來(lái)源：

今后，隨著汽車結(jié)構(gòu)和技術(shù)的復(fù)雜化，維修越來(lái)越困難，汽車維修性問(wèn)題將日益突出。任何技術(shù)裝備與設(shè)備都有維修性問(wèn)題。過(guò)去在汽車領(lǐng)域很少提及維修性問(wèn)題是因?yàn)槠嚨慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)人，其作用和對(duì)社會(huì)的影響并不突出。汽車維修性低下，不僅影響用戶對(duì)汽車的正常使用要求和使用時(shí)間，而且導(dǎo)致社會(huì)總體汽車維修費(fèi)用和維修人員急劇增加，導(dǎo)致社會(huì)資源的浪費(fèi)和社會(huì)效率的下降。因此，伴隨著汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，汽車維修性問(wèn)題成為各大汽車生產(chǎn)企業(yè)在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)時(shí)必須關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。

維修性計(jì)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(lái)是指“在武器裝備研制過(guò)程中，承包方和采購(gòu)方通過(guò)一定的技術(shù)手段和技術(shù)過(guò)程共同確定裝備是否達(dá)到合同規(guī)定的維修性設(shè)計(jì)要求的活動(dòng)”。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(lái)之后進(jìn)行，演示結(jié)果很難影響設(shè)計(jì)方案。因此也造成裝備維修過(guò)程的巨大浪費(fèi)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(jì)問(wèn)題主要原因是：（1）在產(chǎn)品模型和樣機(jī)制造出來(lái)之后，設(shè)計(jì)方案基本定型，維修性問(wèn)題常常不能引起足夠的重視；(2)在設(shè)計(jì)過(guò)程中缺少一種可以把設(shè)計(jì)產(chǎn)品三維可視化的工具，幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)。這些問(wèn)題的存在，客觀上提出一個(gè)在裝備設(shè)計(jì)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(yùn)用。

美軍十分重視可靠性和維修性CAD/CAE技術(shù)的研究，美國(guó)國(guó)防部始終把加速實(shí)現(xiàn)可靠性和維修性設(shè)計(jì)能力集成到CAD和CAE過(guò)程的研究放到優(yōu)先考慮的位置，并把這種集成化過(guò)程的努力當(dāng)作CALS（計(jì)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(lái)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(duì)未來(lái)汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)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(jì)算機(jī)演示的基本概念、維修性計(jì)算機(jī)演示技術(shù)在汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)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(duì)汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)技術(shù)和過(guò)程的研究有重要參考價(jià)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(gè)重要概念，是維修性驗(yàn)證中的一個(gè)重要工作過(guò)程[1-6]。 維修性演示是在武器裝備采辦過(guò)程中，為保證武器裝備質(zhì)量，承制方和采購(gòu)方聯(lián)合檢驗(yàn)正在設(shè)計(jì)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(guò)程。

1.2 維修性演示的分類

維修性演示是通過(guò)維修操作試驗(yàn)的方式檢驗(yàn)產(chǎn)品的維修性，這種檢驗(yàn)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(guò)程的基本技術(shù)特征。

最初的維修性演示是在裝備實(shí)際模型、樣機(jī)或產(chǎn)品上，在盡可能真實(shí)的使用環(huán)境和維修環(huán)境下，由經(jīng)過(guò)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(yàn)計(jì)劃進(jìn)行維修操作來(lái)檢驗(yàn)裝備是否達(dá)到了規(guī)定的維修性設(shè)計(jì)要求。相對(duì)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(jì)算機(jī)演示和虛擬演示[7-12]。維修性計(jì)算機(jī)演示和虛擬演示分別是用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在計(jì)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(guò)程發(fā)生了變化，但是演示過(guò)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(jì)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(jì)算機(jī)演示和虛擬演示（如圖 4所示），后面分別簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)演示、計(jì)算機(jī)演示和虛擬演示。

2 計(jì)算機(jī)演示的技術(shù)內(nèi)涵與功用

2.1 計(jì)算機(jī)演示的技術(shù)內(nèi)涵

維修性計(jì)算機(jī)演示是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，在根據(jù)產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立的產(chǎn)品計(jì)算機(jī)圖形模型上，利用計(jì)算機(jī)圖形維修仿真技術(shù)檢驗(yàn)產(chǎn)品是否達(dá)到規(guī)定的維修性要求的過(guò)程。

計(jì)算機(jī)演示過(guò)程可以用圖5所示情況表示。

2.2 計(jì)算機(jī)演示過(guò)程的性質(zhì)

計(jì)算機(jī)演示是在傳統(tǒng)演示方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(diǎn)。這些新特點(diǎn)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(gè)過(guò)程的性質(zhì)發(fā)生了根本的改變。計(jì)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(guò)程的性質(zhì)也有很大差別。了解過(guò)程的性質(zhì)是區(qū)分這一過(guò)程與其它過(guò)程的最根本方法，是確定項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的根本所在。

2.2.1計(jì)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(jì)算機(jī)演示與傳統(tǒng)演示雖然都是通過(guò)維修操作過(guò)程試驗(yàn)檢驗(yàn)產(chǎn)品的維修性，但是其過(guò)程已經(jīng)發(fā)生了很大變化。兩者的主要差別是計(jì)算機(jī)演示用計(jì)算機(jī)圖形模型代替了產(chǎn)品模型和樣機(jī)，用計(jì)算機(jī)人體模型代替了維修人員，用維修過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真代替了實(shí)際維修過(guò)程，用計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)代替了實(shí)際專家指導(dǎo)，用計(jì)算機(jī)模擬維修環(huán)境代替了實(shí)際模擬維修環(huán)境。一句話，傳統(tǒng)演示是在真實(shí)的物理?xiàng)l件下進(jìn)行，而計(jì)算機(jī)演示只是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。這些改變使得過(guò)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(lái)主要以物理過(guò)程為特征的傳統(tǒng)演示過(guò)程變?yōu)橐援a(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信息處理過(guò)程，兩個(gè)過(guò)程的對(duì)比如圖6和圖7所示。

從兩者對(duì)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(jì)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(jì)算機(jī)演示雖然保留了通過(guò)維修操作試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品維修性的根本技術(shù)特征，但這種試驗(yàn)也不再是物理意義上的試驗(yàn)，僅僅是一種用計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行的一種試驗(yàn)，這與一般的計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)具有相同的作用和意義，可以直接稱為：“維修性計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)”。由于這種維修性計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)是以產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信息處理過(guò)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(fèi)，而且能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段僅僅依賴產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)就能夠進(jìn)行產(chǎn)品維修性的檢驗(yàn)和分析。同時(shí)也應(yīng)注意到：維修性計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)與其它計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)不能完全代替真正的實(shí)驗(yàn)一樣，在目前技術(shù)發(fā)展水平上維修性計(jì)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(shí)的維修性演示試驗(yàn)在裝備維修性驗(yàn)證上仍有重要意義。

2.2.2計(jì)算機(jī)演示與虛擬演示

計(jì)算機(jī)演示和虛擬演示分別是用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在計(jì)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(diǎn)，在兩者之間相比又存在很多差別。

計(jì)算機(jī)演示和虛擬演示與傳統(tǒng)演示相比，存在的共同點(diǎn)是：雖然演示所使用的技術(shù)手段和技術(shù)過(guò)程發(fā)生了變化，但是演示過(guò)程的本質(zhì)上一樣的，都是通過(guò)維修作業(yè)的試驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品的維修性，演示過(guò)程都具有相同的基本技術(shù)特征。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)演示是維修性計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)，則虛擬演示可以稱為維修性虛擬試驗(yàn)。

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(guò)程和技術(shù)，虛擬演示與計(jì)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(jì)算機(jī)演示不需要計(jì)算機(jī)以外的其他復(fù)雜設(shè)備，而虛擬演示依賴計(jì)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(diǎn)，因?yàn)橥度胄院徒换バ允翘摂M仿真賴以生存的二個(gè)關(guān)鍵因素[13-16]。這種要求使得虛擬演示與計(jì)算機(jī)演示過(guò)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(jì)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(guò)程中程序員與計(jì)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(jì)算機(jī)演示在汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)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(jì)過(guò)程里僅僅是在產(chǎn)品定型或基本定型階段檢驗(yàn)裝備是否滿足維修性要求的一個(gè)技術(shù)階段和工作過(guò)程。為了彌補(bǔ)人類認(rèn)識(shí)能力的差距，利用實(shí)際模型和樣機(jī)來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員理解所設(shè)計(jì)裝備的空間形狀和幾何信息、通過(guò)維修試驗(yàn)評(píng)價(jià)維修性設(shè)計(jì)結(jié)果，這使得傳統(tǒng)演示的應(yīng)用有很大的局限性。計(jì)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(jì)的信息資源－CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這不僅僅改變了設(shè)計(jì)信息的提取和分析方式，而且極大地?cái)U(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(guò)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(jì)算機(jī)演示在汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程的作用大致可以分為下面幾個(gè)方面：

(1)協(xié)助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行汽車整體維修性設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中檢查設(shè)計(jì)方案是否滿足規(guī)定的維修性要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和改正設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提高產(chǎn)品維修性設(shè)計(jì)水平，減少因設(shè)計(jì)造成的損失，并且可以通過(guò)多種方案比較進(jìn)行維修性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(2)在汽車產(chǎn)品定型階段，對(duì)所研制產(chǎn)品的維修性進(jìn)行演示，幫助營(yíng)銷人員和使用人員了解汽車性能，為汽車營(yíng)銷提供必要的信息，協(xié)助采辦人員進(jìn)行決策。

(3)通過(guò)三維圖形方式使汽車設(shè)計(jì)結(jié)果可視化，為設(shè)計(jì)人員提供更多的設(shè)計(jì)信息，幫助設(shè)計(jì)人員更好地了解設(shè)計(jì)方案，便于積累經(jīng)驗(yàn)和提高設(shè)計(jì)水平。

(4）汽車維修性計(jì)算機(jī)演示實(shí)例和維修過(guò)程演示實(shí)例可以用于汽車維修性設(shè)計(jì)人員和汽車維修人員培訓(xùn)。

(5)維修性計(jì)算機(jī)演示對(duì)實(shí)際維修性演示試驗(yàn)具有計(jì)算機(jī)輔助分析作用，也可以對(duì)具體維修過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃、預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高維修過(guò)程的質(zhì)量和效率。

(6)演示結(jié)果可以自動(dòng)生成計(jì)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(jì)算機(jī)演示在汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程的作用如圖10所示。

由上面維修性計(jì)算機(jī)演示作用的分析可以看到，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)汽車研制和汽車營(yíng)銷推薦，以及推進(jìn)汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程、推進(jìn)同時(shí)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(gè)方面：

(1)在設(shè)計(jì)階段能夠進(jìn)行汽車維修性的設(shè)計(jì)分析和演示，可以縮短汽車產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)，提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量，減少汽車維修費(fèi)用。

(2)汽車維修性計(jì)算機(jī)輔助分析（Car MCAE）和汽車全數(shù)字設(shè)計(jì)河開(kāi)發(fā)是在同時(shí)工程環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)（參閱圖11），圖中所示內(nèi)容也表明其設(shè)計(jì)流程和兩者之間的關(guān)系也很明確。同時(shí)，汽車維修性計(jì)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(gè)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(jì)開(kāi)發(fā)是指利用計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的技術(shù)，是在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)輔助下通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，全面模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、裝配、制造等過(guò)程。其中汽車維修性計(jì)算機(jī)演示是其中重要的一個(gè)部分，尤其是在汽車結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，機(jī)艙空間越來(lái)越緊湊的情況下。

（2）數(shù)字設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力、縮短產(chǎn)品研制周期、降低開(kāi)發(fā)成本，汽車維修性計(jì)算機(jī)演示技術(shù)作為汽車數(shù)字設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程的一部分，可以實(shí)現(xiàn)在汽車設(shè)計(jì)階段對(duì)汽車維修性進(jìn)行評(píng)估，促進(jìn)減少汽車維修的社會(huì)負(fù)擔(dān)，并且節(jié)約社會(huì)資源。同時(shí)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(jì)開(kāi)發(fā)的關(guān)系和總體構(gòu)成，它們是建立在同時(shí)工程概念上的復(fù)雜技術(shù)過(guò)程。要達(dá)到最佳設(shè)計(jì)目標(biāo)需要企業(yè)間的協(xié)作，才能在最短時(shí)間內(nèi)組織全球范圍的設(shè)計(jì)和制造資源開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，大大提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

（轉(zhuǎn)載）