一种飞机维修虚拟训练系统及方法与流程

文档序号：11096534阅读：962来源：国知局

本发明属于航空航天领域中的维修虚拟技术领域，特别是涉及一种飞机维修虚拟训练系统及方法。

背景技术：

目前几乎所有的大型复杂装备都没有配置维修训练器材，对维修人员的训练主要是结合实装进行，存在如下缺陷:(l)结合实装维修训练，其数量和训练场地有限，受训人员的数量和时间难以保证，训练效率低下；(2)新装备功能结构复杂，造价昂贵，难以提供在实践上作维修训练使用，造成维修训练工作无法进行，从而影响装备完好性和实用性的快速形成；(3)结合实装维修训练，局限性很大，所见故障现象和所能体会的维修操作有限，大多还只能从书本上进行抽象理解；(4)维修训练结合实装维修，多限于分解、结合，而对故障检测这一维修训练的重要内容训练甚少；(5)结合实装进行维修训练，成本高，甚至是不可能。

对于新装备，结合实装进行训练的问题就更加突出，因为新装备到位有一个周期，在这个周期里，维修人员根本接触不到装备，更无从结合装备进行训练了。即使新装备已经装配到位，由于多数新装备价格昂贵、系统复杂，因此结合实装进行训练成本很高，在这种情形下，结合实装进行训练是不现实的。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种飞机维修虚拟训练系统(VMTS)，利用计算机虚拟现实技术和VC++编程语言建立实时、三维飞机维修虚拟现实环境，为进行维修虚拟训练提供先进的操作环境和模拟手段，对于改进训练效果、提高维修水平以及进行维修性分析具有重要作用。采取虚拟仪器进行测试、故障定位的仿真训练策略，构建了基于需求的虚拟测试仪器模型框架。通过虚拟测试仪器与推理模块协同配合的方法解决了维修虚拟训练过程中普遍存在的故障诊断类型套路化问题，并且能够完成复杂状态下的故障诊断任务，满足了各种故障诊断训练要求。

本发明的另一个目的在于提供一种上述人机交互下的高度虚拟现实的维修训练方法。

为了达到上述目的，本发明提供的飞机维修虚拟训练系统包括飞机认知模块、原理学习模块、航前维护模块、虚拟仪表模块、虚拟拆卸模块、故障诊断模块、帮助文档模块、自我考核模块、虚拟仪器测试模块、故障生成模块；其中：虚拟拆卸模块为本系统的维修虚拟的核心，其通过相应接口分别与虚拟仪表模块、故障诊断模块、帮助文档模块、自我考核模块、虚拟仪器测试模块、故障生成模块相连接，实现数据交互以共同完成维修虚拟过程中的故障的生成、测试、诊断以及排除这一系列的维修虚拟过程；飞机认知模块1、原理学习模块以及上述的维修虚拟过程通过相应接口与航前维护模块相连接，实现对民航飞机相关维修理论知识的学习。

本方法提供的飞机维修虚拟训练方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)故障生成的S1阶段；在此阶段中，系统有一个初始化的故障状态，用户也可在故障生成模块选择生成特定的故障或者随机生成故障，然后进入S2阶段；

步骤2)虚拟仪表监控飞机是否工作正常的S2阶段；在此阶段中，用户经由虚拟仪表模块动态监控飞机运行情况，如果故障则进入S3阶段；否则当前飞机运行状况良好，进入S5阶段。

步骤3)故障定位的S3阶段；在此阶段中，用户针对虚拟仪表的故障现象采用虚拟仪器测试与推理机结合的方式进行故障诊断，参考维修文档生成维修方案，然后进入S4阶段。

步骤4)虚拟拆卸更换部件进行维修虚拟的S4阶段；在此阶段中，用户根据维修方案进行虚拟拆装等进行故障的排除，然后进入S2阶段。

步骤5)询问是否退出系统的S5阶段，在当前飞机运行良好的状态下，询问用户是否退出维修虚拟系统，点击“否”则返回到S1阶段的入口处；否则，退出系统。

如图4所示，在S3阶段中，所述的故障定位的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)虚拟仪器测试的S6阶段；在此阶段中，用户参考帮助文档选用合适的虚拟仪器对可能导致故障的部件进行测试，然后进入S7阶段。

步骤2)故障诊断的S7阶段；在此阶段中，推理机根据S6阶段得到的数据运行内部推理机制给出诊断结果，然后进入到S8阶段；

步骤3)生成诊断方案的S8阶段；在此阶段中，系统生成维修方案，是故障诊断即S7阶段完成后的一个结果，即实现了故障定位。

如图5所示，在S6阶段中，所述的虚拟仪表测试的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)选定待测部件的S90阶段；在此阶段中，用户首先在虚拟环境中选定待测部件，然后进入S91阶段。

2)选择虚拟仪器的S91阶段；在此阶段中，用户选定进行虚拟检测所需的虚拟仪器，然后进入S92阶段。

3)判断部件与仪器是否匹配的S92阶段；在此阶段中，系统判断用户所选的仪器是否与所测部件匹配，是则进入S93阶段，否则返回到S91；

4)连接仪器与部件端口的S93阶段；在此阶段中，用户通过画线连接仪器与部件的端口的方式进行虚拟连接，然后进入S94阶段。

5)判断端口是否匹配的S94阶段；在此阶段中，系统判断用户选择的端口是否与当前的测试匹配，是则进入S95阶段；否则，返回到S93阶段。

6)输出数据的S95阶段；在此阶段中，系统输出被测试零件的相关状态信息。

如图6所示，在S7阶段中，所述的故障诊断的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)判断系统是否正常的S11阶段；在此阶段中，对系统首先进行各功能模块及其接口的相关自检，然后根据自检结果判断系统是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S12阶段；否则，跳转到异常处理的S21阶段，以进行相应的异常处理；

2)选择故障信息的S12阶段；在此阶段中，系统将读取用户通过排故界面选择的相关的故障现象信息，然后进入到S13阶段；

3)判断诊断决策是否开始的S13阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击排故界面上的“确认选定”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S14阶段；否则，跳转到S22阶段的入口处，延时后继续处于等待状态；

4)分析模块获取数据的S14阶段；在此阶段中利用故障树分析模块对与选定的故障现象相关的故障树数据进行获取，并建立可视化得故障树，然后进入S15阶段；

5)对故障树数据进行定性以及定量分析以得到可能导致当前故障现象的故障原因割集的S15阶段；在此阶段中，割集可按照用户的不同要求进行排序并输出到决策推理模块，然后进入S16阶段；

6)人机交互下的推理过程可视化的S16阶段；在此阶段中，用户将以S15阶段得到的割集为参考来给定推理起点，进行过程可视化的推理，然后进入S17阶段；

7)判断推理是否受限的S17阶段；在此阶段中，用户在决策推理界面可直观的看到推理是否受限，如果不受限，即诊断完成则进入S18阶段；否则，跳转到S16阶段的入口处，继续进行人机交互下的推理；

8)诊断完成，生成诊断报告的S18阶段；在此阶段中，系统将依据专家知识解释模块生成诊断报告，然后进入S19阶段；

9)判断诊断是否成功的S19阶段；在此阶段中系统根据诊断报告判断诊断是否成功，如果判断结果为“是”，则进入S23阶段，退出系统；否则，跳转到S20阶段的入口处；

10)判断是否继续使用本系统的S20阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击了“继续使用”按钮，如果判断结果为“是”，则跳转至S24阶段的入口处；否则，进入到S23阶段的入口处，退出本系统；

11)还原系统设置的S24阶段；在此阶段中系统将某些变量、数据表等还原到初始状态，返回到S11阶段的入口处，继续使用本系统。

在以上所述的各具体操作阶段中，任一环节出现技术故障或者系统问题，则系统会发出警报，提示用户系统将关闭重启，并且提醒工作人员及时做出相应处理。

本发明提供的飞机维修虚拟训练系统及方法不仅用于对机务人员进行日常维护与排除故障的训练，提高机务人员实际工作技能，还可以用于飞机的远程故障诊断、维修方案制定；与此同时，它还是民航飞机维修以及相关专业学生进行飞机理论学习与实践操作的理想工具。

附图说明

图1为本发明提供的飞机维修虚拟训练系统(VMTS)构成图。

图2为本发明提供的维修虚拟过程中使用到的虚拟仪器的设计原理图。

图3为本发明提供的飞机维修虚拟训练方法流程图。

图4为本发明提供的飞机维修虚拟训练方法中故障定位流程图。

图5为本发明提供的飞机维修虚拟训练方法中虚拟仪表测试流程图。

图6为本发明提供的飞机维修虚拟训练方法中故障诊断流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的飞机维修虚拟训练系统及方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的飞机维修虚拟训练系统包括飞机认知模块1、原理学习模块2、航前维护模块3、虚拟仪表模块4、虚拟拆卸模块5、故障诊断模块6、帮助文档模块7、自我考核模块8、虚拟仪器测试模块9、故障生成模块10；其中：虚拟拆卸模块5为本系统的维修虚拟的核心，其通过相应接口分别与虚拟仪表模块4、故障诊断模块6、帮助文档模块7、自我考核模块8、虚拟仪器测试模块9、故障生成模块10相连接，实现数据交互以共同完成维修虚拟过程中的故障的生成、测试、诊断以及排除这一系列的维修虚拟过程；飞机认知模块1、原理学习模块2以及上述的维修虚拟过程通过相应接口与航前维护模块3相连接，实现对民航飞机相关维修理论知识的学习。

所述的飞机认知模块1包括结构认知、系统认知、虚拟驾驶舱仪表认知、辅助工具认知四大功能，用于实现民航飞机维修以及相关专业学生对飞机结构方面知识的学习。

所述的原理学习模块2用于实现民航飞机维修以及相关专业学生对飞机各方面工作原理知识的学习。

所述的航前维护模块3用于模拟实现机务工作中进行航前维护的一系列工作：对飞机的各个站位、部位依照工卡顺序以及工具的等的需求模拟实现。

所述的虚拟仪表模块4用于模拟显示当前飞机的运行状态，即系统根据虚拟仪表判断飞机故障与否。

所述的虚拟拆卸模块5用于实现虚拟拆卸更换新零件，实现包括在操作过程中对维修工具的匹配以及维修步骤的检查等的一系列功能。

所述的故障诊断模块6用于在维修虚拟过程中根据故障虚拟仪表的表征进行故障诊断得出故障原因，为维修方案制定提供依据。

所述的帮助文档模块7用于在维修虚拟过程中以pdf文档的形式提供包括维修步骤等的参考信息。

所述的自我考核模块8用于对本次维修虚拟的操作过程进行评分并针对本次维修虚拟的操作给出考核意见，为下次维修方案的制定提供参考。

所述的虚拟仪器测试模块9用于虚拟仪器设计以及实现对部件的探测，首先本功能模块设计了一套虚拟仪器开发平台，它具有可视化、交互图形界面控制按钮进行各种仪器功能设计，用户可根据检测需求直观地构造虚拟仪器，完成对被测试对象的数据分析处理，数据存储，结果显示等功能。然后当使用虚拟仪器进行检测时，应用程序会读取系统数据库该节点的信息，通过其数据分析模块进行对比、计算等分析返回数据，同时反映到虚拟仪器的面板上，故障诊断模块可依据相应数据，进行推理。

所述的故障生成模块10用于设定飞机的初始运行状态，即是否故障，何种故障，以使得用户可以有针对的进行训练。

本发明提供的飞机维修虚拟训练系统具有对民航飞机相关维修理论知识的学习以及维修虚拟两大功能类。维修虚拟有一个初始化的故障状态，当然用户也可在故障生成模块10进行故障生成，可选择生成特定的故障或者选择随机生成故障，由此，飞机当前的工作情况为某一故障状态。而后，用户开始正式进行维修虚拟训练：首先，用户经由虚拟仪表模块4动态监控飞机运行情况，通过仪表的数据判断飞机的故障类型。然后，用户使用虚拟仪器测试模块9得到部件当前的运行信息经由故障诊断模块6进行故障诊断并参考帮助文档模块7生成维修方案。最后，用户参考生成的维修方案进入虚拟拆卸模块5，更换零件等来进行维修已进行故障的排除并通过虚拟仪表的监控来判断故障是否排除，如果故障未排除则重复上述过程。每完成一次维修虚拟过程用户可使用自我考核模块8来对自己本次的维修虚拟训练进行评分。

在航前维护模块3阶段中，用户可以对飞机的各个站位、部位依照工卡顺序以及工具的等的需求逐步进行检查及维护。在此过程中用户可通过飞机认知模块1、原理学习模块2来进行每个部位对应的原理知识学习，并通过维修虚拟过程来进行维护。

图2是维修虚拟过程中使用到的虚拟仪器的设计原理图，从要素到仪器成品的设计过程主要分为四个部分，分为单元要素库、功能模块、“仪表需求”最后形成完整的产品。函数库、元件库以及辅助资源库作为单元要素库，每一个功能模块都是由以上三部分构成。函数是定义在元件以及其他资源之上的动作，函数库不仅包含常用的函数，也要包含各个领域的适应不同仪器的函数。元件库包含各种以软件形式存在的虚拟仪器和控制元件。虚拟仪器包括示波器、相位仪、扫描仪、电压表等上百种仪器；控制元件包括量程开关、波段选择开关、旋钮等。辅助资源包括增强虚拟效果的资源如声音警报、指示灯显示等通用资源。用户将各个功能模块与单元要素库按照实际需要的逻辑关系或技术要求进行重组、装配，并进行相应的连接、调试，集成为一个功能齐全的成品虚拟仪器。

本发明提供的飞机维修虚拟训练方法为在所述的飞机维修虚拟系统上实施，如图3所示，本方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)故障生成的S1阶段；在此阶段中，系统有一个初始化的故障状态，用户也可在故障生成模块10选择生成特定的故障或者随机生成故障，然后进入S2阶段；

步骤2)虚拟仪表监控飞机是否工作正常的S2阶段；在此阶段中，用户经由虚拟仪表模块4动态监控飞机运行情况，如果故障则进入S3阶段；否则当前飞机运行状况良好，进入S5阶段。