基于飞机维修人员能量消耗的飞机部件维修性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于产品维修性设计研宄领域，具体为一种基于飞机维修人员能量消耗的 飞机部件维修性评估方法。
【背景技术】
[0002] 对于飞机来说，其维修性的好坏，对飞机投入使用后的使用和维修成本具有决定 性作用，也将影响飞机的市场前途。维修性是设计出来的，是一种设计属性，伴随飞机结构 的设计定型，维修性即表现为飞机的固有属性，这种固有属性决定了飞机的使用与维护成 本，进而影响飞机全寿命周期的运营成本和经济性。因此，要使飞机具有良好的经济性和市 场竞争力，就必须充分考虑和重视飞机的维修性问题。
[0003] 产品的维修性研宄就是在产品的设计阶段实现对产品的维修性能的评估以满足 产品的日后使用和维修。维修性评估涉及许多评价因素，常见的评价因素包括简化性、可达 性、标准化、互换性和人机功效等。现有的维修性评价主要用来解决有关维修时间的分析评 价问题，从不同维修层次之间的时间关系、时间与影响因素之间的关系等两个侧面对维修 性进行了分析评价，缺乏除去时间目标以外的其他维修性目标的评价。
[0004] 目前国内极少有相关研宄文献开展了维修人员能量消耗定量评估的工作，现有 的能量消耗评估主要用来围绕有关工作时间和静止状态的分析评估问题，从不同维修层 次之间的工作时间关系、工作时间与影响因素之间的关系等两个侧面对能量消耗进行了分 析，缺乏基于维修活动过程的动态能量消耗评估。因此如何尽可能准确、客观地量化虚拟维 修过程中维修人员的能量消耗，成为迫切需要突破的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供基于飞机维修人员能量消耗的飞机维修性评估方法，在仿真 平台中，通过维修过程仿真，确定能量消耗影响因素，计算出虚拟维修人员的能量消耗，作 为分析飞机结构部件的维修性的评价指标。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] 所述一种基于飞机维修人员能量消耗的飞机部件维修性评估方法，其特征在于： 包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :在仿真平台中，设定虚拟维修人员的人体模型；将人体模型简化为15个关 节点，并用节点以及部分节点之间的连线表示人体的10个部分：头、躯干、左前臂、右前臂、 左上臂、右上臂、左小腿、右小腿、左大腿、右大腿；
[0009] 步骤2 :根据飞机部件的拆卸序列，在仿真平台中进行虚拟维修人员拆卸过程仿 真；
[0010] 步骤3 :计算在拆卸过程仿真中虚拟维修人员的能量消耗；所述虚拟维修人员的 能量消耗为组成虚拟维修人员人体的10个部分各自的能量消耗之和；人体某一部分的能 量消耗为该部分克服重力的势能消耗和移动的动能消耗之和；
[0011] 步骤4 :重复步骤2和步骤3,得到虚拟维修人员拆卸飞机部件中每个零件的能量 消耗以及虚拟维修人员完全拆卸飞机部件的能量消耗E_，其中虚拟维修人员拆卸飞机部 件中第j个零件的能量消耗为h，j= 1，2,…，J，J为飞机部件中的零件总数；
[0012] 步骤 5 :计算max(Ej/Emax)，j= 1，2,…，J，若max(Ej/Emax)小于 30%，则表示飞机 部件维修性符合设计要求，否则表示飞机部件维修性不符合设计要求；对于飞机部件中第 j个零件，若E/E_小于30%，表示该零件的维修性符合设计要求，否则表示该零件的维修 性不符合设计要求。
[0013] 进一步的优选方案，所述一种基于飞机维修人员能量消耗的飞机部件维修性评估 方法，其特征在于：步骤3中人体某一部分的能量消耗通过以下步骤得到：
[0014] 步骤3. 1 :根据设定的人体总质量，以及设定的人体该部分的质量在人体总质量 中的比例关系，得到人体该部分的质量m;
[0015] 步骤3. 2 :在仿真平台坐标系OXYZ中计算人体该部分在OXZ平面内的速度以及在 OY轴向上克服重力的移动距离，其中OXZ平面表示水平面，OY轴方向表示竖直方向；其中人 体该部分在OXZ平面内的速度分为沿OX轴的速度和沿OZ轴的速度；
[0016] 若人体该部分为头部，则取表示头部的节点在单位时间t内沿X轴的移动距离Sx 与t的比值Sx/t作为该部分沿OX轴的速度Vx，取表示头部的节点在单位时间t内沿Z轴 的移动距离32与t的比值Sz/t作为该部分沿0Z轴的速度Vz;取表示头部的节点在0Y轴 上克服重力的移动距离作为该部分克服重力的移动距离Ly;
[0017] 若人体该部分为左前臂、右前臂、左上臂、右上臂、左小腿、右小腿、左大腿或者右 大腿，则分别计算该部分的两个节点M和N在单位时间t内沿0X轴的移动距离叫和nx，以 及在单位时间t内沿0Z轴的移动距离叫和nz，取|mx-nx | /t作为该部分沿OX轴的速度Vx， mz-nz | /t作为该部分沿0Z轴的速度Vz;计算该部分的两个节点M和N的中点在0Y轴上克 服重力的移动距离作为该部分克服重力的移动距离Ly;
[0018] 若人体该部分为躯干，则取表示躯干的六个节点的中心点在单位时间t内沿X轴 的移动距离Sxl与t的比值Sxl/t作为该部分沿0X轴的速度Vx，取表示躯干的六个节点的 中心点在单位时间t内沿Z轴的移动距离Szl与t的比值Szl/t作为该部分沿0Z轴的速度 Vz;取表示躯干的六个节点的中心点在0Y轴上克服重力的移动距离作为该部分克服重力的 移动距离Ly;
[0019] 步骤3. 3 :根据步骤3. 2得到的人体该部分在OXZ平面内的速度以及在0Y轴向上 克服重力的移动距离，按照公式Ex=mVx2/2,Ez=mVz2/2,Ey=mgLy，得到人体该部分在0X 方向上的动能消耗Ex、在OZ方向上的动能Ez和在OY方向上的势能消耗Ey，其中g为重力 加速度；得到人体该部分的能量消耗E=Ex+Ez+Ey。
[0020] 有益效果
[0021]本发明的基于虚拟维修的维修人员能量消耗评估，是将能量消耗评估方法应用 于飞机结构部件的虚拟维修当中。通过维修过程虚拟仿真，借助人机工效分析，准确、客观 地计算维修人员维修飞机结构零部件维修能量消耗，解决了目前虚拟维修过程中维修性 评价时难以摆脱参评人员主观上的不确定性和其认识的模糊性等问题，可以应用于飞机 结构部件维修性评价，其他产品的维修性评价亦可将本发明作为参照。
【附图说明】
[0022] 图1为人体模型与简化后用15个连接点表示人体的十个部分。
[0023] 图2是某飞机起落架的零件图。
[0024] 其中：1 :轮胎2 :轮胎轴承3 :轮轴4 :轮毂5 :卡盘6 :轴承7 :主轴8 :支架9 :减震 器10 :支撑板11 :泵左盖12 :泵体13 :泵右盖14 :油管。
[0025] 图3标注出在仿真平台上设定的关键帧动作。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例描述本发明：
[0027] 本实施例以某飞机起落架为飞机部件维修对象，进行基于虚拟维修人员的能量消 耗的飞机部件维修性评价。
[0028] 根据零件之间的约束关系建立整个产品的拆卸顺序。