CFM56-7B发动机高压压气机拆装训练系统设计

 摘 要:此论文以CFM56-7B发动机高压压气机为研究对象，使用catia软件构建三维模型，将模型导入Cortona3D RapidLearning虚拟现实软件中，开发出三维交互式CFM56-7B发动机高压压气机拆装训练系统。将拆装操作中的注意事项、经验等融入到训练系统中，使其能模拟CFM56-7B发动机高压压气机真实的拆装操作。通过该系统可迅速提升航空公司机务人员拆装技术能力和理论知识水平，考试模式能检验学员的学习效果，考查学员是否真正掌握了相关技能。
关键词: CFM56-7B高压压气机；Cortona3D；数据库；训练系统；
中文分类号: V239 文献标识码: A
Development of CFM56-7B Engine High-Pressure Compressor Removal Procedure Design Based on Virtual Reality
Zhang Qing 1, Zhao Hong Li 2, Guo Qing 3
(1.Civil Aviation University of China, Tianjin, Postcode 300300; 2 Civil Aviation University of China, Tianjin, Postcode 300300; 3. Civil Aviation University of China, Tianjin, Postcode 300300;)
Abstract:.On the basis of an initial understanding of the CFM56-7B widely used in civil aviation to the CFM56 engines as the research object, combined with the CFM56-7B engine manual and related documents, the use of the existing three-dimensional model data and the Cortona3D RapidLearning module, developed a virtual three-dimensional interactiveformula to maintain self-learning systems. Maintenance operation precautions experience into self-learning system, this system is able to simulate a CFM56-7B real maintenance operations. Through the study of the system can rapidly enhance the skills and knowledge level of the students. And, through self-examination mode test students' learning effect, to examine whether the students truly master the skills.
Keywords: CFM56-7B engine; Cortona3D ; Database; 3D maintenance training system;
0引言
[ 作者简介：张青（1986 -），女，天津人,中国民航大学讲师，研究方向为民用飞机发动机虚拟维修与适航。
Email：zhangqing.guagua@163.com
]随着虚拟现实技术的发展，通过计算机对现实环境的3D模拟成为可能，为使用者提供了虚拟环境。Cortona3D 软件是功能强大的交互式三维可视化仿真工具。Cortona3D 软件适用虚拟现实建模语言VRML技术的wrl格式，允许用户创建虚拟三维场景，实现人机交互，并且通过脚本定义可以实现3D物体的拆装、旋转等行为。RapidLearning维护训练模块能够将已有的CAD资源和培训文档结合起来，生成数字化的、交互式的三维动画仿真的培训。“三维交互式CFM56-7B发动机高压压气机拆装训练系统”基于VRML平台[1]，使用catia软件构建三维模型，将模型导入Cortona3D RapidLearning虚拟现实软件中，整合多种计算机网络技术，使用VRML技术进行虚拟训练系统开发以及数据管理系统的研究，并结合Java、HTML、JavaScript等编程技术，通过对Cortona3D软件的Learning模块修改，实现考核成绩数据的存储查询，对发布后网面改进，实现B/S结构布局、界面本地化与用户数据记录，实现对航空公司机务拆装训练的考核交互体验[2]。
1虚拟拆装动作仿真
CFM56是装载于B737飞机上的高涵道比、双转子、轴流式的涡轮风扇发动机，是由美国通用电气公司（GE）和法国国营航空发动机研制公司（SNECMA）组成的国际公司（GEMI）研制生产的。使用catia软件构建CFM56-7B发动机高压压气机三维模型，将模型导入Cortona3D RapidLearning[3]虚拟现实软件中Generic Training模块。数据导入后需调整整体坐标与局部坐标，使它们的方向一致。点击工具栏上Fit Scene按钮旁的下拉菜单，选择一种调整方式确定整体坐标的方向。这里选择向前对齐，点击之后整体坐标确定并精确定位。

根据飞机维护手册AMM[4]，把CFM56-7B发动机高压压气机的拆装分为三大的子任务：1.观察压气机的外形；2.拆卸压气机叶片；3.拆分压气机鼓筒、盘和轴。首先在3D视图或树状列表中选择第一级叶片卡箍，点击程序工具栏上的“New Action”按钮，选择“Detach the object”动作，下方的动作形式选择第一个“Flash-Transform”，这样部件将会在闪烁过后移除，如图2所示。展开“Detach the object”动作，修改“Transform”属性值。在3D视图中拖动第一级卡箍上的坐标轴到指定位置，之后确定保存。此卡箍将在闪烁过后移出并消失，如图1所示。

图1 拆装动画最终效果图
2拆装训练系统开发
2.1拆装培训方案设计
将Cortona3D RapidLearning切换到培训方案编辑器，添加方案名为“拆卸压气机”。点击add step，在第一步中键入“1-观察压气机外形”，点击add element，在编辑元素窗口中选择All items。
新建的Operation命名为围绕压气机转动。点击 add question，键入问题为“CFM56发动机高压压气机有多少级？”，点击add possible answer键入第一个答案为正确答案，键入“9”，第二至第四个答案依次为“10”、“8”、“7”。
点击add Step，在第二步中键入“1-1”表示关联步骤1-1，点击add element，添加Operation，命名“1-1”，点击add animation，在弹出的Link to Animation窗口中选择动作组：Step1-1观察压气机模型。
本次制作的预期效果是在考核系统的答题中，不管答题对与否，问题后的动画均可正常播放，以及答题错误时能跳过。
经过多次试验发现每次答题错误后，系统会默认返回到该题目前的一步的初始状态，因此我们要在每个问题前要关联一个保存视角的动画。由于第一和第二个问题之间模型的视角、装配状态没有发生改变，因此按照上述方法编写第三、四步的问题以及动画的关联。在第二个问题结束后会播放“拆卸第一级叶片”的动画，即第三个问题开始前的状态与第一、二个问题前的状态不同，必须添加一个保存视角状态的动画才能达到预期的效果。此时要切换到动作编辑器，在步骤“2-1拆卸第一级叶片”后添加一个Action union并命名为“空白”，添加一个New Action 选择Detach the object 点击OK，选择整个压气机模型，点击Detach the <nothing>的<nothing>，在弹出新窗口点OK。展开该动作，将动作中的“Flash”、“Transform”两项删去。点击刷新按钮，将播放进度拖到动作组“2-1拆卸第一级叶片”的最后并暂停。点击动作Detach下的“Set Viewpoint”设置为该视角并将时间帧缩短为0.5S，然后点击刷新按钮。再次切换到培训方案编辑器，点击add Step，并且键入“2-2空白”，点击add element，在编辑元素窗口中选择All items，然后，点击OK。新建的Operation命名为“空白”并展开，点击add animation ，在弹出的Link to Animation窗口中选择SUBTASK2-1下的动作组：空白，点击OK。
再次点击add Step，命名为“2-2拆卸压气机二、三级叶片”。点击add element在编辑元素窗口中选择All items，然后，点击OK。新建的Operation命名为“2-2拆卸压气机二、三级叶片”并展开，点击add question，键入问题为“第三级压气机盘燕尾槽是什么类型的，然后点击add possible answer键入答案。

图2 培训系统步骤顺序
再次点击add Step，命名为“2-2”。点击add element在编辑元素窗口中选择All items，然后，点击OK。新建的Operation命名为“2-2”并展开，点击add animation，在弹出的Link to Animation窗口中选择SUBTASK2-2下的动作组：2-2拆卸压气机二、三级叶片，点击OK。
在培训系统编辑器的步骤可大致归纳为“问题前状态保存——问题——问题后动画播放”。 按照上述方法将剩余的问题以及动画编辑完成。最后如图2所示。
步骤中每一步都可以设置一个faults值和weight值，前者表示该步可错次数，后者表示权重分值。因此将问题所在的步骤的faults值和weight值均设为1，其余的非问题所在的步骤的faults值和weight值均改成0.
2.2拆装考评系统开发
以Cortona3D RapidLearning发布模块对虚拟拆装培训系统进行网上发布，如图3所示。发布网页共有三种模式，演示模式、学习模式和考核模式。通过对JavaScript代码的修改，使用B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式），B/S结构有利于资源的共享，同时也可以记录用户数据，可通过 HTML 网页对模具系统进行网上交流和学习[5]，实现用户的交互式学习，同时在数据库中记录培训成绩，方便对培训人员学习情况的跟踪调查。
该界面左下角为选择的训练模式。分别为“演示”、 “学习”、“考核”。单击模式前的单选按钮，点击“激活模式”按钮，仿真系统将自动进入考核模式的训练，系统将运行并对操作进行记录，它要求操作者在特定的时间内完成操作。白色方框为答题区域。通过点击下拉菜单选择正确的答案，点击提交按钮，同时有点选部件，部件识别的问题。当培训者选择了正确的选择并点击提交后，在右侧的3D演示框中会播放正确拆装动画，帮助学员加深记忆，巩固所学知识。当学员完成了所有题目后，系统会弹出网页文本框要求培训学员输入姓名、学号。而后向培训学员展示此次考核成绩,并将其记录到数据库中。

图3虚拟拆装培训系统网页发布

3　结语
“三维交互式CFM56-7B发动机高压压气机拆装训练系统”基于VRML平台，使用catia软件构建三维模型，将模型导入Cortona3D RapidLearning虚拟现实软件中，使用VRML技术进行虚拟训练系统开发以及数据管理系统的研究，并结合Java、HTML、JavaScript等编程技术，通过对Cortona3D软件的Learning模块修改，实现考核成绩数据的存储查询，通过对JavaScript代码的修改，对发布后网面改进，使用B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式），B/S结构有利于资源的共享，同时也可记录用户数据，可通过 HTML 网页对模具系统进行网上交流和学习，实现用户的交互式学习。当学员完成了所有题目后，系统会弹出网页文本框要求培训学员输入姓名、学号，而后向培训学员展示此次考核成绩，同时在数据库中记录培训成绩，方便对培训人员学习情况的跟踪调查。通过该系统可迅速提升航空公司机务人员拆装技术能力和理论知识水平，考试模式能检验学员的学习效果，考查学员是否真正掌握了相关技能。
参考文献
[1] 张德丰，周灵．VRML虚拟现实应用技术[M]．北京：电子工业出版社，2010.
[2] 禹正扬，何生等.虚拟现实建模语言(VRML)在数字化医学图像中的应用[J].生物医学工程学杂志，2003，20（2）：222-228.
[3] 杨志甫.PG Cortona3D——现代制造业三维后勤保障技术新平台[J].CAD/CAM与制造业信息化，2009，（Z1）：60-63.
[4]BOEING.737-600/700/800 MAINTENANCE MANUAL[M]，2005
[5] Shuang Li ; Dept. of Educ，et al. Research on Application of Virtual Reality Technology in Teaching and Training．[C]．Computer and Electrical Engineering 2009. ICCEE '09. Second International Conference on．2009103(2): 77 – 80．