基于3D轻量化模型的航空器管理系统的制作方法

本发明属于航空器适航管理技术领域，特别涉及一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统。

背景技术

随着运输类航空器数量的增加和使用时间的延长，航空器在设计、制造、使用和维护等阶段存在的问题开始逐渐暴露。航空器结构的腐蚀、疲劳、损伤及老化等问题或单独显现或综合在一起，导致航空器物理特性的衰退、承载能力以及安全裕度的降低，其安全问题变得越来越突出。

世界民航运输业的主要国家和地区对航空器的持续适航和安全改进都有了明确的要求(例如faa颁布的ac120-84/23-13a/120-17a等)，中国民航局颁布的ccar121r5已于2017年10月10日生效。以我国ccar121r5附件j航空器的持续适航与安全改进的规章为例，配套的还有8个相应的咨询通告(与faa基本相同)，规章和ac不仅对航空器的结构和系统的维修工程管理提出清晰且严格的要求，而且明确局方除了日常监管外，还要以十四年为门槛值、七年为循环周期强制对营运的航空器进行检查，以保障航空器的持续适航和安全管理要求的切实落实。

由于航空器结构在管理和技术方面存在某些特殊性，当前航空器结构管理普遍存在数据记录不准确或不完整、构型管理和结构可靠性管理都未能真正开展等问题，因此对腐蚀评估、修理和改装的损伤容限检查等多项管理要求落实情况不尽人意，存在诸多缺陷。因此，faa、easa以及caac均生效了航空器的持续适航和安全改进的规章，这意味着在世界范围内，民航产业链上的维修工程管理将面临巨大的挑战和压力，尤其是航空运营人将直接承接规章落实的压力。为此，mro必将面对航空运营人提出更高的管理要求，而产业链上游的租赁公司的技术标准和管理要求也需要因此有所改变，否则可能因不能满足新规章的要求导致机队价值锐减，公司将蒙受巨大经济损失。

针对上述行业问题及其它类似工具软件的优缺点分析发现，市场上急需系统解决航空器持续适航管理问题的应用软件

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供了一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统，包括如下部分：

航空器信息管理子系统，用于收集航空器的结构信息、构型信息以及相关的持续适航管理信息，并对航空器的业务管理信息进行监控、管理以及评估，所述业务信息包括适航文件信息、维修方案信息、损伤处置信息、改装信息以及可靠性信息，并且每条所述业务信息均包含位置信息和事件信息；

三维管理子系统，用于根据所述航空器的结构信息和构型信息构建3d模型，并对所述3d模型进行压缩处理，得到3d轻量化模型；所述航空器信息管理子系统根据所述位置信息在所述3d轻量化模型中查找相应的位置进行匹配，并与所述位置信息对应的所述业务信息关联，通过终端进行交互操作。

进一步地，所述航空器信息管理子系统包括如下部分：

适航管理模块，用于对适航文件进行管理，并对所述航空器的持续适航情况进行评估和记录；

损伤处置及评估管理模块，用于对所述航空器的损伤信息进行记录、评估和管理；

维修方案管理模块，用于提供多种航空器的维修参考方案，适时建立新型航空器的维修方案，同时接收所述航空器信息管理子系统内其他管理模块的修订请求；

可靠性管理模块，用于根据所述适航管理模块、所述损伤处置及评估管理模块以及所述维修方案管理模块提供的信息，对所述航空器的综合可靠性进行评估；

通用服务及平台设置模块，用于根据对应的位置，将记录信息和评估信息与所述d轻量化模型中相应的位置进行自动关联，并对所述航空器信息管理子系统进行综合管理，提供通用性管理服务。

进一步地，所述适航管理模块包括如下部分：

适航文件管理单元，用于对适航文件以及行业参考资料进行收集、评估和管理，所述适航文件包括强制性适航文件以及非强制性适航文件；

工程评估管理单元，用于针对系统接收到的所述强制性适航文件及所述服务通告进行接收、评估及执行；

工程评阅管理单元，用于针对系统接收到的所述非强制性适航文件以及所述行业参考资料进行接收、评估及执行。

进一步地，所述损伤处置及评估管理模块包括如下部分：

损伤及处置管理单元，用于对航空器的物理性损伤情况进行记录，给出处置操作的处置方案，并对实际的处置操作进行记录；

腐蚀预防与控制管理单元，用于对航空器结构的腐蚀损伤进行风险评估，并提出预防和改进措施，同时执行控制管理；

结构改装管理单元，用于对航空器的结构改装方案、改装方案的实施以及改装实施后的持续适航进行评估和管理，并根据不同的改装方案以及产生的互相影响进行评估和管理；

结构损伤容限管理单元，用于对发生在航空器内的疲劳关键件和增压边界件的损伤以及改装方案中的疲劳关键件和增压边界件的损伤容限进行评估和管理。

进一步地，所述可靠性管理模块包括如下部分：

结构可靠性评估单元，用于根据所述适航管理模块、损伤处置及评估管理模块以及所述维修方案管理模块提供的信息，对所述航空器的结构可靠性进行评估，获取结构可靠性数据；

时间管理单元，用于根据所述适航文件的规定，对满足所述适航文件要求的所述执行文件进行监控，并对所述可靠性管理模块的评估结果进行航空器的持续适航管理；

数据可视化单元，用于将所述结构可靠性数据进行处理和量化，并以直观的图表形式进行展示。

进一步地，所述通用服务及平台设置模块包括如下部分：

适航报表管理单元，用于将航空器的业务状态信息和可靠性数据信息按照规章要求格式自动汇总为报表格式；

执行文件管理单元，用于对所述航空器信息管理子系统中所有模块的业务要求和适航文件要求进行评估和审核，生成业务生产部门可以遵照执行的工程执行文件，所述执行文件中包含文件生成时间、具体操作步骤、所需的用品和工艺方法以及执行截止时间；

结构化档案管理单元，用于为机队建立完整的结构可串件、装机位和空间位置的结构化构型档案，所述结构可串件发生转移时，对应的结构化构型档案随之打包转移；

信息关联单元，用于将记录信息和评估信息与所述d轻量化模型中相应的位置或构件进行自动关联。

进一步地，所述通用服务及平台设置模块还包括如下部分：

标签生成单元，用于根据所述业务信息和所述构型信息，分别为所述航空器内的每个零件分别生成一个唯一的标签，所述标签为条形码或rfid无源标签，用于快速检索和查询所述业务信息和所述构型信息。

进一步地，所述三维管理子系统包括如下部分：

应用程序管理模块，用于对所述三维管理子系统中的工具和插件进行集中管理；

3d模型管理模块，用于根据所述航空器的结构信息和属性信息构建3d模型，并进行3d展示；

结构单元业务属性编辑模块，用于根据结构和功能将所述3d模型分成若干个结构单元，分别对每个结构单元添加业务属性并进行编辑；

结构单元管理模块，用于对所述3d模型中每个所述结构单元以对象方式进行信息编辑和交互操作。

进一步地，所述3d模型管理模块包括如下部分：

模型数据转换单元，用于将所述航空器的原始模型数据导入并进行离散处理，转换为标准的几何图形数据；

模型数据压缩单元，用于通过几何压缩算法对所述几何图形数据进行压缩；

模型加载单元，用于对压缩的几何数据进行解析并复原，加载成3d模型；

3d显示单元，用于分别从所述3d模型的内部和外部进行对角度、多方位以及多比例的视图展示；

构型分析单元，用于对不同机型的构型差异进行比较

进一步地，所述结构单元管理模块包括如下部分：

定位单元，用于分别根据标准方位和惯用方位为所述3d模型制定多种定位方式，并对不同定位方式的相互切换进行管理

结构单元交互单元，用于在所述3d模型中选取结构单元并进行交互操作；

分析计算单元，用于对所述结构单元的属性信息变化进行计算与分析，并生成可视化的图表。

本发明的有益效果如下：本发明提供了一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统，以适航文件为标准、通过航空信息管理子系统对航空器的业务信息进行管理、记录、分析，并综合上述信息进行航空器结构可靠性管理；通过三维管理子系统创建航空器的3d轻量化模型，根据位置信息将业务信息在3d轻量化模型中进行关联，可以大幅度精简航空器管理信息，管理人员可以通过pc或移动终端直观地进行读取和交互操作，从而使航空器乃至机队的适航管理的灵活性得到有效提高。通过上述处理，使相关的管理人员和维修人员均可以直观、方便地获取和共享航空器属性信息的变化情况，对航空器结构可靠性评估进行量化和可视化，从而实现了航空器结构业务信息的可视化、流程化和智能化管理。

附图说明

图1为实施例1所述的一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统的结构示意图；

图2为实施例2所述的一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统中航空器信息管理子系统的结构示意图；

图3为实施例2所述的一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统中三维管理子系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供了一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统，包括如下部分：

航空器信息管理子系统1，用于收集航空器的结构信息、构型信息以及相关的持续适航管理，并对航空器的业务信息进行监控、管理以及评估，业务信息包括适航文件信息、维修方案信息、损伤处置信息、改装信息以及可靠性信息，并且每条业务信息均包含位置信息和事件信息；

三维管理子系统2，用于根据航空器的结构信息和构型信息构建3d模型，并对3d模型进行压缩处理，得到3d轻量化模型；航空器信息管理子系统1根据位置信息(包括坐标、区域、件号等)在3d轻量化模型中查找相应的位置进行匹配，并与位置信息对应的业务信息关联，通过终端进行交互操作。

航空器信息管理子系统1是基于公共云服务(阿里云ecs服务器、腾讯云)等iaas服务，基于微服务架构和docker容器技术的paas云平台为开发人员提供一套服务快速开发、部署、运维管理、持续开发持续集成的流程系统。平台提供基础设施、中间件、数据服务、云服务器等资源，开发人员只需要开发业务代码并提交到平台代码库，做一些必要的配置，系统会自动构建、部署，实现应用的敏捷开发、快速迭代。在系统架构上，paas云平台主要分为微服务架构、docker容器技术、devops三部分。采用openshift作为云容器的服务平台，它将docker和kubernetes技术带入企业服务应用。openshift都能在任意架构中(公共或私有云中)轻松、快速实现应用的构建、开发和部署。在云服务的技术实现上，平台对通用数据权限进行简化封装，将颗粒度降到人员身上，支持人员与数据，角色与数据权限定制。数据权限不仅仅支持组织、部门、角色，还可以通过配置支持你的业务字段数据信息过滤。对事务处理使用spring事务@transactional注解，进行方法级别的事务控制，不用单独处理事务及回滚。如配置传播行为，进行事务继承，子事务，事务回滚行为等，配置隔离级别读取未提交的数据等。

三维管理子系统2是在webgl(新型原生web图形库)基础上进行开发的子系统，基于opengles为html5canvas提供硬件3d加速渲染，借助显卡在浏览器里流畅展示航空器模型及相关视觉化数据，支持跨平台、原生支持在webview、pc、ios、android中运行，利用webglshader或者webassembly进行高性能或者密集型计算，实现在浏览器端加载、查看、操作大型航空器模型，完成复杂航空器结构管理的各种辅助视觉化展示，完成标记、补片等复杂型计算。

为了实现上述功能，航空器信息管理子系统1包括如下部分：

适航管理模块11，用于对适航文件进行管理，并对航空器的持续适航情况进行评估和记录；

损伤处置及评估管理模块12，用于对航空器的业务信息进行记录、评估和管理；

维修方案管理模块13，用于提供多种航空器的维修参考方案，并建立新型航空器的维修方案，同时接收航空器信息管理子系统1内其他管理模块的修订请求；

可靠性管理模块14，用于根据适航管理模块11、损伤处置及评估管理模块12以及维修方案管理模块13提供的信息，对航空器的综合可靠性进行评估；

通用服务及平台设置模块15，用于根据对应的位置，将记录信息和评估信息与3d轻量化模型中相应的位置进行自动关联，并对航空器信息管理子系统进行综合管理，提供通用性管理服务(包括文件管理、信息自动关联等)。

航空器的故障及损伤主要包括如下情况：

(1)航空器及其系统、零部件的性能发生较为明显的衰退；

(2)零部件开始出现老化问题，电气线路的绝缘老化，容易发生短路、打火等问题，橡胶封严的密封性变差；

(3)机械附件的磨损严重；

(4)腐蚀、疲劳、应力、裂纹等原因导致零部件材料的强度、耐压、抗拉等性能下降；

(5)由于系统、零部件的可靠性下降，导致系统、零部件的故障明显增多。

航空器结构维修方案、适航文件等的管理一旦明确其位置、部件和区域，平台会自动显示与之关联的所有业务信息(结构维修方案、适航文件及评估信息、历史损伤及处置信息、可靠性警报、结构改装信息等)，为工程师提供全方位的信息，方便正确决策，从而确保任何涉及疲劳关键结构的适航指令、服务通告等技术文件能被准确识别并及时评估和采纳执行；评估发现疲劳关键基准结构上的损伤，修理完成后，系统会提示工程师需要获取dti信息加入维修方案，并跟踪后续管控直到工作关闭。

三维管理子系统2包括如下部分：

应用程序管理模块21，用于对三维管理子系统中的工具和插件进行集中管理；

应用程序管理模块21是整合了多种应用程序的中大型应用框架，其中通过command和transaction控制相关命令和事务的执行，通过io和cache管理资源类文件的加载和缓存等(如纹理、几何模型等)，通过plugin添加相关功能的插件且易于扩展，selection用来与控制拾取相关的行为以及与ui模块交互，mvc主要用来设计航空器对象、航空器结构件对象、标记和补片对象，以及上述对象的2d和3d视图和相关逻辑控制；

3d模型管理模块22，用于根据航空器的结构信息和属性信息构建3d模型，并进行3d展示；

结构单元业务属性编辑模块23，用于根据结构和功能将3d模型分成若干个结构单元，分别对每个结构单元添加业务属性并进行编辑；

结构单元管理模块24，用于对3d模型中每个结构单元以对象方式进行信息编辑和交互操作。

本实施例提供的基于3d轻量化模型的航空器管理系统，其总体的业务实现方法是将航空器进行参数化建模，在模型内定义好构件的构型数据和位置信息，利用商业实体建模软件工具，将模型导出为中间格式，经过特征抽取和数据压缩算法，将模型轻量化后，加载到pc或移动终端来使用，通过航空器结构管理系统，将涉及到结构的业务信息与航空器参数化模型的区域、位置、构件等进行关联，利用三维模型视图的所见即所得的立体优良交互手段，统筹显示结构业务信息，并利用软件进行任务的自动提醒和判断，提高工程师的工作效率。

该系统主要从适航文件、结构损伤管理、结构改装管理三个模块取得结构的业务数据，并由工程师进行评估和落实，在评估过程中将该适航文件、损伤、改装结构件或改装影响区域在三维视图上进行标定，在评估过程中，通过三维视图综合显示相关信息，并由平台管理业务信息之间的关联与互相影响，从而形成一个完整的业务整体服务，最终实现的是航空器结构可靠性管理。

实施例2

如图2所示，本实施例2在实施例1的基础上提供了一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统，该实施例2进一步限定了适航管理模块11包括如下部分：

适航文件管理单元111，用于对适航文件以及行业参考资料进行收集、评估和管理，适航文件包括强制性适航文件(适航当局发布的适航指令)以及非强制性适航文件(航空器厂商发布的服务通告、服务信函等)；

工程评估管理单元112，用于针对系统接收到的强制性适航文件及服务通告进行接收、评估及执行；

工程评阅管理单元113，用于针对系统接收到的非强制性适航文件以及行业参考资料等文件进行接收、评估及执行。

损伤处置及评估管理模块12包括如下部分：

损伤及处置管理单元121，用于对航空器结构的物理性损伤情况进行记录，经过专业工程师评估后给出处置操作的参考处置方案，并对实际的处置操作进行记录，并根据构型属性信息进行自动判断和提醒；例如，针对疲劳关键件上或增压结构件的损伤，对于是否需要进行结构损伤容限评估发出提醒；

腐蚀预防与控制管理单元122，用于对航空器结构的腐蚀损伤进行风险评估，并提出预防和改进措施，同时执行控制管理，，并根据构型属性信息进行自动判断和提醒；例如，针对pse的腐蚀损伤，提醒进行腐蚀评估，获得确认后自动发起后续腐蚀评估工作任务；

结构改装管理单元123，用于对航空器的结构改装方案、改装方案的实施以及改装实施后的持续适航进行评估和管理，并根据不同的改装方案以及产生的互相影响进行评估和管理；例如，结构件的修理区域或改装影响区域如果恰好有适航指令，则平台会自动提醒工程师申请amoc；

结构损伤容限管理单元124，用于对发生在航空器内的疲劳关键件、增压边界件的损伤以及改装方案中的疲劳关键件和增压边界件的损伤容限进行评估和管理。

可靠性管理模块14包括如下部分：

结构可靠性评估单元141，用于根据适航管理模块11、损伤处置及评估管理模块12以及维修方案管理模块13提供的信息，对航空器的结构可靠性进行评估，获取结构可靠性数据；

时间管理单元142，用于根据适航文件的规定，对执行文件中的执行截止时间以及可靠性管理模块13的评估结果进行管理；将评估结果与执行文件的时间进行科学管理，保证结构工程评估决策和执行文件不超期、不遗漏，实现完整链条的闭环管理；

数据可视化单元143，用于将结构可靠性数据进行处理和量化，并以直观的图表形式进行展示；通过对航空器损伤、改装、维修方案等模块损伤和异常信息数据的综合整理，并对其进行量化，经过大数据清洗、挖掘、处理，实现结构可靠性管理，协助用户及时掌握单架航空器和机队的结构性能变化趋势；针对结构可靠性数据展示，可以提供多种直观图表显示，例如柱状图、饼图、热力图等。

通用服务及平台设置模块15包括如下部分：

适航报表管理单元151，用于将航空器的业务状态信息(包括航空器损伤图、修理图、凹坑图、使用困难报告、重要改装清单、重要修理清单、适航指令清单等)和可靠性数据信息按照规章要求格式自动汇总为报表格式；

执行文件管理单元152，用于对航空器信息管理子系统1中所有模块的业务要求和适航文件要求进行评估和审核(该步骤由工程师完成)，生成业务生产部门可以遵照执行的工程执行文件，执行文件中包含文件生成时间、具体操作步骤、所需的用品(材料和工具等)和工艺方法(特殊工艺、连接方法等)以及执行截止时间；

结构化档案管理单元153，用于为机队建立完整的结构可串件、装机位和空间位置的结构化构型档案，结构可串件发生转移时，对应的结构化档案随之打包转移；

信息关联单元154，用于将记录信息和评估信息与3d轻量化模型中相应的位置或构建进行自动关联。

为便于管理人员快速获取相关信息、降低时间成本，通用服务及平台设置模块15还包括如下部分：

标签生成单元155，用于根据业务信息和构型信息，分别为航空器内的每个零件分别生成一个唯一的标签，标签为条形码或rfid无源标签；模块对部件、修理和改装等关注项自动生成条码及rfid无源标签等形式的标签(也可采用常用的二维码形式)，通过平板、手机、rfid阅读器等移动平台，在现场就能快速查询和获取信息

实施例3

如图3所示，本实施例3在实施例1的基础上提供了一种基于3d轻量化模型的航空器管理系统，该实施例3进一步限定了3d模型管理模块22包括如下部分：

模型数据转换单元221，用于将航空器的原始模型数据导入3dmax转换插件并进行离散处理，转换为标准的新型几何图形数据gltf2.0格式；

模型数据压缩单元222，用于通过googledraco几何压缩算法对gltf2.0格式的几何图形数据中的mesh数据(包括压缩顶点位置、连接信息、纹理坐标、法线数据)进行压缩；

在保证视觉保真度和精度要求的前提下，可以大幅度缩小3d模型文件，保证航空器模型可以更快地被下载，3d图形可以更快的显示出来。通过该压缩技术，整个航空器模型转换后的大小约为17.5mb；

模型加载单元223，用于利用webassembly和webworker对压缩的几何数据进行解析并复原，加载成3d模型；

模型加载利用webassembly和webworker以接近原生的性能在web程序中解析压缩的几何数据，从而以更快的速度复原几何数据，实现快速加载，该技术使得整架航空器模型在10s以内(模型文件已缓存)加载完毕(pc上，移动设备由于硬件性能会额外增加一些时间)；

3d显示单元224，用于分别从3d模型的内部和外部进行对角度、多方位以及多比例的视图展示；

3d显示单元224是一个基于threejs(webgl)和raphaeljs(svg)内核的图形展示组件，基于原生html5标准，具有跨平台特性，能够以显卡来进行图形加速，提供流畅的3d展示和相关视觉化效果。该模块提供以下功能：平移、旋转、缩放、自适应居中显示；提供前视图、后视图、上视图、下视图、左视图、右视图、等轴测视图以及其它航空预定义视图；提供航空器三坐标轴方向的剖视图功能；软阴影效果及天空盒背景；提供高亮、闪烁、半透明和着色等方式显示指定的3d对象；提供快速居中显示指定对象，支持分类过滤显示，支持按航空器的段位进行过滤显示；支持以tooltips样式显示结构对象的相关信息以及显示各类相关信息条目；

构型分析单元225，用于对不同机型的构型差异进行比较，便于工程师直观方便的看到构型在不同机型上的变化，能大大节分析对不同改装方案时的时间成本。

结构单元管理模块24包括如下部分：

定位单元241，用于分别根据标准方位和惯用方位为3d模型制定多种定位方式，并对不同定位方式的相互切换进行管理；

定位单元241除了提供标准位置输入方式(bs，wl，bl)外，兼顾了当前航空器使用维护习惯，能够识别机身站位、桁条位等位置信息；同时还可采用模型位置拾取、曲面拾取、参数生成标准包围盒、针对航空器非等直段变体包围盒((拉伸体、扫掠体)拾取等交互方式，解决航空器结构件定位复杂，无法在现场提供准确位置的问题；

结构单元交互单元242，用于在3d模型中选取结构单元并进行交互操作；

常规的交互操作包括以下内容：获取选中的结构单元(一个\多个\组)；获取选中的结构单元一个(鼠标悬停2秒以上)；获取相邻的结构单元、标记、补片；获取拾取的位置(单个点的坐标或者选取范围的坐标)；获取选中的标记；获取选中的补片；显示某一个、多个结构单元；3d模型中显示用户选择的范围；按航空器段位或者分类显示和过滤构件；

分析计算单元243，用于对结构单元的属性信息变化进行计算与分析，并生成可视化的图表。

管理人员通过用户终端调用航空器管理系统部署的服务，将用户需要的模型文件加载到pc、vr终端、手机、平板以及定制化终端设备中，通过人工录入、手机拍照录入、增强现实等方法，将航空器相关的结构业务信息，录入并提交到航空器信息管理云平台中；一旦模型被加载到pc、移动端或平板端，平台会将构件以对象方式进行管理，分别实现航空器单元业务属性的编辑、航空器单元的选取和拾取(单选，框选、立体变体包围盒选取等)、坐标精确定位(站位sta、桁条位str、纵剖线(bl)及水线位置(wl))、标记、补片、构件相邻查找、航空器单元计算与分析、损伤图、热力图等功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。