舰船运行环境的特殊性，决定了其设备运行状态更容易受到外部环境的影响，有更高的可能性会产生故障，需要及时的进行维修，以免影响运行安全性。以虚拟现实技术代替传统维修技术，可以通过建立设备三维立体模型，掌握设备结构状态，很好的弥补了以往技术人员掌握不充分导致的故障识别准确率较低的缺陷。并且，在故障维修的过程中，便可以给出专业的维修方案，大大减低了舰船维修的难度，达到更好的维修效果。
一、虚拟现实技术特点
虚拟现实技术的原理是通过计算机来构建一个逼真的三维虚拟环境，同时应用传感设备与之相互作用。相比传统模拟技术，虚拟现实技术是将模拟环境、视景系统以及仿真系统进行了融合，然后在通过终端设备将操作者和计算机生成的三维虚拟环境连接在一起。这样操作者就能够通过传感器与虚拟环境进行交互，感受到逼真的视觉、听觉、嗅觉和触觉等，并能够按照自己的意愿对虚拟环境进行调整改变[1]。因此将虚拟现实技术应用到舰船故障维修中，就可以模拟构建设备内部情况，使得维修技术人员能够更好的了解和掌握设备的实际状态，进行故障问题的准确判断。虚拟现实技术的应用，是对传统维修技术的一种创新，能够直接在维修阶段给出具有针对性和前瞻性的决策与维修方案，大大缩短了设备维修所需要的时间，并提高维修整体质量，对于舰船设备的安全稳定运行意义重大。
二、虚拟现实技术应用于舰船故障维修方法
1.构建三维实体模型
舰船设备维修复杂性强，对技术人员的专业能力要求高，通过虚拟现实技术的应用，可以给予故障维修重要的支持。通过构建三维实体模型，对故障维修环境进行模拟，大大减轻了技术人员的压力，可以通过虚拟环境来了解到实际的三维数据，检查分析存在的异常，对故障进行准确判断。随着舰船规模的不断增大，在构建维修虚拟环境时必定会涉及到大量的数据信息，即便场景内的物体数量比较少，依然会存在较多的数据量，在一定程度上会影响舰船维修的实时性[2]。因此舰船零件之间的装备约束条件就是必须要强调的要求，可按照公式计算：
其中，Et表示舰船的零件数据，Y表示舰船设备数据中内在特性较低的数据，w表示约束条件，q表示舰船设备数据细分参数。然后再进行人体模型的建立，通过人体视角与关节作用、作业姿态以及维修环境对人的影响几个方面进行综合分析，确定舰船维修性能的好坏。要求按照人体数据构建全尺寸模型，设立人体关节在模型内的局部坐标系，掌握关节角度的轨迹，以下为坐标系表达式：
其中，S表示模型内人体的位置，R表示人体关节角度，syz表示人体关节坐标位置，w表示人体姿态参数。另外，在进行故障维修模拟环境构建过程中，要保证人体结构模型能够良好的适应所用维修的活动空间，然后基于此确定舰船维修任务，搭配合适的维修工具，为后续正式维修打好基础。
2.确定舰船维修次序
构建完成虚拟维修环境后，就需要进一步确定维修顺序。有虚拟现实技术支持的舰船维修模式，想要达到预期的效果，前提是要有充足且准确的故障数据作为基础，并结合故障预报系统进行综合分析，组织完成设备故障的维修。结合以往经验可以确定，舰船故障维修复杂性高，整个流程存在较多的因素会带来影响，因此要提前做好准备，尽量避免各因素对维修次序和维修质量的影响。影响因素主要可以从可靠性、维修性、经济性以及保障性四个方面进行分析，然后又可以细化为人员、设备、技术、成本、效率等多项内容。按照重要程度进行总结，并应用层次分析法处理后，可以建立递阶层次模型（图1）。
图1 设备维修次序递阶层次结构模型
三层分别是最高决策层、准则层和方案层，所对应的对象不同，最高决策层主要负责确定维修次序，准则层则影响设备故障的各种因素，方案层是待维修和综合评价的故障设备。确定舰船维修次序，并以此作为维修目标，确定设备维修的重要度，然后进行排序，作为维修决策提出的重要依据。其中，对舰船各设备维修的可靠度进行计算，可通过分析设备的各项性能参数确定，公式如下：
其中，F表示舰船设备当前可靠度，h表示设备中各零件对应的可靠性函数，Rw表示设备各零件的当前可靠度，d表示影响舰船可靠度的各种因素。通过综合分析后，确定设备故障维修决策，并制定相应的维修方案，指导维修工作的有序进行。
三、虚拟现实技术用于舰船维修实验
1.实验准备
首先是通过Vega API函数控制平台来建立逼真的海洋环境模型，对进行实验的舰船设备以及环境荷载等数据进行模拟，合理控制实验设备构建与荷载运动。选择应用Vega API函数控制平台的优势在于源代码编程较少，这样在实验时就可避免外部因素带来的影响，保证实验结果的可靠性。同时还能够在短时间内创建出高质量且交互性强的3D环境，为故障维修比较实验提供支持。另外，在构建实验环境的前提下，还能够满足不同数据格式的应用需求，适应性较强。应用Vega API函数控制平台同步平台和环境荷载，例如常用的Lynx Prime用户界面配置工具，具有简单的开发界面，且还可以进行应用领域的数据交换[3]。通过建立舰船设备故障模型，为传统故障维修和虚拟现实技术下的故障维修创造条件，其中共包括6处维修点，比较两种方法维修所花费的时间。
2.结果分析
通过实验模型比较两种维修方法的实施效果，可以确定在第2处故障点维修时，花费时间相差比较小，但是其余的5处故障点维修则是前者比后者花费的时间更久，两者相差较大。由此可以证明，虚拟现实技术在舰船设备故障维修中应用效果突出，相比传统维修方法，所花费的时间更少。通过虚拟现实技术的支持，对舰船设备故障环境进行模拟，技术人员面向的逼真的维修环境，无需依赖个人经验以及对设备结构的了解程度，可以直面设备结构，进而能够及时的发现存在的故障问题。甚至是还可以访问数据库，从中寻找相似的故障资料，制定针对性更强的维修计划，为实际检修提供技术支持，因此可保证更高的故障识别准确性，完成高质量维修。
结束语：
随着技术水平的不断提高，我国舰船规模越来越大，各种专业设备的装机容量也在增加，相应的结构设计复杂程度更高，如果在出现故障后依然采用传统的方法进行维修，整个过程将会花费大量的时间，实时性比较差。现在将虚拟现实技术应用于舰船维修，可以直接构建设备故障三维环境，模拟故障维修条件，为故障维修创造了非常有利的条件，能够大大缩短整个维修的时间，实时性以及经济性更高。
参考文献：
[1] 龙腾,王忠,陈长全.基于虚拟现实技术的舰船设备维修研究[J].舰船科学技术,2021,43(02):220-222.
[2] 张如国,郭娅娜.虚拟现实技术在舰船维修中的应用[J].舰船科学技术,2020,42(12):208-210.
[3] 张玉梅,魏沁祺,曾俊.基于虚拟现实的舰船使用和维修性分析评价系统[J].中国舰船研究,2013,8(02):6-12.
