增强现实技术在飞机维修保障过程中的应用研究

崔彦宇

摘 要：现如今，增强现实技术已经到飞机维修保障过程中得到较为广泛应用，并取得较好的应用成效。基于此，本文将从保障作业引导、智能维修复杂、交互式智能故障诊断三个角度指明增强现实技术在飞机维护保障过程中的具体应用，进而确定可在飞机维修保障过程中应用的增强现实关键技术，以期能为业内人士的实际应用提供理论指导，提供飞机维修保障效果。

关键词：增强现实技术;AR;飞机维修保障

一、引言

现有的增强现实技术多是以视觉信息为基础，通过适当的时间，利用适当的方式将数字化背景信息提供给作业人员，进而增强作业人员对环境的感知能力。基于此技术，如今各航空交通企业研发出了智能维修辅助设备，并以此来提高飞机维护保障效果，确保飞机飞行过程中的实际性能。据此，本文将结合当今增强现实技术在飞机维修保障过程中的应用情况，分析相关应用内容和关键技术。

二、增强现实关键技术

2.1 路径规划及对象识别技术

路径规划及对象识别技术是一种基于节点串联的原理构建的一种增强现实技术。在实际操作过程中，路径规划及对象识别技术会将各种保障活动视作为一个个节点，然后根据业务流程内容的时间循序将各节点进行串联，最终构建出符合业务流程情况的引导路径。作业人员在工作过程中，路径规划及对象识别技术会实时收集作业人员的工作特点点信息，然后不断调整引导路径，确保业务流程的有序、有效展开。现如今，每架飞机上的LRU数量都有近2000个，并且很多LRU之间外观或者安装位置均有着较多相似性，再加上作业人员在实际操作过程中会存在物体遮挡、视角不合理等问题【2】，导致对象识别技术的实际识别难度非常大。想要解决该些问题，还需要改变作业人员与识别对象之间的空间位置关系、识别对象与数据匹配联系环节等多方面功能内容。

2.2 辅助信息组织与推送技术

结合实际情况来看，如今机务维修保障工作却过于依赖现有的故障分析手册等机务维护保障资料，该些手册大部分都有着电子版的内容，但作业人员在实际使用过程中将会浪费大量的翻找时间，不利于实现快速故障诊断和机务维修工作。辅助信息组织与推送技术是一种基于IETM（电子技术手册）技术上发展出的新型增强现实技术。在实际应用过程中，辅助信息组织与推送技术会议IETM为信息源，根据作业人员的实际需求，自动且快速的在IETM中搜寻用户所需信息，并将信息以更为直观的方式在增强现实眼镜中进行呈现，以供作业人员进行快速查阅，减少作业人员翻找资料的时间，提高机务检修效率。目前，辅助信息组织与推送技术还可以通过与作业人员的实时交互来，或者是通过图像识别技术自动分析作业人员的工作类型来动态化调整推送信息。

2.3维修作业引导技术

维修作业引导技术将商务虚拟维修操作动画与维修步骤实现紧密结合，促使在进行实际维修作业工作时，增强现实技术不仅可以为用户提高文字引导，还可以提供操作动画引导，使得引导内容更加直观立体，降低作业人员的理解难度，提高作业效率和效果。另外，在作业过程中，通过图像技术可以及时发现作业任务错误的操作情况，并在通过声音、图像、文字等方式向作业人员及时发出警告，避免作业人员因错误操作而引发更多的问题和引发。现如今，维修作业引导技术已经得到广泛应用，并且在应用中可以有效适应飞机维修保障过程中复杂的工作环境，并实现多种设备外形特征的精准识别，解决了传统图像识别技术人机交互、跟踪过程中遮挡或者视角等情况所引发的识别精度问题，进一步提高增强现实技术在飞机维护保障中的应用成效。

2.4 多人协同组织技术

由于飞机维护保障工作具有工作强度大，涉及内容多等特点，其实际工作过程往往是由多人共同完成。多人协同组织技术是一种面向复杂作业环境、多人协同维修保障工作的一种可实现多工作、多人员之间工作无缝衔接的组织技术。多人协同组织技术中结合了人工智能技术，可实现多作业路径、多作业人员在实际作业过程中问题的快速分类处理，为不同的作业人员分配不同的作业内容，并将作业流程有序地在作业人员增强现实眼镜中进行呈现。

三、增强现实技术的运用

3.1日常绕机维护中的运用

        增强现实技术在日常维护中的运用价值很高，首先可以实现维修流程固化。将绕机路线与检查项目录入系统，工作者根据提示进行诱导式维修。这将大大降低绕机难度，有效避免漏检、漏项的情况发生。其次顶部摄像头获取的图像信息在后台与标准模型比对，对异常情况发出警报，如起落架安全销未取等。可以起到辅助维修的作用。

3.2部件拆换中的运用

        一个复杂的部件往往有很多的小零件组成，这些零件之间有着千丝万缕的关系，在以往的维修过程之中，想要了解其工作原理，通过手册和图片很难理解，通过增强现实技术对零件采取了三维化的展示，同时对一些重要部件采取了爆炸效果展示，以更方便维修人员在拆装部件时获得该部件及其连接管路的详细分解图以及重要的风险提示。同时提供超链接快速获取工作包、工卡、手册、相关维护提示、教学视频等。每个部件的检查要点，常见缺陷形式，错误的安装状态都可以以增强现实的方式进行展示。

3.3预防性维修中的运用

        通过增强现实技术,维修人员能够直观的获得被检查零部件的常见缺陷形式、检查的方法、重点检查项目、相关维护工作包和风险控制措施等，维修人员能够进行可视化维修。通过建立数据化模型系统，不断积累飞机检查数据，将飞机的故障、缺陷高发零部件根据其重要性、高风险性、故障高发性以热力图的形式体现在现实中，工作者可以根据提示进行预防性检查维修。

四、实现方法

4.1扫描建模

        实现增强现实技术的第一步是对目标进行扫描建模或图像建模。对于复杂部件，建议使用扫描建模的方式。对于飞机整体三维数据模型的采集一般使用工业级三维激光扫描仪如Faro X330。能够在阳光直射下扫描最远距离为330 米的物体。利用所集成式 GPS 接收器，这款激光扫描仪能够使每一次扫描与后处理相互关联，使其成为测量型应用的理想选择。凭借更高的精度和更大的范围，极大地简化了测量和后处理工作。它能够快速、精确且可靠地完成大尺寸、面积和体积的计算、分析和检测任务以及数字化建档工作。对于复杂部件如发动机，我们可以采用结构光点云采集器，结构光扫描仪通常都是手持式，操作轻便，扫描精度高。可以扫描管路、导线、环路等，同时捕获真实纹理以及高分辨率的三维图像。

4.2系统搭建

        基于飞机维修手册和发动机航线维护内容，采用3D引擎-UNITY3D进行开发,服务器端则采用大型关系数据库如（如Oracle）等主流数据库软件。在主流软件开发技术和现代互联网网络通信技术相结合、考虑系统与相关实物关联、多源数据接口、数据之间的关联的基础上，实现引擎可视化维修数据库。并依托数据库开发出一套，开放、可视化、多功能的智能维修系统。有效辅助飞机维修人员进行更高效，更规范化的操作维修。系统具有良好的可扩展性，采用可变更的操作平台-包括操作系统平台、数据库平台。采用可扩展的操作平台可以避免不必要的系统升级与系统的二次开发。良好的功能接口，和数据转换接口保证了系统的可操作性和可维护性。

[1]王雪飞, 刘东, 史泽波. 增强现实技术在飞机维修保障过程中的应用研究[J]. 飞机设计, 2020(4).

[2]郭子豪，邢诗怡，王宇，等.基于AR技术的飞机维修可视化远程协助系统研究[J].自动化应用，2019（010）：129-130，134.

[3] 饶毅,徐丙立.基于三维激光扫描的快速建模方法研究;电脑与信息技术;2017.