维修性问题是贯穿复杂装备全生命周期的基础共性问题,较差的维修性设计不仅增加装备的维护成本,而且降低装备的利用率。包含机电液子系统的复杂装备故障具有多样性、复杂性、随机性和环境敏感性等特点,导致在研制与设计阶段需要仿真分析与评估的维修工艺数量非常庞大。随着装备的复杂化、高技术化,现有技术与系统的仿真分析手段很难满足并行维修性设计的要求,其突出问题在于维修工艺仿真与人机工效评估效率低,且人机因素不能准确进行量化评估,因此限制了虚拟维修技术的工程应用效果。针对上述问题,本文对维修动作混合仿真及人机工效自动量化评估方法进行了深入细致的研究,主要研究工作概括如下:1.提出了虚拟人混合驱动下的维修动作仿真方法。在维修作业分解及基本作业过程分段分析的基础上,总结和归纳出常见的维修动作,提出了基于维修动作特性分析的维修动作分类方法;结合沉浸式与非沉浸式维修仿真方式的优点,给出了不同类型维修动作的快速仿真方法,并对虚拟人不同驱动方式之间的转换机制进行了讨论。2.研究了虚拟环境中维修信息建模方法。基于Hanavan结构建立了虚拟人实时驱动模型;构建了虚拟照明设备信息模型,给出了其光源参数的标定方法。在维修要素建模基础上,建立了包含完整维修要素的多维度层次化维修操作过程信息模型,给出了维修操作过程信息的在线采集方法。3.系统分析和总结了虚拟人驱动精度的影响因素,提出了相应的优化方法。针对硬件因素,提出了硬件突发噪声过滤准则与基于灰色预测模型的在线补偿方法;针对软件因素,建立了以频繁操作域累计误差最小为目标的优化模型,优化操作者与虚拟人部件尺寸的匹配精度。4.建立了基于约束处理算法的虚拟人与虚拟对象交互操作仿真逻辑。分析了各个维修活动基本要素之间相互作用关系,建立了维修活动仿真的四种基本模型。综合考虑了产品装配关系、工具使用特点等约束条件,提出了基于逆向运动学解析法的虚拟人维修姿态实时修正方法,以保证仿真过程中虚拟人行为与零部件、工具运动的正确性。5.提出了精细及过渡维修动作的自动仿真方法。归纳了常见紧固件的类型,在详细分析其操作流程的基础上,建立了典型精细维修动作的参数化模型,建立了基于分层规划策略的虚拟人自适应行为模型,实现了典型维修动作的自动仿真。6.提出了面向维修过程的人机工效自动评估方法。提出了维修操作过程中可视性、可达性和操作姿态的自动量化评估方法;建立了人机工效综合量化评估模型;给出评价维修操作过程人机交互性能指标的计算方法。此外,构建了支持模拟光照因素对维修操作过程影响的虚拟维修环境,以夜间应急维修过程人机工效分析为例,详细阐述了光照因素对维修操作的影响。7.开发了以上述方法为核心的维修工艺快速仿真、评价与分析原型系统(vesp-misa)。以港口装备某型集装箱吊具改型设计中的油马达维修性设计为例,详细说明了VESP-MISA系统的应用,验证本文所提出的维修动作混合仿真方法以及人机工效自动评估方法的正确性与有效性。