数字化装配技术在装备维修保障中的应用及发展

王帅 宋敬峰

【摘 要】装备维修保障过程当中末端环节为装配。装配的好坏直接关乎着装备最后的战技性能。因此，本文在对装备的维修装配现状进行分析的基础上，介绍了数字化装配技术。并且对数字化装配技术在装备维修保障当中的应用和发展进行了研究，力求进一步促进数字化装配技术不断的深入发展。

【关键词】数字化装配技术；装備维修；应用；发展

一、装备维修装配现状

（一）人员要求较高

装备有着技术复杂、装配复杂以及组成复杂等特征。在对装备进行维修装配的时候，零部件有着比较大规模的装配，其有着灵活形式以及复杂多样的专业知识，其在维修人员专业素养方面有着比较高的要求。特别在装备维修保障的时候，面对批量少、品种多以及结构较为复杂的装备，一定的维修人员通常会感觉到无能为力。

（二）场地的需求比较大

装配的工艺文件是对维修人员现场装配操作的一个比较重要的依据。它对装备最后质量存在着重要的影响。当前，装备装配还要利用装配工艺卡片来对现场装配进行指导，同时通过一些二维的装配示意图进行辅助。在装配的过程当中，维修人员要占用比较多的现场装配，对工艺手册以及图样进行比较多的查阅，通过自然的语言来对工艺内容进行描述，同时对比不一样的手册以及图样，其严重对装备装配质量以及效率产生影响。

（三）工艺的优化难度大

在装备的维修装配过程中，零件之间、结构之间的相对位置以及运动件之间的配合间隙很难进行优化，即使所有装配零件更换为合格的新件，配合间隙也处于合理的公差范围之内，也经常会出现装备维修装配后性能差异较大的情况。部分在制造上游出现的零件超差等问题，也很难通过对装配现场失误的分析来实现装配质量事故的统计预测。

（四）质量难度比较难保证

装备在维修装配的时候，涉及的零部件多达成千上万个，并且含有众多的量具、工装夹具以及操作装配等等。机构部件间结构关系主要是利用人员的记忆以及静态装配的数据形式来表现的。这在装配的施工比较容易发生错装以及漏装，进而给装配质量带来问题，对装配周期产生一定的影响。装配精度以及装配可靠性都是通过人的装配经验知识来实现的，装备可装配性只有在装配的时候进行验证。

二、数字化装配技术

（一）数字化预装配技术

数字化预装配指的是在计算机系统当中构建的装备零件数字化的模型，同时将这些模型进行应用进而完成装备零件、成品以及组件等数字化的模型定位、装配、下架等方面的虚拟操作，进而更好的实现产品装配以及拆卸的三维动态模拟仿真。利用对装配仿真的协调分析以及检查，尽量对装备设计当中带来的问题进行及时发现，同时更好的来修改，大大减小装备研发的周期，减小生产的成本，更好的对传统装配过程中设计效率不足以及优化的难度大等问题进行解决。

（二）基于虚拟现实数字化装配技术

在装备装配的时候往往和人为操作所分不来。基于虚拟现实数字化装配技术就是将标准人体三维模型放入到了虚拟装配环境当中，并且引入吊车、工装以及厂房等三维的制造资源模型，通过虚拟现实等手段，更好的实现装配工人可视性、可操作性、安全性等方面的仿真，让通过计算机作为中心的设计方式变化成通过人为中心设计方式，更加明显的体现出交互作用以及真实感。当前，基于虚拟技术数字化装配技术主要应用在了船舶、船舶和飞机等产品的零件装配，柔性布线和安装检验等方面。

（三）基于增强现实的数字化装配技术

不管是数字化预装配技术，还是基于虚拟现实的数字化装配技术，都只是对装备开发前期的装配设计具有重要的优化、验证作用，而对装备后期的实际装配过程支持有限。基于增强现实的数字化装配技术就是为解决上述问题而发展起来的。该技术将增强现实技术应用到装配领域，利用现代计算机技术、信息技术和人工智能技术，将计算机产生的图形、文字注释等虚拟信息有机地融合到使用者所看到的真实世界景象中，对人的视觉系统进行影像增强或扩张，通过虚拟零件、虚拟装配工具和增强装配提示信息来指导用户实际装配操作。

三、数字化装配技术在装备维修装配中的应用趋势

因为基于增强现实数字化装配技术有着较强的可操作性，其越来越受到维修人员的喜爱，特别随着可穿戴设备不断发展，进而让基于增强现实数字化装配技术变为装备今后维修装配发展的一个趋势。可创带设备是一种新的扩展现实设备，其主要是通过骨传导技术、语音识别以及虚拟投影等方面的功能，利用图标、语音、虚拟设备以及文字的形式来对维修人员进行装配工作进行指导，并且可以通过下面几个方面来提升装配的效率，确保装备更加安全。

（一）进行可视化的指导，提高装配效率

传统维修装配主要是利用装配工艺卡片来对现场装配进行指导，通过自然语言来更好的对工艺内容进行描述，进而让维修人员对工艺以及图样存在比较高的依赖性，大大降低了装配效率。但是，应用基于增强现实数字化装配技术的时候，装配工作人员能够通过维修装配任务和有关电子手册直接下载到了可穿戴的设备，在语音、文字以及图标等形式指导之下，进行实时的可视化维修装配工作，进而大大提升装配准确性，减小装配的时间，降低装配的成本。

（二）准确判断定位，迅速排除故障

在装配现场，维修人员利用可穿戴设备的实景导航和立体定位功能，通过虚拟投影屏幕，可观看到装备的内部机械结构、部件装配次序等，并与所看到的现场装备进行异常对比，从而有利于快速发现问题，提高排故速度。一些大型装备的维修装配常需要多人协作才能完成相关工作，通过佩戴可穿戴设备，装配人员就可与其他使用装配人员及管理人员进行网络云链接，实时管理和监控装备装配动态，迅速了解自己维修任务中所需要的备件号、库存情况和位置以及自己所需要的工具的位置，从而有效提升供应保障的速度，减少因等备件、等设备而造成的工作延误。

（三）记录装配过程，便于回溯

采用基于增强现实的数字化装配技术可实时记录装备维修装配过程，并将其上传到工作服务器上，一方面，可供质量控制人员检查维修装配过程是否规范；另一方面，也可以利用维修装配记录，将维修装配过程具体化，以便初学者迅速掌握维修装配技巧，从而提高装配水平，改进装配工艺。

当前，数字化装配技术还主要集中应用在装备的设计制造阶段，尤其是飞机的设计制造阶段，将数字化装配技术应用到装备的维修装配中，目前还鲜有公开报道。要想实现装备维修保障的数字化装配，还需在如下几个方面加强研究：1）要打通信息孤岛，数字化模型是实现数字化装配的基础，虽然数字化技术在装备的设计、制造阶段得到了广泛深入的应用，但在维修保障阶段还存在信息孤岛现象，数字化工作缺乏统一的规划、控制和管理；2）要深入研究装配基础理论，为数字化装配技术的发展提供基础；3）要加强关键技术研发，如基于仿真模型的装配评估、分析与优化技术，在线仿真与装配过程可视化技术，面向装配仿真的知识驱动技术和数字化装配协调与容差分配技术等。

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