某型舰用柴油机虚拟维修技术研究

袁先徳，罗运同，王 建，谢有志

(1.海军湛江地区装备修理监修室，广东 湛江 524009;2.92854部队，广东湛江 524000)

0 引言

某型舰用柴油机结构复杂、技术含量高，给舰员的日常管理使用和维修保障工作带来很大难度，如何使其尽快形成战斗力，是海军目前训练任务的一个重要课题。传统的实装训练方法一方面受到装备数量和训练场地的限制，受训时间和质量难以得到保证，另一方面由于装备结构复杂、造价昂贵，训练过程中需要大量的工具、零件和材料的消耗，训练成本非常高。因此传统的训练方法难以满足现实需求。本文针对某型舰用柴油机，用计算机三维建模代替实际装备，用虚拟维修过程代替实际维修过程，实现人机交互训练，提供维修决策支持。不仅能够满足维修任务的需要，而且为海军装备现代化维修训练和保障提供一定的参考，具有非常重要的军事意义和深远的现实意义。

1 虚拟维修技术简介

虚拟维修技术就是借助于虚拟现实技术，在计算机生成的虚拟环境中，进行维修工程活动。在维修实践中，使用虚拟维修训练系统能大大提高训练和维修效果，节约训练经费，提供较为准确的维修决策。因此，虚拟维修技术作为虚拟现实、多媒体、人工智能等新型技术与维修训练这一传统项目相结合的产物，是装备维修训练保障发展的新方向。

2 柴油机虚拟维修技术的实现

2.1 系统框架的构建

在对虚拟维修技术在国内外的发展情况进行充分调研的基础上，结合现有的计算机软硬件平台，综合考虑各方面的条件、可实现性、完善性，设计某型舰用柴油机虚拟维修支持系统，如图1所示。该系统基于Solidworks三维建模软件和VB系统开发平台，采用Access数据库技术，实现了柴油机的虚拟现实，可方便快捷的浏览、查询、添加和删除设备的三维模型、工程图、故障案例、维修标准等信息;实现拆装维修的指导和交互操作，柴油机维修数据和备件的管理，维修决策支持等。

图1 系统功能框架图

2.2 三维模型的建立

考虑到CAD建模平台的建模功能以及后期模型转换的可行性和精度要求，本系统利用Solidworks软件对舰船机电设备进行标准三维建模、交互式动画制作及部分工程图制作。Solidworks是基于Windows系统开发的三维机械CAD软件，它以参数化特征造型为基础，设计者利用它可以进行零件设计、曲面建模、钣金设计、装配体设计以及运用Solidworks自带插件 (高级动画工具Animator)制作设备的交互式动画。

通过三维建模，模型渲染，最后输出3DXML文件。图2为该型柴油机喷油器的三维模型。

图2 喷油器三维模型

2.3 开放式数据库的设计

本文采用关系型数据库来实现，通过将建立的对象模型向关系数据库模式的映射，最终将对象间的关系转化为二维表及表间关系。

该数据库具有以下3个特点:①具有可修改能力，以适应设备系统不同寿命阶段技术状态的变化;②中立格式，数据对象的内容和格式必须分离定义，以确保不同的显示系统或其他的信息系统能够共享信息资源;③标准格式，确保具有数据交换的能力。

通过Access软件设计了数据库，对柴油机每个系统设备进行编组分类排序，实现柴油机设备二维矢量图纸、三维模型和对应的维修决策高效管理。

由于目前所掌握的柴油机设备资料、故障维修资料有限，数据库中难免存在着不足，因此允许用户进行更改和保存，在登录权限设计上设置了2种模式:管理员模式和普通用户模式，管理员拥有更改模型数据库和维修资料数据库的权限，普通用户只能对模型进行虚拟维修操作及维修资料的浏览和学习。

2.4 虚拟维修交互操作的实现

交互式平台采用eDrawings软件，这一控件在整个虚拟平台开发过程中有着广泛的应用。通过它可以实现系统对数据库中二维矢量图纸和三维模型的访问、查看。在完成三维模型数据的导入后，可以对三维模型进行相应的处理，包括模型精度、比例、灯光、材质等，使其按照虚拟维修操作的要求在虚拟现实软件中进行脚本编译和程序编译，以实现交互式虚拟维修操作的需要。同时eDrawings软件提供了相应的控件，能方便地浏览设备三维模型，可以从对模型进行剖视、任意方位的旋转、放大或缩小、移动单个零部件、测量以及透明效果观看模型内部结构。实现三维模型的放大、缩小、移动、拆卸、测量等一系列虚拟操作。

2.5 系统的集成和界面的开发

系统的集成过程中主要是通过特定的开发环境实现将虚拟维修操作模型及数据库等后台程序集成到一个平台，以方便用户使用。

本文采用VB程序开发软件，设计系统主界面，实现数据库和虚拟现实软件之间接口对接。该主界面包括:标题栏、菜单栏、工具栏、树状结构栏、显示窗口和状态栏。标题栏是用来显示文件的标题;菜单栏用来调用各零件的各种特征;树状结构栏用来显示零件的所属系统结构;显示窗口用来显示当前所选零件;状态栏用来显示当前的状态;工具栏用来实现零件的快捷操作。

菜单栏中包括用户管理、设备视图、修理标准、故障处理、抢修预案、编辑、查询、帮助、退出9个菜单。用户管理菜单可以帮助用户实现对窗口的管理功能;设备视图中罗列出所选零件所具有的视图属性;修理标准菜单规定了所选零件在修理的过程中所要达到的标准;故障处理菜单罗列出所选零件的常见故障的解决方法;抢修预案菜单罗列出抢修方法以及注意事项。

工具栏中包括三维图、工程图、拆装视频、拆卸、测量、平移、还原、播放、停止、退出10个工具栏选项图标，通过这些快捷按钮可以轻松实现对柴油机的虚拟拆卸维修操作。

3 总结

某型舰用柴油机虚拟维修系统不仅能够实现该型柴油机设备的虚拟拆装操作训练，而且能够实现对拆装过程中维修决策支持的功能，同时具备用户权限管理功能及对虚拟维修模型和维修决策支持数据库更新功能，因此该系统具备了虚拟维修训练功能。同时该系统作为一个通用的虚拟维修保障与决策支持平台，具有可移植性、可扩展性、可升级性，可供其它虚拟维修保障与决策支持平台参考使用，对促进海军装备维修训练的发展具有重要的意义。

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