飞机装配中虚拟现实仿真技术运用分析

摘要：虚拟现实技术与仿真技术相结合作为一种自然的规律，可在一定程度上提高仿真的可信度与直观性。对此，本文针对飞机装配中虚拟现实仿真技术的应用展开分析，结合虚拟现实技术特点，引出其对飞机装配工作的意义。根据飞机装配需求，提出基于虚拟现实仿真技术的虚拟装配仿真框架设计，采用智能虚拟角色行为建模方法，协同仿真训练系统，有效弱化系统复杂性影响，强化装配训练效率，保证飞机产品装配质量，实现经济、社会效益的协同提升。

关键词：虚拟现实仿真；飞机装配；虚拟角色；VR；感知机制

引言：在现代化背景下，虚拟现实仿真技术作为广泛应用的科学技术之一，广泛应用于教育、医疗、军事等领域。在全球实战化训练背景下，虚拟现实仿真技术对于军事应用意义较大，飞机作为军事领域中的关键部分，具有设计制造难度大、结构复杂的特点，其中，装配作为关键环节，应用虚拟现实仿真技术能够极大地提高生产效率，在充分感受虚拟角色真实感和智能性的情况下，强化产品装配质量与可靠性，降低装配出错率，实现航空产品设计与制造工程并行提升。

1虚拟现实仿真技术分析

虚拟现实仿真技术主要是利用计算机进行模拟，结合实际需求，打造三维空间的虚拟环境，充分模拟人的触觉、视觉等多种感官功能，采用手势、语言等多种方式进行互动，促使人们能够沉浸在虚拟环境中。虚拟现实仿真技术综合仿真、计算机图形学、人工智能等多种技术，借助计算机辅助生成优势，可建立针对性模型，为用户提供身临其境的真实感受。

2虚拟现实仿真技术在飞机装配中的应用意义分析

飞机装配作为军事领域中的关键部分，其具有复杂性、系统性、综合性特点，所涉及的学科范围较广且技术难度较大。从根本上来说，飞机装配主要是以设计与装配要求为核心，根据飞机外形架构，将大量装配零件进行组合和连接。通常情况下，装配零件具有一定复杂外形，包含的内容较多，且部件数目较为庞大，在装配过程中需耗费大量人力、物力，占据飞机制造总劳动量的50%-60%。与一般机械制造产品相比，飞机装配精度要求较高，实际安装效果可以直接影响飞机运行安全性。通过将虚拟现实仿真技术应用于飞机装配领域中，可以减少人员成本，缩减飞机装配周期，改善装配质量，增强企业核心竞争力。

3虚拟现实仿真技术在飞机装配中的具体应用路径分析

3.1基于VR的虚拟装配仿真设计

在飞机装配过程中，为实现交互式操作，需结合虚拟现实仿真技术应用特点，建立大量的三维模型。以沉浸式仿真平台为支撑，可视化呈现各个装配零件，有效弱化空间与时间的约束。在具体装配过程中，需借助技术优势，全程记录整个装配过程，为后续型号迭代、后期维护等工作奠定基础。在构建虚拟仿真体系框架期间，需以虚拟现实和仿真技术为支撑，设计对象层、技术支持层、界面层以及应用层等结构[1]。

第一，对象层，其主要是以环境模型、虚拟人体模型、业务过程模型为主要对象。其中，业务过程主要包含零部件生成、存取、维护等模型。在飞机装配训练过程中，对象层可提供数据支持，全面呈现各种工具对象，完成模型对象的数据处理工作。

第二，技术支持层，该部分主要包含网络平台、软硬件、各种数据库，凭借多方面优势充分支持VR培训系统的运行。从根本上来说，技术支持层是仿真体系架构的基础，可为后续各工具的应用提供保障。

第三，应用层，作为系统核心部分，能够全过程记录、分析各项数据，主要包含仿真数据管理、装配培训结果分析、装配培训方案制作等功能。

3.2智能虚拟角色行为建模方法

3.2.1虚拟角色交互框架构建

构建虚拟角色交互框架可在一定程度上实时感知内外环境，例如，用户输入、虚拟对象等，为互动活动提供保障。虚拟角色交互框架主要是以建模软件设计的动画序列为核心，采用科学脚本方案，使其能够根据飞机装配需求实时生成角色动作，并以分层有限状态机为模型，增强逻辑决策的科学性。在本框架构建过程中，为实现更多的智能感知，需预留一定接口，强化框架集成性。另外，应用虚拟引擎，将其作为动作生成器，有效改进角色动作的真实感，增强角色智能性。虚拟角色交互框架主要包含智能感知子系统、基本功能子系统等模块，以智能感知子系统为例，其主要是提供决策基础，辅助逻辑子系统运行，依托基本功能子系统优势，可实现对地形、人物、物理环境的抽象感知。通过各子系统的交互运行，可提高装配训练效果，增强逻辑输出的科学性。其中，基本功能子系统作为前提条件，主要包含资源管理、角色编辑等功能，为其他子系统实现提供保障。

3.2.2基于代理的装配任务感知机制构建

在虚拟装配中，为实现各类装配结构的精准刻画，需构建装配任务感知机制，有效判定各类结构之间的差别程度，灵活描述装配中不断变化的任务，提高装配效率。

3.2.2.1虚拟装配中的任务定义

虚拟装配过程中主要涉及两个级别任务：一是系统级装配任务，该类工作主要是面向装配规划，具体包含路径规划、装配序列规划、工时分配等内容，主要侧重于装配规划与评价。二是单一零件装配任务，侧重于装配仿真与操作，主要包含选择、安放、拖曳等操作。总的来说，两种级别任务的高效配合能够全面落实零件装配目标[2]。

3.2.2.2定义装配任务的粒度转换

为精准描述装配件、操作、任务、决策方面的关系，主要是采用“角色”“行为”“任务”进行描述，其中，“角色”作为一种描述维度，主要是以装配件属性为核心，根据零部件实际状态刻画装配件。通常情况下，相同的装配件在不同装配层下，实际“角色”具有差异性，不同角色意味着差异化的装配操作。在这一过程中，相应的装配操作即代表“行为”。在虚拟装配系统应用期间，相关人员可输入控制意图，以“任务”形式建立装配件与决策之间的联系。结合装配需求，需定义装配“任务”的粒度转换，与“角色”相比，后续“任务”具有更细的力度，能够精准描述装配件的“角色”与“行为”，提升装配工作精细化水平。

结论：综上所述，近年来，我国仿真技术与数字化制造技术得到深入发展，虚拟现实仿真技术逐渐应用于航空制造领域，在实际应用中具有产品研制风险小、开发成本低、研制周期短的优势，有效降低产品研制风险的情况下，优化工艺设计结果，强化军事效益水平。相关人员需将虚拟现实技术与仿真技术深入结合，使其在相互促进的过程中，优化虚拟装配仿真设计，辅之智能虚拟角色行为建模方法，开展多人协同装配训练，加强技术突破，为军事模拟训练提供保障。

参考文献：

[1]刘震磊，王丹，王环，等.基于虚拟现实技术的飞机总装脉动生产线设计与开发[J].航空精密制造技术，2024，60（01）：1-4.

[2]闫梦娜.基于虚拟现实的飞机平尾装配仿真技术研究[D].沈阳航空航天大学，2022.

作者简介：

1作姓名：范美松；性别：男；出生年月：1996年12月；籍贯：贵州威宁；民族：汉；最高学历：本科；目前职称：助理工程师；研究方向：飞机装配

2作姓名：肖璐；性别：女；出生年月：1998年10月；籍贯：山西运城；民族：汉；最高学历：本科；目前职称：助理工程师；研究方向：飞机装配

3作姓名：刘俊兴；性别：男；出生年月：1984年5月；籍贯：山西运城；民族：汉；最高学历：本科；目前职称：高级工程师；研究方向：飞机装配

4作姓名：和增力；性别：男；出生年月：1996年1月；籍贯：陕西商洛；民族：汉；最高学历：本科；目前职称：高级工程师；研究方向：飞机装配