代表的復雜裝備的研制提供系統的維修性解決方案。

VMPro是一款專注于維修性設計分析、仿真與評估的工具軟件。主要面向以航空、航天、兵器、艦船等為代表的復雜裝備維修性設計分析與驗證人員，針對維修性設計分析嚴重滯后于產品功能結構設計、過度依賴于實物樣機、平均修復時間（MTTR）分配和預計工具缺乏等痛點需求，提供維修性主動設計、虛擬維修仿真、MTTR分配和預計等功能。

?圖 2 VMPro產品的用戶界面

核心概念

VMPro產品的核心概念主要由三部分組成：維修性主動設計、MTTR分配和預計、虛擬仿真和驗證。

圖 3 VMPro產品的三大核心概念

先進的維修性主動設計技術

可視化建模
維修性主動設計將產品與維修性相關的功能結構特征、維修性定性因素和維修性定量因素梳理如下圖所示：

?圖 4產品功能結構特征和維修性定定量因素的關聯關系

維修性設計分析人員可以利用可視化建模功能創建所需要的可視化模型元素，組織元素之間的相互關系，并對每一種關系賦以關系量化值。

?圖 5因素關聯關系的可視化建模

重要度分析
VMPro通過構建產品功能結構特征與維修性定性、定量因素的關系模型，再利用重要度分析算法，可自動分析出產品功能結構特征對各維修性因素的影響程度。

?圖 6維修性主動設計報告

高效的虛擬維修仿真與驗證技術

在線導入CAD模型
VMPro提供了在線導入功能，輕量化CAD模型以實現在維修仿真中達到較高的渲染速率和仿真速度。

?圖 7在線導入并自動輕量化復雜大模型

沉浸式立體顯示
VMPro支持市場上大部分虛擬外設，包括動作捕捉設備和多通道立體顯示設備，因此利用VMPro可快速搭建沉浸式虛擬維修仿真平臺，進行沉浸式虛擬維修仿真和驗證工作。

?圖 8沉浸式立體顯示

虛擬維修任務仿真
VMPro提供了非沉浸式虛擬維修仿真工具，用戶利用維修動作庫和維修姿態庫，可以快速生成虛擬維修任務仿真。

?圖 9 VMPro中的虛擬維修任務仿真

人機工效分析評估
VMPro為虛擬維修仿真過程提供了強大的人機工效分析評估功能，可以作為評價產品維修性好壞的主要參考，分析的方面主要包括：
?可視性分析
?可達性分析
?舒適度分析
?疲勞度分析

圖 10 VMPro中的人機工效分析評估

典型的MTTR分配與預計方法

（1）MTTR分配
目前MTTR分配功能提供的分配方法包括：
?按故障率分配法；
?相似產品維修性分配法；
?等分配法；
?基于時間特性分配法。

?圖 11 MTTR分配

（2）MTTR預計
目前MTTR預計功能提供的預計方法包括：
?功能層次預計法；
?時間累計預計法；
?運行功能預計法。

?圖 12 MTTR預計

產品應用價值
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圖 13 VMPro產品的主要價值體現

典型應用場景

?圖 14 VMPro產品的典型應用場景

系統主要功能

維修性的主動設計
維修性主動設計是利用相似產品信息與專家經驗信息，在產品功能結構設計之前，考慮產品功能結構特征與維修性各因素的影響關系，并構建功能結構特征與維修性定性定量因素的關聯關系可視化模型，利用對應關系的定量化描述，計算得到各功能結構特征的重要程度，并輸出提供給設計人員作為重要的設計約束與參考，從而提高產品維修性，減少后期維修性缺陷。主要包括維修性主動設計流程、維修性與功能結構特性關聯工具、維修性設計特征因素重要性評估工具等功能。

?圖 15 維修性主動設計的可視化建模界面

構建虛擬樣機及維修仿真環境

（1）構建數字化設計環境與維修仿真環境的一體化數據流程

VMPro基于先進的虛擬現實技術，利用三維樣機實現維修仿真驗證，解決以往維修性驗證過度依賴于產品實物樣機的問題，達到縮短產品研制周期、減少產品研制費用的目的。

CAD模型由于其參數化設計的特性，無論是模型體量、數據量以及面片數量都極其龐大，導致無法滿足虛擬維修實時仿真的要求。因此，VMPro提供了在線導入功能，簡化CAD模型以實現在維修仿真中達到較高的渲染速率和仿真速度。VMPro的在線導入主要有以下特征：
?抓取計算機圖形底層數據，支持CAD大模型；
?支持主流CAD格式，無需任何CAD格式轉換；
?保留必須的結構尺寸、密度、外部輪廓等幾何外觀數據信息；
?保持與原CAD模型1:1的尺寸比例。

（2）構建包含人機特征的虛擬樣機及維修仿真環境

VMPro結合全身動作捕捉系統，可以在虛擬維修場景中精確地完成動作捕捉，并實時渲染到 VR 環境中。同時更容易生成虛擬人的各種維修姿態，讓人機工效的評估過程變得更高效。

圖 16構建包含人機特征的虛擬樣機及維修仿真環境

此外，VMPro中的虛擬人采用2010年新的中國標準人體測量數據，測量項目全面，多達180多項，樣本年齡跨度較大，采樣地區分布廣；相比1988年的標準數據，更貼近當今中國成年人的真實人體尺寸。

圖 17新的中國標準人體測量數據（2010版）

裝備維修中的可達性、可視性和可操作性驗證評估

開展基于虛擬維修的裝備可達性、可視性和可操作性驗證評估，可提供虛擬人視錐、可達性包絡球、碰撞檢測等多種分析工具。借助虛擬人視錐檢測方法開展可視性驗證評估，能夠實時觀察到維修人員視野范圍內的場景，直觀地判斷維修部位是否位于維修人員視野范圍之內；借助可達性包絡球開展可達性評估，評價維修部位是否位于可達的操作范圍內；借助碰撞檢測開展可操作性評估，對維修人員的操作空間進行分析。可實現的驗證評估內容包括：
?采用虛擬維修及人機工效技術的復雜裝備可達性驗證評估；
?采用虛擬維修及人機工效技術的復雜裝備可視性驗證評估；
?采用虛擬維修及人機工效技術的復雜裝備可操作性驗證評估。

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圖 18 裝備維修中的可達性和可操作性驗證評估

基于動作捕捉系統的維修人素驗證評估
采用先進的便攜式全身動作捕獲系統能夠快速準確的采集航空裝備維修人員的操作數據，通過對該數據的處理借助三維環境開展包括對維修人員工作姿態、疲勞等多項維修人素驗證評估，可實現的內容包括：
?面向實物樣機的維修保障人員動作采集數據在三維環境下的復現技術；
?基于采集數據的維修保障人員工作姿態驗證評估；
?基于采集數據的維修保障人員疲勞驗證評估。

?圖 19 維修人員的舒適度分析

沉浸式虛擬維修時間驗證評估
開展基于沉浸式虛擬維修的維修時間驗證評估，可實現的內容包括：
?基于便攜式動作捕捉系統的快速沉浸式人機工效仿真技術；
?借助動作捕捉設備可對虛擬人的操作全過程進行記錄，統計出完成維修操作任務的估計時間。

圖 20 基于沉浸式虛擬維修的維修時間驗證評估

維修性綜合評估

（1）評估
VMPro提供綜合量化評估功能，用戶可選擇云評估算法或者灰色模糊算法綜合維修性定性定量各方面的分析，對相應維修性設計方案進行量化評估。這個功能有助于決策人員在多方案設計中選取較優方案。

（2）生成報告
VMPro可根據用戶具體需求，輸出自定義化的綜合量化評估報告。如圖 21所示：

圖 21 維修性綜合評估報告示意圖