基于过程建模的复杂装备虚拟维修训练仿真

　　虚拟现实技术为大型复杂武器系统的维修训练提供了有效的解决途径,开发虚拟维修系统可以解决装备维修训练中存在的成本高、危险性大等问题。目前多数研究集中在装备数字样机建模、装配/拆卸规划和虚拟人体建模与控制方面[1-4]。但对于大型武器装备,由于其维修工作工序复杂,涉及的维修保障资源多,如何在一个较高层面上有效地规划各项维修任务,合理地利用有限的维修资源,是建立装备虚拟维修训练系统时必须要考虑的内容。

　　维修工作由不同的维修任务组成,每个维修任务又由多个维修工序组成,维修过程则由这些相对独立的维修工序的顺序或并行执行构成,因此,对复杂装备的维修过程建模属于典型的离散事件系统建模范畴。目前用于离散系统过程建模的方法主要包括IDEF3、UML、PERT图、Petri网等,其中, Petri网方法既有图形化建模的直观形象的优点,还兼具严格定义的数学分析能力,笔者利用改进的Petri网对复杂装备的维修过程进行描述,并基于此描述网络,结合虚拟维修样机及虚拟场景显示平台,建立了复杂装备的虚拟维修训练仿真系统。

　　1　维修过程模型的建立

　　1·1　维修过程信息及保障资源描述

　　维修过程建模主要包括对装备的维修状态、维修作业的执行、约束条件以及对维修保障资源的描述。在维修过程Petri网模型中,用库所代表维修对象和维修资源的状态;变迁表示活动,即维修作业的执行;用有向弧表示的网络逻辑关系代表了维修作业的约束条件;维修保障资源则利用库所中的托肯来表示。

　　1·1·1　维修作业的约束建模

　　维修作业变迁是否能够执行,不但要受到维修保障资源的制约,还与对象的维修状态密切相关。图1a)表示维修作业变迁A只有在维修作业B完成后才能开始,图1b)则表示维修作业需要有维修资源W和M才能进行。

　　1·1·2　维修保障资源建模

　　维修保障资源包括人员、设备、维修工具、备件和维修辅助信息资料等,这些维修保障资源在维修过程描述网中被抽象为托肯。为了更好的应用于维修过程建模,可以将其扩充为资源对象托肯,不同的维修资源被定义为不同类型的托肯对象,其属性包括资源类型、名称及其特有属性。如表示维修人员的对象托肯可以描述为:

　　这些维修资源对象托肯所拥有的属性信息和函数,大大丰富了维修资源托肯所包含的信息,有利于更加真实地描述维修资源的状态与活动。在维修过程描述模型中,通过建立一个全局的资源库所来存放所有的维修资源对象托肯。某项维修作业变迁触发时需要判断资源库所中是否存在相应的保障资源托肯,且所需资源的数量及其状态属性是否满足维修作业的需求;如不满足,则相应的维修作业不能展开,需要等待系统释放足够的维修保障资源后才能进行。图2表示了资源托肯的占用与释放,以及不同维修作业对于相同维修资源的竞争。