基于CATIA的某型加油车维修可视性分析方法研究

张源涛，马振利

（解放军后勤工程学院，重庆401311）

随着现代装备科技含量的不断提高，装备造价和维修成本也不断攀升，如何在装备的生产研制阶段，就充分考虑到维修性，以节省寿命周期费用和如何对现有装备进行维修性分析，是一个亟待解决的课题。虚拟技术的发展，为装备的维修性分析提供了一种新方法，即只需要建立该装备的虚拟样机，就可以对该装备进行可靠性、维修性等分析。维修部件的可视性，是装备维修性最基本的指标之一。可视性是指被维修的部件可以被看见的特性。本文以某型加油车为例，提供了一种利用CATIA软件对装备进行可视性分析的方法，实现了装备维修可视化分析的虚拟化、便捷化。

1 CATIA及其视觉分析功能简介

CATIA是法国达索公司开发的一套CAD/CAM/CAE软件系统，它将3D造型、虚拟制造、装配及人机工程分析等功能集中于一体，提供了各种CAD/CAM/CAE数据之间的无缝连接，具有极其强大的三维建模和运动仿真功能。CATIA人机工程摸块中视觉分析功能（Vision Function）能为装备的可视性分析提供一种新的手段。CATIA的视觉分析功能，可以确定单眼系统与双眼系统的视野范围、视野的最大最小距离、视野聚焦的距离、左右眼的各种视觉区域，实现视线终端的聚焦中心的定位，还可以划分眼睛盲点的数学模型边界。

利用CATIA进行视觉分析，首先要确定维修部件可视性分析的关键部位，然后调整人体位置，利用软件的视觉分析功能，对虚拟维修人员的视野进行分析，保证维修的合理性和符合人机工程学原理，最后得出可视性分析的评价结论。

2 某型加油车维修部件可视性分析

要通过虚拟方法分析该型加油车的可视性，必须先建立该车的三维模型和虚拟维修人员模型。建立的该车操作舱模型和虚拟人员模型如图1所示（除去加油卷盘升降装置）。

图1 操作舱和虚拟维修人员模型

假设该车操作舱内过滤分离器发生故障，需要对其进行换件维修，先对待维修部件（过滤分离器）进行可视性分析，主要是利用CATIA人机模块的视觉功能，分析过程如下。

2.1 找出关键部位，选择适当的观察位置

选择适当的位置，对于装备的可视性有着至关重要的作用。不同的维修位置，视野是不同的，可视与否的结论也是不同的。对于换件维修来说，维修部件可视性的好坏，取决于固定该部件或该部件与其他部件连接处等的几个关键部位，因此要找出待维修部件的可视性分析的关键位置。调整虚拟维修人员位置，分别在该操作舱左侧，右侧和后侧进行观察，得到的结果如图2所示。

图2 不同位置观察结果

可以看出，从左侧观察时，过滤分离器的几乎所有部件，都被其他管路或者部件挡住了，如图2（a）所示。而后侧观察时（除去加油卷盘升降装置），可以清楚地看见过滤分离器的后侧面以及与其他部件的的连接部位（过滤分离器固定支架和进、出过滤分离器管路），如图2（c）所示。从右侧观察时，只可以看见过滤分离器的右侧面，如图2（b）所示。由于过滤分离器与进、出管路和固定支架相连接，要想实现换件维修，必须把管路和支架从过滤分离器上拆卸分离开来，所以在管路和支架与过滤分离器的连接处，是维修操作的关键部位，也是可视性分析的关键部位。在此只对进、出过滤分离器的管路和过滤分离器的连接处，做可视性分析，支架与过滤分离器的连接处就不赘述了。

确定了关键部位以后，对虚拟人体位置做适当的调整。通过对人体位置的多次调整，可以确定如图3所示的位置，并且维修人员以跪姿或者蹲姿进入操作舱，此为观察过滤分离器进、出管路和连接处的最佳位置。

图3 虚拟维修人员在操作舱的位置

2.2 利用CATIA软件人机工程模块中的视野分析功能

视野是当人的头部和眼球不动时，人眼能够察觉到的空间范围，通常用角度表示。在水平面内，人的最大视野是180°，双眼的视区大约在左右约60°的区域内。在垂直方向上，假定标准视线是水平的，视野的最大视区应该是水平线向上50°、水平线以下70°。用单眼看物体时，只能看见物体的平面，即高度和宽度；若用双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近、位置的能力，形成立体视觉。颜色视野是颜色对眼的刺激能够引起感觉的范围，白色视野最大，其次是黄、蓝、红、绿等。但是能够进行颜色识别的区域，是在标准视线左右约30°～60°（水平方向），上约30°、下约40°（垂直方向）。视距是人在工作工程中正常的观察距离。观察各种部件或装置时，视距的过远或者过近，都会影响认知和操作的准确性。一般应该根据目标物体的大小和形状以及工作要求来确定视距，一般操作的视距在380～760 mm之间。表1是不同维修任务下视距的推荐值。图4为CATIA给出的各种视野类型。

表1 不同维修任务的视距的推荐值

维修过程中，为了保证维修工作的安全、快速，应该保持被维修部件在人体的双眼视区内，并且选在可以进行颜色识别的视区。要保持这种状态，头部和躯干必须转动或者扭动，但是头部左右转动不宜超过45°，上下不超过30°，也尽量不要在移动时进行观察，如图5所示。我们在CATIA中设置标准视线左右50°（水平方向），上下30°（垂直方向）为虚拟维修人员的视区。经过计算，在CATIA中的设置如图6所示；同时，考虑到过滤分离器的换件维修应该属于中等粗活，视距应在500 mm以下，在CATIA中设置视距为400 mm。

图4 不同视野类型

图5 观察姿势以及视野范围

图6 在CATIA中设置项

调整后的视图如图7所示。

图7 调整后的视野

2.3 可视性分析

从图2、图7和人体姿态调整操作中可以看出，从过滤分离器后侧观察，并选择适当观察位置，过滤分离器与过滤分离器进、出管路连接处清晰可见，并且可以触及，头部和颈部在舒适的转动范围内。通过对CTIIA视野功能参数的重新设置，可以清楚地看见过滤分离器、过滤分离器进、出管路及其连接处，保证了维修的合理性和符合人机工程要求。总体评价过滤分离器可视性良好，满足维修性要求。

3 结束语

以油料装备维修性基本要求之一的可视性为出发点，以过滤分离器为例，提出了利用CATIA软件视野分析功能进行分析的方法，并介绍了可视性分析的过程。实践证明该法简便易行，成本低，是装备维修性研究的一个重要手段。

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