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::产品概述::
维修性设计分析与验证工作是装备设计过程中重要的工作内容，是保证装备维修性设计符合要求的重要手段。从多年服务各行业客户的实践经验得知，在实际应用过程中，各行业维修性工作发展均存在经验不足、数据缺乏、手段不全等问题，特别是维修性设计分析过程与产品功能结构设计过程脱节严重，导致维修性工作达不到预期的效果，装备投入使用后往往存在各种各样的维修性设计缺陷。概括来说，目前维修性设计分析与验证工作在装备设计应用中主要存在以下三大问题：
图 1维修性设计分析与验证工作中的三大痛点需求
针对以上三大痛点需求，基于多年来在虚拟现实（VR）和制造业相关领域积累的大量技术经验，开发出一套基于“并行工程”设计思想，集维修性设计分析和虚拟仿真于一体，可应用于大中型装备设计制造过程的维修性设计分析、仿真与评估的工具软件—VMPro。相比于一些具备一定维修性验证功能的仿真软件，VMPro更加专注于维修性从设计分析—>验证—>评估的一整套工作流程，利用虚拟仿真作为VMPro服务于维修性验证的一种有力手段，同时还开创性地将“并行工程”引入维修性工作项目中，提高维修性要求在装备设计早期的约束能力，为以航空、航天、兵器、舰船等为代表的复杂装备的研制提供系统的维修性解决方案。
VMPro是一款专注于维修性设计分析、仿真与评估的工具软件。主要面向以航空、航天、兵器、舰船等为代表的复杂装备维修性设计分析与验证人员，针对维修性设计分析严重滞后于产品功能结构设计、过度依赖于实物样机、平均修复时间（MTTR）分配和预计工具缺乏等痛点需求，提供维修性主动设计、虚拟维修仿真、MTTR分配和预计等功能。
图 2 VMPro产品的用户界面
核心概念
VMPro产品的核心概念主要由三部分组成：维修性主动设计、MTTR分配和预计、虚拟仿真和验证。
图 3 VMPro产品的三大核心概念
先进的维修性主动设计技术
可视化建模
维修性主动设计将产品与维修性相关的功能结构特征、维修性定性因素和维修性定量因素梳理如下图所示：
图 4产品功能结构特征和维修性定定量因素的关联关系
维修性设计分析人员可以利用可视化建模功能创建所需要的可视化模型元素，组织元素之间的相互关系，并对每一种关系赋以关系量化值。
图 5因素关联关系的可视化建模
重要度分析
VMPro通过构建产品功能结构特征与维修性定性、定量因素的关系模型，再利用重要度分析算法，可自动分析出产品功能结构特征对各维修性因素的影响程度。
图 6维修性主动设计报告
高效的虚拟维修仿真与验证技术
在线导入CAD模型
VMPro提供了在线导入功能，轻量化CAD模型以实现在维修仿真中达到较高的渲染速率和仿真速度。
图 7在线导入并自动轻量化复杂大模型
沉浸式立体显示
VMPro支持市场上大部分虚拟外设，包括动作捕捉设备和多通道立体显示设备，因此利用VMPro可快速搭建沉浸式虚拟维修仿真平台，进行沉浸式虚拟维修仿真和验证工作。
图 8沉浸式立体显示
虚拟维修任务仿真
VMPro提供了非沉浸式虚拟维修仿真工具，用户利用维修动作库和维修姿态库，可以快速生成虚拟维修任务仿真。
图 9 VMPro中的虚拟维修任务仿真
人机工效分析评估
VMPro为虚拟维修仿真过程提供了强大的人机工效分析评估功能，可以作为评价产品维修性好坏的主要参考，分析的方面主要包括：
•可视性分析
•可达性分析
•舒适度分析
•疲劳度分析
图 10 VMPro中的人机工效分析评估
典型的MTTR分配与预计方法
（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；
•相似产品维修性分配法；
•等分配法；
•基于时间特性分配法。
图 11 MTTR分配
（2）MTTR预计
目前MTTR预计功能提供的预计方法包括：
•功能层次预计法；
•时间累计预计法；
•运行功能预计法。
图 12 MTTR预计
产品应用价值
图 13 VMPro产品的主要价值体现
典型应用场景
图 14 VMPro产品的典型应用场景
系统主要功能
维修性的主动设计
维修性主动设计是利用相似产品信息与专家经验信息，在产品功能结构设计之前，考虑产品功能结构特征与维修性各因素的影响关系，并构建功能结构特征与维修性定性定量因素的关联关系可视化模型，利用对应关系的定量化描述，计算得到各功能结构特征的重要程度，并输出提供给设计人员作为重要的设计约束与参考，从而提高产品维修性，减少后期维修性缺陷。主要包括维修性主动设计流程、维修性与功能结构特性关联工具、维修性设计特征因素重要性评估工具等功能。
图 15 维修性主动设计的可视化建模界面
构建虚拟样机及维修仿真环境
（1）构建数字化设计环境与维修仿真环境的一体化数据流程
VMPro基于先进的虚拟现实技术，利用三维样机实现维修仿真验证，解决以往维修性验证过度依赖于产品实物样机的问题，达到缩短产品研制周期、减少产品研制费用的目的。
CAD模型由于其参数化设计的特性，无论是模型体量、数据量以及面片数量都极其庞大，导致无法满足虚拟维修实时仿真的要求。因此，VMPro提供了在线导入功能，简化CAD模型以实现在维修仿真中达到较高的渲染速率和仿真速度。VMPro的在线导入主要有以下特征：
•抓取计算机图形底层数据，支持CAD大模型；
•支持主流CAD格式，无需任何CAD格式转换；
•保留必须的结构尺寸、密度、外部轮廓等几何外观数据信息；
•保持与原CAD模型1:1的尺寸比例。
（2）构建包含人机特征的虚拟样机及维修仿真环境
VMPro结合全身动作捕捉系统，可以在虚拟维修场景中精确地完成动作捕捉，并实时渲染到 VR 环境中。同时更容易生成虚拟人的各种维修姿态，让人机工效的评估过程变得更高效。
图 16构建包含人机特征的虚拟样机及维修仿真环境
此外，VMPro中的虚拟人采用2010年新的中国标准人体测量数据，测量项目全面，多达180多项，样本年龄跨度较大，采样地区分布广；相比1988年的标准数据，更贴近当今中国成年人的真实人体尺寸。
图 17新的中国标准人体测量数据（2010版）
装备维修中的可达性、可视性和可操作性验证评估
开展基于虚拟维修的装备可达性、可视性和可操作性验证评估，可提供虚拟人视锥、可达性包络球、碰撞检测等多种分析工具。借助虚拟人视锥检测方法开展可视性验证评估，能够实时观察到维修人员视野范围内的场景，直观地判断维修部位是否位于维修人员视野范围之内；借助可达性包络球开展可达性评估，评价维修部位是否位于可达的操作范围内；借助碰撞检测开展可操作性评估，对维修人员的操作空间进行分析。可实现的验证评估内容包括：
•采用虚拟维修及人机工效技术的复杂装备可达性验证评估；
•采用虚拟维修及人机工效技术的复杂装备可视性验证评估；
•采用虚拟维修及人机工效技术的复杂装备可操作性验证评估。
图 18 装备维修中的可达性和可操作性验证评估
基于动作捕捉系统的维修人素验证评估
采用先进的便携式全身动作捕获系统能够快速准确的采集航空装备维修人员的操作数据，通过对该数据的处理借助三维环境开展包括对维修人员工作姿态、疲劳等多项维修人素验证评估，可实现的内容包括：
•面向实物样机的维修保障人员动作采集数据在三维环境下的复现技术；
•基于采集数据的维修保障人员工作姿态验证评估；
•基于采集数据的维修保障人员疲劳验证评估。
图 19 维修人员的舒适度分析
沉浸式虚拟维修时间验证评估
开展基于沉浸式虚拟维修的维修时间验证评估，可实现的内容包括：
•基于便携式动作捕捉系统的快速沉浸式人机工效仿真技术；
•借助动作捕捉设备可对虚拟人的操作全过程进行记录，统计出完成维修操作任务的估计时间。
图 20 基于沉浸式虚拟维修的维修时间验证评估
维修性综合评估
（1）评估
VMPro提供综合量化评估功能，用户可选择云评估算法或者灰色模糊算法综合维修性定性定量各方面的分析，对相应维修性设计方案进行量化评估。这个功能有助于决策人员在多方案设计中选取较优方案。
（2）生成报告
VMPro可根据用户具体需求，输出自定义化的综合量化评估报告。如图 21所示：
图 21 维修性综合评估报告示意图
