大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台及协同维修方法

专利名称：大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台及协同维修方法
技术领域：
本发明属于制造业信息化和数据信息处理技术领域，涉及针对大型装备的虚拟维 修分布交互仿真支撑平台及协同维修方法。
背景技术：
通过对现有文献的检索，与本发明相关的专利有申请号为201010219159，公开 号为101866462的“产品协同维修支撑平台及维修方法”专利申请，该专利申请提供了一种 基于Web的协同维修支撑平台及维修方法。该现有技术是以产品协作维修为目标的，支持 远程多用户进行产品维修计划、方案的交流、讨论和确定。但是现有产品协作维修是从产 品维修方案探讨和技术指导角度出发，没有考虑如何支持不同工位维修人员的协同维修过 程，以及协同维修过程中各工位维修人员之间的操作配合、动作协调、数据通信和交互控制 问题。由于协同式虚拟维修过程比产品协作维修过程涉及到的因素和维修实施人员更多， 操作配合过程更复杂，所以现有技术手段不能做到有效支持协同式维修过程。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术手段的不足，提供一种能方便地支 持大型装备不同工位的维修人员进行协同式维修操作训练，支持跨地域、整体装备系统和 全生命周期的分布交互式维修实施，方便专家成员维修技术指导、降低维修训练成本、提高 维修训练和实施水平的大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台及协同维修方法。现将本发明构思及技术解决方案叙述如下本发明的基本构思是，为了在大型装备生产制造之前和服务期间都能提供一个协 同式虚拟维修分布交互仿真支撑平台，需要通过多种交互外设与多维的虚拟维修信息环境 进行交互，从而进行故障现象注入、诊断定位、维修排除过程的动态仿真，对多个操作人员 进行多任务、多模式化装备协同式维修任务训练，使得操作人员能够对实际装备运行中出 现的故障，做出准确无误的判断并及时进行维修排除，确保大型装备的生存能力和可靠性。 同时对于如何提高大型装备维修训练水平、改进维修方法和新型虚拟维修技术研究进行方 案论证和技术探讨。该仿真支撑平台可以根据大型装备的复杂程度进行多粒度分布，其规 模可以根据具体的维修任务规划和实际需求进行相应配置，能够实现大规模、分布式、全生 命周期的复杂协同式虚拟维修操作运行。本发明采用组合式层次结构和模块化设计，由基 于HLA/RTI技术设计虚拟维修分布交互仿真支撑平台，为各类仿真应用提供通用的服务程 序，将不同的软、硬件功能模块进行有机组合，通过底层标准化通信协议实现相互间的数据 信息通信和交互操作控制；多个维修操作人员通过键盘、鼠标标准外设以及数据手套、空间 位置跟踪系统、三维鼠标VR交互外设进行的操作输入，都能够被仿真支撑平台捕获，从而 获取各维修操作人员的操作指令、基本身体姿态和手部空间动作数据信息；各维修操作人 员的操作输入数据信息经过仿真支撑平台分析处理后，通过数据分发管理机制发送到相应 的功能模块，设置不同的协同式虚拟维修任务模式，从而驱动虚拟维修环境中各类三维实体模型进行协同交互仿真及其状态信息的实时更新，实现各工位维修人员协同维修过程中 的操作配合和动作协调。根据上述构思，本发明所提供的大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台(见图 1)，其特征在于包括仿真运行管理模块、故障维修仿真模块、维修操作人员模块、三维立体 视景仿真模块；其中，仿真运行管理模块设计为独立的联邦成员，管理整个仿真支撑平台的 初始化设置、仿真运行和状态监控，通过订购和接收加入仿真系统中其他各模块的数据信 息和发送相应的交互控制指令，从而获取各联邦成员的仿真运行状态，对维修操作人员的 操作过程进行记录，并对其他联邦成员的运行状态进行交互控制，通过相应开发便可以进 行协同式虚拟维修训练的考核；本发明进一步提供大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征在于故障 维修仿真模块作为独立的联邦成员，由装备原型系统仿真模型、故障仿真模型、故障诊断和 维修操作知识库及专家系统、故障诊断和维修操作过程仿真模型组成；通过接收仿真运行 管理模块的交互控制以及维修人员操作模块的状态更新和数据请求，经过模块底层的各类 仿真模型驱动以及相应的数值计算、过程分析和逻辑运算，并将数据更新信息发送至维修 人员操作模块和三维立体视景仿真模块，实现大型装备协同式维修不同任务模式下的故障 注入、故障检测、故障定位和维修排除过程的实时动态仿真。本发明进一步提供大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征在于每个 维修操作人员模块均包括协同式维修操作模块、数据信息处理模块、可视化操作和演示界 面以及RTI服务接口协议模块；维修操作人员模块为1 N个，每个维修操作人员模块设 计为独立的联邦成员，N的数目根据大型装备协同式维修任务的实际需求进行增加或者 减少。协同式维修操作模块通过开发VR外围交互设备的API (Application Programming Interface)接口，捕捉空间位置跟踪系统、数据手套、空间三维鼠标VR(Virtual Reality) 外设的数字信号输入，获取各维修操作人员的操作指令、基本身体姿态和手部空间动作数 据信息；数据信息处理模块通过对获取的操作输入数据信息进行分析和处理，驱动虚拟维 修环境中各虚拟维修人员的人体运动仿真及其维修操作过程中与装备零部件和维修资源 的交互操作；可视化操作和演示界面通过接收故障维修仿真模块和三维立体视景仿真模块 的数据信息和状态更新，对大型装备各分系统的工作原理、故障注入、故障检测、故障定位 和维修排除操作过程，以及诸过程中维修操作人员的任务模式设置和交互操作控制进行可 视化仿真，指导或者考核不同工位维修操作人员的操作步骤和工序流程，并实时显示当前 操作的各种状态信息；RTI服务接口协议模块利用HLA (High Level Architecture)的标准 服务功能，根据各维修人员操作模块的具体需求进行相应的仿真开发，通过仿真支撑平台 的数据信息发布/更新和订购/接收服务机制，实现与加入仿真运行的其他联邦成员之间 的数据通信和交互控制。本发明进一步提供大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征在于三维 立体视景仿真模块作为独立的视景仿真系统联邦成员，由单通道立体投影系统、立体眼镜、 音响设备、立体视景渲染平台以及底层的三维实体运动仿真模型组成，用于创建具有较好 沉浸感的虚拟维修环境；通过接收维修人员操作模块的数据信息和交互控制，以及故障维 修仿真模块各类仿真驱动模型数据的计算和更新，对虚拟维修环境中的各类三维实体模型 (空间环境、装备零部件、人体、维修资源)进行底层驱动、实时渲染、状态更新、特效处理以及信息显示；并将虚拟维修环境中各类更新后的数据信息和状态参数发送到维修人员操作 模块，对其可视化操作和演示界面进行数据信息显示更新。本发明所提供的协同维修方法(见图3)，包括以下步骤步骤 1 在基于HLA/RTI(High Level Architecture/Run-Rti Infrastructure)的 分布交互式计算机网络的图形工作站和各计算机平台安装RTI运行节点，并进行产品注册 和初始化文件配置；步骤2 启动仿真运行管理模块；步骤3 启动故障维修仿真模块；步骤4 启动维修人员操作模块；步骤5 启动三维立体视景仿真模块；步骤6 大型装备虚拟维修仿真运行；步骤7 大型装备协同维修操作。本发明同现有技术相比的优点在于1、通过提供一系列通用的、相互独立的支撑服务程序，使得大型装备各工位维修 操作人员模块能够根据具体的仿真功能进行相互独立的开发，同时通过嵌入编写的、符合 标准服务协议的用户扩展程序，可以将不同领域的仿真应用和软、硬件功能模块进行有机 集成，通过底层标准化通信协议实现各功能模块之间的状态数据更新、交互控制和协同维 修操作，保证了该仿真支撑平台具有较好通用性、扩展性和实时性。2、通过组建具有较好稳定性、实时性和沉浸感的分布交互式虚拟维修环境，为多 工位维修操作人员进行协同虚拟维修训练提供仿真支撑平台。减少了经费开支，又可避免 训练中误操作对实装的损害，提升操作技能，熟悉正确操作规程；通过训练使得操作人员能 够对实装训练和实际作战中武器装备出现的故障，做出准确无误的判断并及时进行维修排 除，确保武器系统的生存能力和可靠性；同时对于提高大型装备维修训练水平、改进维修方 法和进行虚拟维修技术研究具有极大的促进作用。3、利用HLA/RTI提供的联邦管理服务，对其整体方案设计、集成测试、仿真运行 和结果分析整个过程进行管理，确保在仿真开发和设计过程中各个环节都处于可控状态， 便于仿真数据的采集和分析，从而及时地对系统进行VV&A(Verification，Validation andAccreditation)、优化和改进。并且其扩展性能够根据大型装备的复杂程度进行多粒度 分布，实现大规模、分布式、全生命周期的复杂协同式虚拟维修操作运行，以确保仿真支撑 平台的稳定性和可靠运行。


图1 虚拟维修分布交互仿真支撑平台功能模块化设计的总体结构框2 虚拟维修分布交互仿真支撑平台组成及构建框3 协同维修操作流程示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详述。实施例
本发明综合运用复杂系统建模技术、分布交互式仿真技术、CAD(ComputerAided Design)/CAE(Computer Aided Engineering)VR(Virtual Reality)
技术以及系统工程技术，组建具有较好通用性的协同式虚拟维修仿真支撑平台，以及较好 沉浸感和交互性的虚拟维修环境，运用于大型装备日常维护、故障检测和维修操作的技术 指导和协同操作训练过程中。本发明大型装备协同式虚拟维修分布交互仿真支撑平台的 硬件设备包括HPZ800高性能图形工作站、DELL 580计算机节点、Kibps有线局域网络、 Polhemus空间位置跟踪系统、5DT Data Glove 14 Ultra数据手套、3D Connexion空间三维 鼠标、单通道立体投影系统和立体眼镜。软件系统包括仿真运行管理模块、故障维修仿真模 块、协同式维修操作模块、数据信息处理模块、可视化操作和演示界面、RTI服务接口协议模 块、三维立体视景仿真模块。该系统支持大型装备不同工位的维修人员进行协同式维修任 务操作训练，以及不同地域专家成员的维修技术指导，保证各维修人员动作协调、配合一致 地完成维修任务。本发明大型装备协同式虚拟维修仿真支撑平台的组建包括以下内容(参 见图2)1、充分利用装备数字化设计资源，通过CAD设计软件(如Solid Works、CATIA、 Pro/E,3DS Max)创建大型装备零部件、虚拟维修资源(维修工具、检测仪器设备、零部件备 件)的三维模型库，以及虚拟维修环境和虚拟维修人体模型，从而为可视化仿真演示和今 后的类似开发提供通用的模型素材。2、在熟练掌握实际装备故障诊断和维修实施过程的基本原理及其操作流程前提 下，根据协同维修的具体任务需求，制定出协同式虚拟维修训练分布交互仿真支撑平台的 技术框架和体系结构，并开发仿真运行管理模块对整个仿真支撑平台的运行进行控制、管 理和监测。3、通过多领域协同仿真软件设计和开发具有较好通用性、扩展性和实时交互性的 维修操作和故障维修仿真模块，包括维修操作人员模块中的协同式维修操作模块、数据信 息处理模块、可视化操作和演示界面，以及故障维修仿真模块中的原型系统仿真模型、故障 仿真模型、故障诊断/维修操作模型、故障及维修知识库/专家系统，实现故障诊断和协同 维修操作过程仿真中的故障现象注入、故障检测、故障定位及其维修排除。4、基于单通道立体投影系统和视景仿真软件创建三维立体视景仿真模块，实现虚 拟维修环境中实体模型及其状态更新的渲染、人体运动姿态以及操作动作的控制、装备/ 人体/维修资源之间的交互操作，以及协同维修过程中的拆装序列和路径规划、碰撞检测 和运动约束，使开发的虚拟维修环境具有较好的逼真度、沉浸感和可感知性。5、利用HLA/RTI技术提供的通用性服务程序，开发各模块与仿真支撑平台的标准 化接口协议和各类外围交互设备的API接口程序，获取各维修操作人员通过键盘、鼠标标 准外设以及数据手套、空间位置跟踪系统、三维鼠标VR交互外设进行的操作输入，以及相 应的操作指令、基本身体姿态和手部空间动作数据信息。6、通过本发明的仿真支撑平台底层标准化通信协议，实现各模块相互之间的数据 通信和交互控制，并将当前的操作步骤和状态信息反馈到相应维修操作人员模块的可视化 操作和演示界面上进行显示。参见图1、图2:本发明协同式虚拟维修分布交互仿真支撑平台包括仿真运行管理模块、故障维修仿真模块、维修操作人员模块、三维立体视景仿真模块；其中，仿真运行管理模块设计为独 立的联邦成员，管理整个仿真支撑平台的初始化设置、仿真运行和状态监控，通过订购和接 收加入仿真系统中其他各模块的数据信息和发送相应的交互控制指令，从而获取各联邦成 员的仿真运行状态，对维修操作人员的操作过程进行记录，并对其他联邦成员的运行状态 进行交互控制，通过相应开发便可以进行协同式虚拟维修训练的考核。故障维修仿真模块作为独立的联邦成员，由装备原型系统仿真模型、故障仿真模 型、故障诊断和维修操作知识库及专家系统、故障诊断和维修操作过程仿真模型组成，通过 接收仿真运行管理模块的交互控制以及维修人员操作模块的状态更新和数据请求，经过模 块底层的各类仿真模型驱动以及相应的数值计算、过程分析和逻辑运算，并将数据更新信 息发送至维修人员操作模块和三维立体视景仿真模块，实现大型装备协同式维修不同任务 模式下的故障注入、故障检测、故障定位和维修排除过程的实时动态仿真。协同式维修操作模块、数据信息处理模块、可视化操作和演示界面以及RTI服务 接口协议模块组成各维修人员操作模块，每个维修人员操作模块设计为独立的联邦成员， 其数目可根据大型装备协同式维修任务的实际需求进行增加或者减少；其中，协同式维修 操作模块通过开发VR外围交互设备的API接口，捕捉空间位置跟踪系统、数据手套、空间 三维鼠标VR外设的数字信号输入，从而获取各维修操作人员的操作指令、基本身体姿态和 手部空间动作数据信息；数据信息处理模块通过对获取的操作输入数据信息进行分析和处 理，从而驱动虚拟维修环境中各虚拟维修人员的人体运动仿真及其维修操作过程中与装备 零部件和维修资源的交互操作；可视化操作和演示界面通过接收故障维修仿真模块和三 维立体视景仿真模块的数据信息和状态更新，对大型装备各分系统的工作原理，故障注入、 故障检测、故障定位和维修排除操作过程，以及诸过程中维修操作人员的任务模式设置和 交互操作控制进行可视化仿真，指导或者考核不同工位维修操作人员的操作步骤和工序流 程，并实时显示当前操作的各种状态信息；RTI服务接口协议模块利用HLA的标准服务功 能，根据各维修人员操作模块的具体需求进行相应的仿真开发，通过仿真支撑平台的数据 信息发布/更新和订购/接收服务机制，实现与加入仿真运行的其他联邦成员之间的数据 通信和交互控制。三维立体视景仿真模块作为独立的视景仿真系统联邦成员，由单通道立体投影系 统、立体眼镜、音响设备、立体视景渲染平台以及底层的三维实体运动仿真模型组成，用于 创建具有较好沉浸感的虚拟维修环境，通过订购/接收维修人员操作模块的数据信息和交 互控制，以及故障维修仿真模块各类仿真驱动模型数据的计算和更新，对虚拟维修环境中 的各类三维实体模型(空间环境、装备零部件、人体、维修资源)进行底层驱动、实时渲染、 状态更新、特效处理以及信息显示，并将虚拟维修环境中各类更新后的数据信息和状态参 数发送到维修人员操作模块，对可视化操作和演示界面进行数据信息显示更新。参见图3 本发明的协同虚拟维修方法，具体步骤为步骤1 首先组建基于HLA/RTI的分布交互式计算机网络在图形工作站和各计算 机平台安装RTI运行节点，并进行产品注册和初始化文件配置；步骤2 启动仿真运行管理模块步骤2. 1 通过系统界面、模块数据的定义和初始化来创建并加入仿真支撑平台，对整个平台进行初始化设置和运行控制；步骤2. 2 设置仿真时间管理策略、注册协同式维修操作同步点、获取模块数据注 册信息、设置并创建数据通信和交互控制策略；步骤2. 3 通过订购和接收加入仿真系统中其他各模块的数据信息，以及按钮事 件发送相应的交互控制指令，对加入仿真支撑平台的所有成员进行管理、监测和控制。步骤3 启动故障维修仿真模块步骤3. 1 在完成本模块的通用服务操作后，通过处理故障及维修数据信息请求， 发送和更新故障及维修数据信息；所述的通用服务操作是指适用于除仿真运行管理模块外 各模块的系统界面、模块数据的定义和初始化、加入仿真支撑框架系统、设置仿真时间管理 策略、响应协同式维修操作同步点、获取模块数据注册信息、设置并创建数据通信和交互控 制策略；步骤3. 2 执行仿真运行管理模块的相应控制；步骤3.3 处理平台中其他成员模块的数据信息请求，并将更新后的数据信息发 送到相应的成员模块。步骤4 启动维修人员操作模块步骤4. 1 在完成本模块的通用服务操作后，通过接收维修人员操作/交互外设数 据，设置和请求故障及维修数据信息；步骤4. 2 获取和更新故障及维修数据信息，更新视景帧刷新和操作界面数据；步骤4.3 实现协同式维修过程中各类数据的实时通信和交互处理，并对多个维 修操作人员的动作协调进行管理和控制，保证协同式维修操作过程的真实感和准确性。步骤5 启动三维立体视景仿真模块步骤5. 1 在完成本模块的通用服务操作后，进行虚拟维修环境数据初始化和配 置，步骤5.2 开启多线程，使得视景帧刷新和仿真时间推进同步进行，并通过接收视 景帧刷新数据，底层数据分析和处理，进行协同式维修过程的视景仿真。步骤6 大型装备虚拟维修仿真运行步骤6. 1 等待所有模块都成功加入该仿真支撑平台后，各模块一致运行到同步 点——“仿真应用初始化”；步骤6. 2 对各模块的仿真应用程序中各类数据进行初始化，并创建数据通信和 交互控制策略；步骤6. 3 然后再运行到同步点——“准备协同式维修操作”；步骤6.3 根据仿真支撑平台的时间推进机制，按照一定的仿真步长推进仿真运 行；步骤6. 4 当所有的虚拟维修任务完成后，各模块会一致地运行到同步点——“协 同式维修任务结束”，退出仿真支撑平台结束仿真运行。步骤7 大型装备协同维修操作步骤7. 1 所有模块同步到“准备协同式维修操作”，在仿真步长推进下各模块相 互协调地进行协同式虚拟维修操作；步骤7. 2 仿真运行管理模块通过订购和接收其他各模块仿真运行中的数据信息更新，并通过按钮事件发送相应的交互控制指令，对加入仿真支撑平台的所有成员进行管 理、监测和控制；步骤7. 3 各维修人员操作模块利用仿真支撑平台的数据信息发布/更新和订购 /接收服务机制，通过获取、分析、处理和发送操作输入数据信息，并接收故障维修仿真模块 和三维立体视景仿真模块的数据信息和状态更新，实现与其他联邦成员之间的数据通信和 交互控制；步骤7. 4 故障维修仿真模块不断接收仿真运行管理模块的交互控制以及维修人 员操作模块的状态更新和数据请求，经过模块底层的各类仿真模型驱动以及相应的数值计 算、过程分析和逻辑运算，将数据更新信息发送至维修人员操作模块和三维立体视景仿真 模块；步骤7. 5 三维立体视景仿真模块对虚拟维修环境中的各类三维实体模型进行底 层驱动、实时渲染、状态更新、特效处理以及信息显示；步骤7. 6 三维立体视景仿真模块将虚拟维修环境中各类更新后的数据信息和状 态参数发送到维修人员操作模块，步骤7. 7 各维修人员操作模块对可视化操作和演示界面进行数据信息显示更 新，最终实现多个维修人员进行大型装备协同式维修操作以及该过程中的各类信息提示和 技术指导。
权利要求
1.大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征在于包括仿真运行管理模块、 故障维修仿真模块、维修操作人员模块、三维立体视景仿真模块；其中，仿真运行管理模块 设计为管理整个仿真支撑平台的初始化设置、仿真运行和状态监控、对维修操作人员的操 作过程进行记录和协同式虚拟维修训练考核并对其他联邦成员的运行进行交互控制的独 立联邦成员，通过订购和接收加入仿真系统中其他各模块的数据信息和发送相应的交互控 制指令，实现该联邦成员的相应功能；维修操作人员模块为1 N个，每个维修操作人员模 块设计为独立的联邦成员，N的数目根据大型装备协同式维修任务的实际需求进行增加或 者减少。
2.根据权利要求1所述的大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征在于故 障维修仿真模块设计为独立的联邦成员，由装备原型系统仿真模型、故障仿真模型、故障诊 断和维修操作知识库及专家系统、故障诊断和维修操作过程仿真模型组成；通过接收仿真 运行管理模块的交互控制以及维修人员操作模块的状态更新和数据请求，经过模块底层的 各类仿真模型驱动以及相应的数值计算、过程分析和逻辑运算，并将数据更新信息发送至 维修人员操作模块和三维立体视景仿真模块，实现大型装备协同式维修不同任务模式下的 故障注入、故障检测、故障定位和维修排除过程的实时动态仿真。
3.根据权利要求1 2任一所述的大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征 在于每个维修操作人员模块均包括协同式维修操作模块、数据信息处理模块、可视化操作 和演示界面以及RTI服务接口协议模块；
4.根据权利要求1 3任一所述的大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征 在于协同式维修操作模块通过捕捉空间位置跟踪系统、数据手套、空间三维鼠标VR外设 的数字信号输入，获取各维修操作人员的操作指令、基本身体姿态和手部空间动作数据信 息；数据信息处理模块通过对获取的操作输入数据信息进行分析和处理，驱动虚拟维修环 境中各虚拟维修人员的人体运动仿真及其维修操作过程中与装备零部件和维修资源的交 互操作；可视化操作和演示界面通过接收故障维修仿真模块和三维立体视景仿真模块的数 据信息和状态更新，对大型装备各分系统的工作原理、故障注入、故障检测、故障定位和维 修排除操作过程，以及诸过程中维修操作人员的任务模式设置和交互操作控制进行可视化 仿真，指导或者考核不同工位维修操作人员的操作步骤和工序流程，并实时显示当前操作 的各种状态信息；RTI服务接口协议模块利用HLA的标准服务功能，根据各维修人员操作模 块的具体需求进行相应的仿真开发，通过仿真支撑平台的数据信息发布/更新和订购/接 收服务机制，实现与加入仿真运行的其他联邦成员之间的数据通信和交互控制。
5.根据权利要求1 4任一所述的大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台，其特征 在于三维立体视景仿真模块作为独立联邦成员，由单通道立体投影系统、立体眼镜、音响 设备、立体视景渲染平台以及底层的三维实体运动仿真模型组成；通过订购/接收维修人 员操作模块的数据信息和交互控制，以及故障维修仿真模块各类仿真驱动模型数据的计算 和更新，对虚拟维修环境中的各类三维实体模型进行底层驱动、实时渲染、状态更新、特效 处理以及信息显示，并将虚拟维修环境中各类更新后的数据信息和状态参数发送到维修人 员操作模块，对其可视化操作和演示界面进行数据信息显示更新。
6.基于大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台的协同维修方法，其特征在于基于 虚拟维修分布交互仿真支撑平台所提供通用的服务程序，利用底层标准化通信协议实现各模块之间的数据信息通信和交互操作控制，以及各工位维修人员协同维修过程中的操作配 合和动作协调，具体步骤如下步骤1 在基于HLA/RTI的分布交互式计算机网络的图形工作站和各计算机平台安装 RTI运行节点，并进行产品注册和初始化文件配置； 步骤2 启动仿真运行管理模块； 步骤3 启动故障维修仿真模块； 步骤4 启动维修人员操作模块； 步骤5 启动三维立体视景仿真模块； 步骤6 大型装备虚拟维修仿真运行； 步骤7 大型装备协同维修操作。
7.根据权利要求6所述的基于大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台的协同维修 方法，其特征在于步骤2中所述的启动仿真运行管理模块的运行过程为步骤2. 1 通过系统界面、模块数据的定义和初始化来创建并加入仿真支撑平台，对整 个平台进行初始化设置和运行控制；步骤2. 2 设置仿真时间管理策略、注册协同式维修操作同步点、获取模块数据注册信 息、设置并创建数据通信和交互控制策略；步骤2. 3 通过订购和接收加入仿真系统中其他各模块的数据信息，以及按钮事件发 送相应的交互控制指令，对加入仿真支撑平台的所有成员进行管理、监测和控制。
8.根据权利要求6所述的基于大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台的协同维修 方法，其特征在于步骤3中所述的启动故障维修仿真模块的运行过程为步骤3. 1 在完成本模块的通用服务操作后，通过处理故障及维修数据信息请求，发送 和更新故障及维修数据信息；所述的通用服务操作是指适用于除仿真运行管理模块外各 模块的系统界面、模块数据的定义和初始化、加入仿真支撑框架系统、设置仿真时间管理策 略、响应协同式维修操作同步点、获取模块数据注册信息、设置并创建数据通信和交互控制 策略；步骤3. 2 执行仿真运行管理模块的相应控制；步骤3. 3:处理平台中其他成员模块的数据信息请求，并将更新后的数据信息发送到 相应的成员模块。
9.根据权利要求6所述的基于大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台的协同维修 方法，其特征在于步骤4中所述的启动维修人员操作模块的运行过程为步骤4. 1 在完成本模块的通用服务操作后，通过接收维修人员操作/交互外设数据， 设置和请求故障及维修数据信息；步骤4. 2 获取和更新故障及维修数据信息，更新视景帧刷新和操作界面数据； 步骤4. 3 实现协同式维修过程中各类数据的实时通信和交互处理，并对多个维修操 作人员的动作协调进行管理和控制，保证协同式维修操作过程的真实感和准确性。
10.根据权利要求6所述的基于大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台的协同维修 方法，其特征在于步骤5中所述的启动三维立体视景仿真模块运行过程为步骤5. 1 在完成本模块的通用服务操作后，进行虚拟维修环境数据初始化和配置， 步骤5. 2 开启多线程，使得视景帧刷新和仿真时间推进同步进行，并通过接收视景帧刷新数据，底层数据分析和处理，进行协同式维修过程的视景仿真。
11.根据权利要求6所述的基于大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台的协同维修 方法，其特征在于步骤6中所述的大型装备虚拟维修仿真运行的具体步骤为步骤6. 1 等待所有模块都成功加入该仿真支撑平台后，各模块一致运行到同步点—— “仿真应用初始化”；步骤6. 2 对各模块的仿真应用程序中各类数据进行初始化，并创建数据通信和交互 控制策略；步骤6. 3 然后再运行到同步点——“准备协同式维修操作”；步骤6. 3 根据仿真支撑平台的时间推进机制，按照一定的仿真步长推进仿真运行；步骤6. 4 当所有的虚拟维修任务完成后，各模块会一致地运行到同步点——“协同式 维修任务结束”，退出仿真支撑平台结束仿真运行。
12.根据权利要求6所述的基于大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台的协同维修 方法，其特征在于步骤7中所述的大型装备协同维修操作的具体步骤为步骤7. 1 所有模块同步到“准备协同式维修操作”，在仿真步长推进下各模块相互协 调地进行协同式虚拟维修操作；步骤7. 2 仿真运行管理模块通过订购和接收其他各模块仿真运行中的数据信息更 新，并通过按钮事件发送相应的交互控制指令，对加入仿真支撑平台的所有成员进行管理、 监测和控制；步骤7. 3 各维修人员操作模块利用仿真支撑平台的数据信息发布/更新和订购/接 收服务机制，通过获取、分析、处理和发送操作输入数据信息，并接收故障维修仿真模块和 三维立体视景仿真模块的数据信息和状态更新，实现与其他联邦成员之间的数据通信和交 互控制；步骤7. 4 故障维修仿真模块不断接收仿真运行管理模块的交互控制以及维修人员操 作模块的状态更新和数据请求，经过模块底层的各类仿真模型驱动以及相应的数值计算、 过程分析和逻辑运算，将数据更新信息发送至维修人员操作模块和三维立体视景仿真模 块；步骤7. 5 三维立体视景仿真模块对虚拟维修环境中的各类三维实体模型进行底层驱 动、实时渲染、状态更新、特效处理以及信息显示；步骤7. 6 三维立体视景仿真模块将虚拟维修环境中各类更新后的数据信息和状态参 数发送到维修人员操作模块，步骤7. 7 各维修人员操作模块对可视化操作和演示界面进行数据信息显示更新，最 终实现多个维修人员进行大型装备协同式维修操作以及该过程中的各类信息提示和技术 指导。
全文摘要
本发明涉及大型装备虚拟维修分布交互仿真支撑平台及协同维修方法。采用组合层次结构和模块化设计，通过底层标准化通信协议为各类仿真应用提供通用服务程序，实现不同软、硬件功能模块间的数据通信和交互控制；由仿真运行管理、故障维修仿真、维修操作、视景仿真基本功能模块组成；该平台通过标准外设和VR交互设备捕获各训练人员的操作输入、身体姿态和手部空间动作数据信息，设置不同协同维修模式并驱动虚拟维修环境中各三维实体模型，进行协同交互仿真及状态信息的实时更新，实现协同维修过程中各维修人员的操作配合和动作协调；本发明具有较好的通用性、扩展性、实时性和沉浸感，能够支持大型装备不同工位多维修人员协同维修任务的模拟训练。
文档编号G09B9/00GK102136204SQ201110046538
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者张志利, 李向阳, 高钦和, 龙勇 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院