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今后，隨著汽車結(jié)構(gòu)和技術(shù)的復(fù)雜化，維修越來越困難，汽車維修性問題將日益突出。任何技術(shù)裝備與設(shè)備都有維修性問題。過去在汽車領(lǐng)域很少提及維修性問題是因為汽車的結(jié)構(gòu)簡單；大部分汽車生產(chǎn)企業(yè)并不承擔(dān)汽車維修工作，汽車維修的效率和成本幾乎全部轉(zhuǎn)給維修企業(yè)和個人，其作用和對社會的影響并不突出。汽車維修性低下，不僅影響用戶對汽車的正常使用要求和使用時間，而且導(dǎo)致社會總體汽車維修費用和維修人員急劇增加，導(dǎo)致社會資源的浪費和社會效率的下降。因此，伴隨著汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，汽車維修性問題成為各大汽車生產(chǎn)企業(yè)在汽車產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)時必須關(guān)注的一個重要問題。
維修性計算機(jī)演示是由維修性演示概念發(fā)展衍生的新概念。 維修性演示原來是指“在武器裝備研制過程中，承包方和采購方通過一定的技術(shù)手段和技術(shù)過程共同確定裝備是否達(dá)到合同規(guī)定的維修性設(shè)計要求的活動”。限于技術(shù)發(fā)展的局限性，早期的維修性演示一般都是在裝備模型和樣機(jī)制造出來之后進(jìn)行，演示結(jié)果很難影響設(shè)計方案。因此也造成裝備維修過程的巨大浪費和人員消耗。
原有的維修性演示不能徹底解決裝備的維修性設(shè)計問題主要原因是：（1）在產(chǎn)品模型和樣機(jī)制造出來之后，設(shè)計方案基本定型，維修性問題常常不能引起足夠的重視；(2)在設(shè)計過程中缺少一種可以把設(shè)計產(chǎn)品三維可視化的工具，幫助設(shè)計人員進(jìn)行維修性設(shè)計。這些問題的存在，客觀上提出一個在裝備設(shè)計階段進(jìn)行維修性分析和演示的要求，這種情況最終導(dǎo)致維修性CAD和CAE技術(shù)的研究和運用。
美軍十分重視可靠性和維修性CAD/CAE技術(shù)的研究，美國國防部始終把加速實現(xiàn)可靠性和維修性設(shè)計能力集成到CAD和CAE過程的研究放到優(yōu)先考慮的位置，并把這種集成化過程的努力當(dāng)作CALS（計算機(jī)輔助保障Computer Aided Logistic Support）的一部分，成為構(gòu)架CALS大陸的橋梁，是目前美軍軍事一體化工程中的核心技術(shù)，在美軍未來軍事技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略上有十分重要意義。這種技術(shù)對未來汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)，以及汽車企業(yè)構(gòu)建自己產(chǎn)品的維修保障體系也有重要意義。
本文著重介紹維修計算機(jī)演示的基本概念、維修性計算機(jī)演示技術(shù)在汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)過程的位置、作用、技術(shù)流程和技術(shù)內(nèi)容，本文內(nèi)容將對汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)技術(shù)和過程的研究有重要參考價值。
1 維修性演示的基本概念
1.1 維修性演示的定義
維修性演示（Maintainability Demonstration）是維修性領(lǐng)域中的一個重要概念，是維修性驗證中的一個重要工作過程[1-6]。 維修性演示是在武器裝備采辦過程中，為保證武器裝備質(zhì)量，承制方和采購方聯(lián)合檢驗正在設(shè)計或研制的武器裝備是否達(dá)到合同規(guī)定的維修性要求的工作過程。
1.2 維修性演示的分類
維修性演示是通過維修操作試驗的方式檢驗產(chǎn)品的維修性，這種檢驗方式可以用圖 1所示情況表達(dá)，它的本質(zhì)可以用圖 2表示。圖2 所示情況也是目前維修性演示過程的基本技術(shù)特征。
最初的維修性演示是在裝備實際模型、樣機(jī)或產(chǎn)品上，在盡可能真實的使用環(huán)境和維修環(huán)境下，由經(jīng)過特殊訓(xùn)練的維修人員在專家的指導(dǎo)下，按照確定的維修性檢驗計劃進(jìn)行維修操作來檢驗裝備是否達(dá)到了規(guī)定的維修性設(shè)計要求。相對于現(xiàn)代工程方法，我們稱這種方法為傳統(tǒng)的維修性演示方法。傳統(tǒng)的維修性演示方法可以用圖 3所示情況表示。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高新技術(shù)不斷進(jìn)入這一領(lǐng)域，相繼產(chǎn)生了維修性計算機(jī)演示和虛擬演示[7-12]。維修性計算機(jī)演示和虛擬演示分別是用計算機(jī)圖形技術(shù)在計算機(jī)圖形環(huán)境下和用虛擬技術(shù)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行維修性演示。雖然演示所使用的技術(shù)手段和技術(shù)過程發(fā)生了變化，但是演示過程的本質(zhì)上一樣的，仍具有圖 2 所示的基本技術(shù)特征，因此稱為維修性計算機(jī)演示和維修性虛擬演示。
在目前發(fā)展水平上，維修性演示可分為三種：傳統(tǒng)的維修性演示、計算機(jī)演示和虛擬演示（如圖 4所示），后面分別簡稱傳統(tǒng)演示、計算機(jī)演示和虛擬演示。
2 計算機(jī)演示的技術(shù)內(nèi)涵與功用
2.1 計算機(jī)演示的技術(shù)內(nèi)涵
維修性計算機(jī)演示是在產(chǎn)品設(shè)計階段，在根據(jù)產(chǎn)品CAD設(shè)計數(shù)據(jù)建立的產(chǎn)品計算機(jī)圖形模型上，利用計算機(jī)圖形維修仿真技術(shù)檢驗產(chǎn)品是否達(dá)到規(guī)定的維修性要求的過程。
計算機(jī)演示過程可以用圖5所示情況表示。
2.2 計算機(jī)演示過程的性質(zhì)
計算機(jī)演示是在傳統(tǒng)演示方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此即具有傳統(tǒng)演示方法的技術(shù)內(nèi)涵，又包含新技術(shù)的特點。這些新特點不僅表現(xiàn)在所應(yīng)用的技術(shù)手段和技術(shù)內(nèi)容發(fā)生了巨大變化，而且使整個過程的性質(zhì)發(fā)生了根本的改變。計算機(jī)演示與虛擬演示都同屬維修性演示的現(xiàn)代工程方法，都是新技術(shù)，由于所使用技術(shù)的內(nèi)容不同，其過程的性質(zhì)也有很大差別。了解過程的性質(zhì)是區(qū)分這一過程與其它過程的最根本方法，是確定項目研究內(nèi)容的根本所在。
2.2.1計算機(jī)演示與傳統(tǒng)演示
由圖3和圖5所示情況可以看出計算機(jī)演示與傳統(tǒng)演示雖然都是通過維修操作過程試驗檢驗產(chǎn)品的維修性，但是其過程已經(jīng)發(fā)生了很大變化。兩者的主要差別是計算機(jī)演示用計算機(jī)圖形模型代替了產(chǎn)品模型和樣機(jī)，用計算機(jī)人體模型代替了維修人員，用維修過程計算機(jī)仿真代替了實際維修過程，用計算機(jī)專家系統(tǒng)代替了實際專家指導(dǎo)，用計算機(jī)模擬維修環(huán)境代替了實際模擬維修環(huán)境。一句話，傳統(tǒng)演示是在真實的物理條件下進(jìn)行，而計算機(jī)演示只是在計算機(jī)上進(jìn)行。這些改變使得過程的性質(zhì)發(fā)生了根本的改變，這種改變是一種質(zhì)的飛躍。原來主要以物理過程為特征的傳統(tǒng)演示過程變?yōu)橐援a(chǎn)品CAD設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信息處理過程，兩個過程的對比如圖6和圖7所示。
從兩者對比中可以看出，在一定意義上傳統(tǒng)演示主要依賴維修人員的技能，而不是技術(shù)；計算機(jī)演示主要依賴技術(shù)而不是技能，這種技術(shù)主要是信息技術(shù)。計算機(jī)演示雖然保留了通過維修操作試驗來檢驗產(chǎn)品維修性的根本技術(shù)特征，但這種試驗也不再是物理意義上的試驗，僅僅是一種用計算機(jī)和計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行的一種試驗，這與一般的計算機(jī)輔助試驗具有相同的作用和意義，可以直接稱為：“維修性計算機(jī)輔助試驗”。由于這種維修性計算機(jī)輔助試驗是以產(chǎn)品CAD設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信息處理過程，不需要生產(chǎn)模型和樣機(jī)，不僅可以節(jié)省大量經(jīng)費，而且能夠在產(chǎn)品設(shè)計階段僅僅依賴產(chǎn)品CAD設(shè)計數(shù)據(jù)就能夠進(jìn)行產(chǎn)品維修性的檢驗和分析。同時也應(yīng)注意到：維修性計算機(jī)輔助試驗與其它計算機(jī)輔助試驗不能完全代替真正的實驗一樣，在目前技術(shù)發(fā)展水平上維修性計算機(jī)演示還不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的演示, 傳統(tǒng)演示和真實的維修性演示試驗在裝備維修性驗證上仍有重要意義。
2.2.2計算機(jī)演示與虛擬演示
計算機(jī)演示和虛擬演示分別是用計算機(jī)圖形技術(shù)在計算機(jī)圖形環(huán)境下和用虛擬技術(shù)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行維修性演示，都屬于維修性演示領(lǐng)域里的高新技術(shù)。兩者與傳統(tǒng)演示相比有共同點，在兩者之間相比又存在很多差別。
計算機(jī)演示和虛擬演示與傳統(tǒng)演示相比，存在的共同點是：雖然演示所使用的技術(shù)手段和技術(shù)過程發(fā)生了變化，但是演示過程的本質(zhì)上一樣的，都是通過維修作業(yè)的試驗方法來檢驗產(chǎn)品的維修性，演示過程都具有相同的基本技術(shù)特征。如果說計算機(jī)演示是維修性計算機(jī)輔助試驗，則虛擬演示可以稱為維修性虛擬試驗。
虛擬演示是用虛擬設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行維修性演示的一種過程和技術(shù)，虛擬演示與計算機(jī)演示有很大的區(qū)別。一是在硬件使用方面(如圖8所示)，計算機(jī)演示不需要計算機(jī)以外的其他復(fù)雜設(shè)備，而虛擬演示依賴計算機(jī)以外的其他虛擬設(shè)備和技術(shù)。二是虛擬演示在技術(shù)上具有鮮明的投入（Immersion）和交互(Interactivity)的特點，因為投入性和交互性是虛擬仿真賴以生存的二個關(guān)鍵因素[13-16]。這種要求使得虛擬演示與計算機(jī)演示過程的構(gòu)成具有明顯的差別，虛擬演示的操作者直接參與維修作業(yè)，而計算機(jī)演示的操作者不能直接參與維修作業(yè)；前者是人在環(huán)維修仿真，而后者不是。雖然后者在操作過程中程序員與計算機(jī)也有交互作用，但是這種交互是程序員與系統(tǒng)程序和控制程序之間的交互作用，程序員不能直接參加維修(如圖9所示)。
3 維修性計算機(jī)演示在汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)技術(shù)的作用和意義
傳統(tǒng)的演示在隔墻式的設(shè)計過程里僅僅是在產(chǎn)品定型或基本定型階段檢驗裝備是否滿足維修性要求的一個技術(shù)階段和工作過程。為了彌補(bǔ)人類認(rèn)識能力的差距，利用實際模型和樣機(jī)來幫助設(shè)計人員理解所設(shè)計裝備的空間形狀和幾何信息、通過維修試驗評價維修性設(shè)計結(jié)果，這使得傳統(tǒng)演示的應(yīng)用有很大的局限性。計算機(jī)演示借助的不是產(chǎn)品的硬件資源，而是產(chǎn)品設(shè)計的信息資源－CAD設(shè)計數(shù)據(jù)，這不僅僅改變了設(shè)計信息的提取和分析方式，而且極大地擴(kuò)展了維修性演示的作用，并從根本上改變了產(chǎn)品的研制過程，在維修企業(yè)確定維修工作量和維修管理上都有重要和深遠(yuǎn)的意義。
維修性計算機(jī)演示在汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)過程的作用大致可以分為下面幾個方面：
(1)協(xié)助設(shè)計人員進(jìn)行汽車整體維修性設(shè)計，在設(shè)計中檢查設(shè)計方案是否滿足規(guī)定的維修性要求，及時發(fā)現(xiàn)和改正設(shè)計中存在的問題，提高產(chǎn)品維修性設(shè)計水平，減少因設(shè)計造成的損失，并且可以通過多種方案比較進(jìn)行維修性優(yōu)化設(shè)計。
(2)在汽車產(chǎn)品定型階段，對所研制產(chǎn)品的維修性進(jìn)行演示，幫助營銷人員和使用人員了解汽車性能，為汽車營銷提供必要的信息，協(xié)助采辦人員進(jìn)行決策。
(3)通過三維圖形方式使汽車設(shè)計結(jié)果可視化，為設(shè)計人員提供更多的設(shè)計信息，幫助設(shè)計人員更好地了解設(shè)計方案，便于積累經(jīng)驗和提高設(shè)計水平。
(4）汽車維修性計算機(jī)演示實例和維修過程演示實例可以用于汽車維修性設(shè)計人員和汽車維修人員培訓(xùn)。
(5)維修性計算機(jī)演示對實際維修性演示試驗具有計算機(jī)輔助分析作用，也可以對具體維修過程進(jìn)行規(guī)劃、預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計，提高維修過程的質(zhì)量和效率。
(6)演示結(jié)果可以自動生成計算機(jī)數(shù)據(jù)文件，為汽車維修企業(yè)保障分析和工作管理積累數(shù)據(jù)。
維修性計算機(jī)演示在汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)過程的作用如圖10所示。
由上面維修性計算機(jī)演示作用的分析可以看到，這項技術(shù)的發(fā)展對汽車研制和汽車營銷推薦，以及推進(jìn)汽車全數(shù)字設(shè)計和開發(fā)過程、推進(jìn)同時工程（Concurrent Engineering）和一體化生產(chǎn)(Integrated Product Development)技術(shù)的發(fā)展都具有明顯的意義。這些意義體現(xiàn)在下面幾個方面：
(1)在設(shè)計階段能夠進(jìn)行汽車維修性的設(shè)計分析和演示，可以縮短汽車產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)經(jīng)費，提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量，減少汽車維修費用。
(2)汽車維修性計算機(jī)輔助分析（Car MCAE）和汽車全數(shù)字設(shè)計河開發(fā)是在同時工程環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的一項重要技術(shù)（參閱圖11），圖中所示內(nèi)容也表明其設(shè)計流程和兩者之間的關(guān)系也很明確。同時，汽車維修性計算機(jī)輔助分析也是汽車維修與保障系統(tǒng)Car CALS發(fā)展的一個重要基礎(chǔ)（參閱圖12）。
4 主要結(jié)論
（1）汽車產(chǎn)品全數(shù)字設(shè)計開發(fā)是指利用計算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)全過程的技術(shù)，是在網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)輔助下通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，全面模擬產(chǎn)品的設(shè)計、分析、裝配、制造等過程。其中汽車維修性計算機(jī)演示是其中重要的一個部分，尤其是在汽車結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，機(jī)艙空間越來越緊湊的情況下。
（2）數(shù)字設(shè)計開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高汽車產(chǎn)品開發(fā)能力、縮短產(chǎn)品研制周期、降低開發(fā)成本，汽車維修性計算機(jī)演示技術(shù)作為汽車數(shù)字設(shè)計開發(fā)過程的一部分，可以實現(xiàn)在汽車設(shè)計階段對汽車維修性進(jìn)行評估，促進(jìn)減少汽車維修的社會負(fù)擔(dān)，并且節(jié)約社會資源。同時為企業(yè)汽車維修保障提供信息。
（3）本文展示了汽車維修性與汽車產(chǎn)品全數(shù)字設(shè)計開發(fā)的關(guān)系和總體構(gòu)成，它們是建立在同時工程概念上的復(fù)雜技術(shù)過程。要達(dá)到最佳設(shè)計目標(biāo)需要企業(yè)間的協(xié)作，才能在最短時間內(nèi)組織全球范圍的設(shè)計和制造資源開發(fā)出新產(chǎn)品，大大提高企業(yè)的競爭能力。
（轉(zhuǎn)載）
