一种维修可达性定量化映射方法及系统

本发明涉及工程维修，尤其涉及一种维修可达性定量化映射方法及系统。

背景技术：

1、现有维修性评估工作中，维修可达性通常采用专家经验打分、问卷调查或者“好/一般/差”等定性方式进行描述。对于结构复杂、空间受限、动作路径受约束的动力能源系统，传统定性评估存在三个突出问题：一是评价主观性强，不同人员给出的结果差异较大；二是缺少可复现的量化依据，难以支撑设计优化与方案比选；

2、因此，需要提出一种能够将维修可达性的定性描述转化为可计算、可解释、可复核的定量结果的方法，使评估结论既可服务于工程设计，又能够通过统一等级表达支撑跨平台、跨工况的对比分析。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决现有维修可达性评价方法中大多依赖于人工主观判断，进而导致可达性评价不客观以及无法量化的技术问题，本发明提出一种维修可达性定量化映射方法，该方法包括以下步骤：

2、s1、采集场景特征信息并生成初始参数集；s2、利用该参数集驱动虚拟维修环境的构建，完成场景样本的生成；s3、从视觉、操作及空间三个维度构建可达性评估体系，对样本进行量化打分；s4、依据评分结果划分不同等级。

3、在一些实施例中，步骤s1，还包括：

4、获取维修对象、维修口、障碍物、工具、人体姿态、目标部件位置以及作业动作类型等原始信息，并将影响维修性的关键输入划分为连续型变量集和离散型变量集。

5、其中，连续型变量优选包括维修口尺寸、维修纵深、间隙距离、工具长度、人体关节活动范围等；离散型变量优选包括工具类型、紧固件规格、维修体位、动作类型以及作业顺序等，从而实现对真实维修工况的结构化表达。

6、针对不同物理属性的参数建立概率分布模型；对于闭区间约束参数，可采用均匀分布或截断正态分布；对于单边约束参数，可采用韦布尔分布或其他右偏分布，以真实反映制造公差、工况波动及使用条件的不确定性。

7、基于所述概率分布，采用蒙特卡洛方法生成多组参数样本，从而形成覆盖典型工况、临界工况和极端工况的样本集合，用于驱动后续虚拟维修场景批量重建及可达性统计评估。

8、在一些实施例中，还包括：

9、为表征连续型变量与离散型变量之间的耦合约束，可构建条件概率矩阵，并在满足已知工程约束的前提下采用最大熵方法或其他概率一致性方法进行求解，以使工具选型、体位选择和动作方式与空间尺度条件保持匹配。

10、基于上述实施例，步骤s1输出为后续仿真计算可直接调用的参数化输入集、参数约束关系以及基准工况配置文件。

11、在一些实施例中，步骤s2，其具体包括：

12、根据映射函数对设备几何形态、目标件位置、人体工效学约束、工具包络空间及障碍物分布进行统一建模，从而生成与当前样本参数相对应的三维虚拟维修场景。

13、在该步骤中，优选进一步构建“完全不可达”和“完全可达”的基准样本，分别作为量化区间的下限与上限；所述基准样本可用于后续等级边界确定，也可用于模型标定、阈值比对和算法正确性验证。

14、在一些实施例中，步骤s3中的视觉可达性指标，其具体包括：

15、视觉可达性定量化用于表征维修人员在操作过程中对目标部件的观察可行性，综合考虑视域覆盖、目标姿态遮挡、观察角度及视觉工效量等因素，并输出视觉可达性定量化指标。

16、视觉可达性指标可采用加权模型，其中r表示视域因素评估值，g表示目标姿态因素评估值，a表示视角舒适度评估值，f表示视觉工效量评估值，为相应权重且权重之和为1。

17、其中：

18、视域因素评估值可通过下式进行计算：

19、

20、式中,为观测物表面划分的三角网格总数,为个网格的面积（即分母为目标总表面积）。为考虑环境物体遮挡因素时人眼所能看到的网格的数量,为第个可见网格的面积,为该可见网格基于近界率插值得到的视域系数值。

21、物姿因素评估值可通过下式进行计算：

22、

23、式中为第个可见三角网格对应的物姿系数值。

24、在人机工学中,视角是指观测物尺寸的两端与视点两条连线的夹角,视角大小可通过下式进行计算：

25、

26、视觉工效量由视域因素评估值、物姿因素评估值、视角因素评估值计算得出，其量化计算公式为式：

27、

28、通过该指标，可将“看得见”这一经验性判断转化为可比较、可统计分析的量化结果，为后续综合评估提供视觉维度依据。

29、在一些实施例中，步骤s3的实体可达性指标，其具体包括：

30、实体可达性定量化用于评估工具或手部接触目标部件的难易程度，结合虚拟场景中的操作路径长度d和目标特征尺寸w构建实体可达性指标，以反映“够得着”的操作效率。

31、实体可达性指标可采用菲茨定律型模型，其中为动作启动基准时间，为信息处理速率倒数，为操作路径长度，为目标尺寸。

32、通过对不同路径、不同目标件及不同工具条件进行统一量化，该量化可为维修对象的接触可行性和操作效率提供可比分析依据。

33、在一些实施例中，步骤s3的空间可达性指标，其具体包括：

34、空间可达性定量化用于面向具体作业动作过程评估空间余量是否满足维修要求；该模块优选根据工具运动类型、旋转参考轴、步长设置和局部坐标系，逐步求解工具与手部在各采样位置的姿态，并在求解过程中同步执行碰撞检测。

35、在确定作业空间范围后，可进一步构建目标点引力场，用于表征工具末端或手臂轨迹向目标维修点趋近的便利程度。

36、同时构建障碍物斥力场，用于表征障碍物对工具或手臂运动的干涉风险，其中为第i个障碍物中心坐标，表示障碍物风险系数，表示障碍物影响范围。

37、通过总势场梯度表征维修路径的优化方向，并结合平均间隙值与干涉概率得到空间可达性评分，其中，代表平均间隙值，即作业轨迹中所有步长下，工具/肢体与环境的平均最小距离；和表示量表边界的上限和下限，即完全不可达（5mm，触碰干涉）与完全可达（150mm，开阔空间）的基准评估值。

38、若仿真过程中发生碰撞，则可直接判定当前工况不满足空间可达性要求；若未发生碰撞，则根据总势场峰值、势场梯度平缓程度以及平均间隙水平对空间余量进行量化，从而实现对“做得动”及“做得是否顺畅、安全”的综合评价。

39、在一些实施例中，步骤s4，其具体包括：

40、对每组随机参数样本输出对应的视觉可达性、实体可达性和空间可达性结果，构建多维指标数据集，并依据累积分布函数确定各指标的分位点。

41、基于上述分位点，可将连续量化结果切分为1至8级的离散等级区间，其中1级优选表示完全不可达，8级优选表示完全可达；该分级方式能够随参数分布、制造能力和平台差异动态更新，具有更强的适应性。

42、对每一指标的量化结果分别计算分位点，并生成对应的 1 至 8 级定量化映射分级表。也就是说，本发明最终输出的不是一个笼统的总等级表，而是至少包括视觉可达性分级表、实体可达性分级表  和空间可达性分级表 。

43、对于任一待评估指标 ，，先通过相应量化模型得到该指标在 n 组样本工况下的量化结果集合 ；其中，视觉可达性对应 ，实体可达性对应 ，空间可达性对应。

44、随后，分别对各指标结果集合计算分位点边界并以此将连续量化结果切分为 8 个等级区间。不同指标分别使用各自的分位点边界，避免将视觉、实体和空间三类本质不同的量纲直接混合。

45、基于所述分位点边界，可分别形成视觉可达性定量化映射分级表 、实体可达性定量化映射分级表  和空间可达性定量化映射分级表 ；每一分级表至少包括等级编号、量化区间、典型参数表现以及对应工程指导意义。

46、在一种优选实施方式中，系统除输出单个样本对应的指标数值和等级外，还同步输出该等级所对应的分级表条目、边界来源、校准依据以及优化建议，从而使评价结果能够直接用于维修口尺寸优化、障碍物布局调整、工具选型或作业流程改进。

47、进一步地，为提高等级结果的工程解释性，可同时收集专家评分和作业人员问卷评分，并将原始量化等级与两类主观评分进行加权融合，得到最终校准等级。

48、对于评分离散度超过阈值的样本，所述模块还可触发现场复核、仿真复算或权重重整，以形成“量化计算—经验校准—异常复核”的闭环评估机制。

49、本发明还提出了一种维修可达性定量化映射系统，该系统包括参数模块、场景模块、量化模块和分级模块。

50、基于上述方案，本发明提供了一种维修可达性定量化映射方法及系统，将维修可达性由传统的“好/一般/差”主观描述，转化为由参数输入、虚拟建模、量化计算和等级映射共同支撑的标准化评估结果，从而有效降低不同评估人员、不同评估批次以及不同使用单位之间的主观偏差，提高评估结论的一致性、可复核性和可追溯性。