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今后，隨著汽車結(jié)構(gòu)和技術(shù)的復雜化，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，而且導致社會總體汽車維修費用和維修人員急劇增加，導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)字設計和開發(fā)技術(shù)的應用，汽車維修性問題成為各大汽車生產(chǎn)企業(yè)在汽車產(chǎn)品設計和開發(fā)時必須關(guān)注的一個重要問題。
維修性計算機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到合同規(guī)定的維修性設計要求的活動”。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制造出來之后進行，演示結(jié)果很難影響設計方案。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計問題主要原因是：（1）在產(chǎn)品模型和樣機制造出來之后，設計方案基本定型，維修性問題常常不能引起足夠的重視；(2)在設計過程中缺少一種可以把設計產(chǎn)品三維可視化的工具，幫助設計人員進行維修性設計。這些問題的存在，客觀上提出一個在裝備設計階段進行維修性分析和演示的要求，這種情況最終導致維修性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作CALS（計算機輔助保障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演示的基本概念、維修性計算機演示技術(shù)在汽車全數(shù)字設計和開發(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)合檢驗正在設計或研制的武器裝備是否達到合同規(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，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)過特殊訓練的維修人員在專家的指導下，按照確定的維修性檢驗計劃進行維修操作來檢驗裝備是否達到了規(guī)定的維修性設計要求。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。
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，高新技術(shù)不斷進入這一領(lǐng)域，相繼產(chǎn)生了維修性計算機演示和虛擬演示[7-12]。維修性計算機演示和虛擬演示分別是用計算機圖形技術(shù)在計算機圖形環(huán)境下和用虛擬技術(shù)在虛擬環(huán)境下進行維修性演示。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、計算機演示和虛擬演示。
2 計算機演示的技術(shù)內(nèi)涵與功用
2.1 計算機演示的技術(shù)內(nèi)涵
維修性計算機演示是在產(chǎn)品設計階段，在根據(jù)產(chǎn)品CAD設計數(shù)據(jù)建立的產(chǎn)品計算機圖形模型上，利用計算機圖形維修仿真技術(shù)檢驗產(chǎn)品是否達到規(guī)定的維修性要求的過程。
計算機演示過程可以用圖5所示情況表示。
2.2 計算機演示過程的性質(zhì)
計算機演示是在傳統(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演示用計算機圖形模型代替了產(chǎn)品模型和樣機，用計算機人體模型代替了維修人員，用維修過程計算機仿真代替了實際維修過程，用計算機專家系統(tǒng)代替了實際專家指導，用計算機模擬維修環(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行，而計算機演示只是在計算機上進行。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和計算機技術(shù)進行的一種試驗，這與一般的計算機輔助試驗具有相同的作用和意義，可以直接稱為：“維修性計算機輔助試驗”。由于這種維修性計算機輔助試驗是以產(chǎn)品CAD設計數(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，不僅可以節(jié)省大量經(jīng)費，而且能夠在產(chǎn)品設計階段僅僅依賴產(chǎn)品CAD設計數(shù)據(jù)就能夠進行產(chǎn)品維修性的檢驗和分析。同時也應注意到：維修性計算機輔助試驗與其它計算機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計算機演示與虛擬演示
計算機演示和虛擬演示分別是用計算機圖形技術(shù)在計算機圖形環(huán)境下和用虛擬技術(shù)在虛擬環(huán)境下進行維修性演示，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。如果說計算機演示是維修性計算機輔助試驗，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備和技術(shù)進行維修性演示的一種過程和技術(shù)，虛擬演示與計算機演示有很大的區(qū)別。一是在硬件使用方面(如圖8所示)，計算機演示不需要計算機以外的其他復雜設備，而虛擬演示依賴計算機以外的其他虛擬設備和技術(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 維修性計算機演示在汽車全數(shù)字設計和開發(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。為了彌補人類認識能力的差距，利用實際模型和樣機來幫助設計人員理解所設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計結(jié)果，這使得傳統(tǒng)演示的應用有很大的局限性。計算機演示借助的不是產(chǎn)品的硬件資源，而是產(chǎn)品設計的信息資源－CAD設計數(shù)據(jù)，這不僅僅改變了設計信息的提取和分析方式，而且極大地擴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的意義。
維修性計算機演示在汽車全數(shù)字設計和開發(fā)過程的作用大致可以分為下面幾個方面：
(1)協(xié)助設計人員進行汽車整體維修性設計，在設計中檢查設計方案是否滿足規(guī)定的維修性要求，及時發(fā)現(xiàn)和改正設計中存在的問題，提高產(chǎn)品維修性設計水平，減少因設計造成的損失，并且可以通過多種方案比較進行維修性優(yōu)化設計。
(2)在汽車產(chǎn)品定型階段，對所研制產(chǎn)品的維修性進行演示，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)助采辦人員進行決策。
(3)通過三維圖形方式使汽車設計結(jié)果可視化，為設計人員提供更多的設計信息，幫助設計人員更好地了解設計方案，便于積累經(jīng)驗和提高設計水平。
(4）汽車維修性計算機演示實例和維修過程演示實例可以用于汽車維修性設計人員和汽車維修人員培訓。
(5)維修性計算機演示對實際維修性演示試驗具有計算機輔助分析作用，也可以對具體維修過程進行規(guī)劃、預測和優(yōu)化設計，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)。
維修性計算機演示在汽車全數(shù)字設計和開發(fā)過程的作用如圖10所示。
由上面維修性計算機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，以及推進汽車全數(shù)字設計和開發(fā)過程、推進同時工程（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)在設計階段能夠進行汽車維修性的設計分析和演示，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)汽車維修性計算機輔助分析（Car MCAE）和汽車全數(shù)字設計河開發(fā)是在同時工程環(huán)境下進行產(chǎn)品設計的一項重要技術(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)字設計開發(fā)是指利用計算機軟硬件及網(wǎng)絡環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)全過程的技術(shù)，是在網(wǎng)絡和計算機輔助下通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，全面模擬產(chǎn)品的設計、分析、裝配、制造等過程。其中汽車維修性計算機演示是其中重要的一個部分，尤其是在汽車結(jié)構(gòu)越來越復雜，機艙空間越來越緊湊的情況下。
（2）數(shù)字設計開發(fā)技術(shù)的應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，汽車維修性計算機演示技術(shù)作為汽車數(shù)字設計開發(fā)過程的一部分，可以實現(xiàn)在汽車設計階段對汽車維修性進行評估，促進減少汽車維修的社會負擔，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雜技術(shù)過程。要達到最佳設計目標需要企業(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）
