基于安全能耗的民航维修工时预测方法

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.10.1346

中国安全科学学报 ›› 2025, Vol. 35 ›› Issue (10): 67-74.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.10.1346

基于安全能耗的民航维修工时预测方法

郭庆¹(), 朱江海¹, 付宇¹^,^**(), 左洪福²

¹ 中国民航大学航空工程学院, 天津 300300
² 南京航空航天大学民航学院,江苏南京 211106

收稿日期:2025-04-26 修回日期:2025-07-16 出版日期:2025-11-10
通信作者:
**付宇(1984—),男,山西长治人,博士,副教授,主要从事航空发动机运行监控与故障诊断、微型航空发动机设计与制造方面的研究。E-mail:fuyu00_@163.com。
作者简介:
郭庆 (1976—),男,湖南郴州人,硕士,教授,主要从事航空装备综合保障等方面的研究。E-mail:qguocauc@sina.com;
左洪福教授
基金资助:
国家自然科学基金资助(U2133202); 中国民航大学中央高校基本科研项目资助(3122022046)

Civil aviation maintenance man-hour prediction method based on safe energy consumption

GUO Qing¹(), ZHU Jianghai¹, FU Yu¹^,^**(), ZUO Hongfu²

¹ College of Aeronautical Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China
² College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing Jiangsu 211106, China

Received:2025-04-26 Revised:2025-07-16 Published:2025-11-10

摘要/Abstract

摘要： 为了准确预测不导致疲劳积累的航空器维修标准工时,提出一种基于安全能耗的机务维修标准工时预测方法。首先,根据人体骨骼参数和欧拉四元数的运算规则构建可驱动的虚拟人,再使用动作捕捉设备采集维修过程中的运动数据;然后,采用Roberson-Wittenburg与逆动力学方法计算虚拟人在复现维修任务过程中关节承受的力矩,结合关节角度与时间数据,依次计算角速度、功率,并采用辛普森法则积分以确定能量消耗;最后,根据允许的能量消耗推算出符合安全能耗的标准维修工时。结果表明:基于安全能耗的预测结果与厂商推荐时间接近,均方根误差小于模特法(MOD)法,说明该方法能够更好地反映实际维修工时,从而有效控制工作强度、预防因长时间劳动而导致的疲劳积累、保障工作人员的健康与安全。

关键词: 安全能耗, 维修工时, 工时预测, 标准工时, 疲劳, 虚拟人

Abstract:

To accurately predict the standard man-hours of aircraft maintenance tasks, a predictive method based on safe energy consumption for aircraft maintenance standard man-hours was proposed. Firstly, a drivable virtual human was constructed based on the skeletal parameters of the human body and the computational rules of Euler quaternions. Subsequently, motion data during maintenance processes were captured using motion capture devices. The Roberson-Wittenburg and inverse dynamics methods were then employed to calculate the joint torques borne by the virtual human during the maintenance tasks, thereby estimating the energy consumption during the maintenance process. Based on the fatigue assessment of human energy consumption, preliminary standard maintenance man-hours conforming to safety energy consumption were calculated. The study demonstrates that prediction results based on safe energy consumption are closer to the manufacturer's recommended times, with a smaller root mean square error than modular arrangement of predetermined time standards(MOD) method, indicating that this approach better reflects the actual maintenance man-hours.

Key words: safe energy consumption, maintenance hours, forecast of working hours, standard man-hours, fatigue, virtual human

中图分类号:

X949

郭庆, 朱江海, 付宇, 左洪福. 基于安全能耗的民航维修工时预测方法[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(10): 67-74.

GUO Qing, ZHU Jianghai, FU Yu, ZUO Hongfu. Civil aviation maintenance man-hour prediction method based on safe energy consumption[J]. China Safety Science Journal, 2025, 35(10): 67-74.

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参考文献 20

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节段	驱动关节	相对长度/%	相对质量/%
骨盆	根关节	3.0	8.62
腹部	腰椎关节	10.3	26.00
胸部	胸椎关节	24.4	11.96
头颈	颈关节	15.6	8.20
上臂	肩关节	12.2	2.43
前臂	肘关节	15.7	1.25
手部	腕关节	11.0	0.60
大腿	髋关节	20.0	14.00
小腿	膝关节	26.0	3.67
脚部	踝关节	15.8	1.24

编号	任务编号	任务描述
1	25-22-00-200	检查安全带磨损情况安全性
2	21-27-01-000	更换E/E冷却风扇过滤器
3	21-32-02-000	更换正压安全阀过滤器
4	23-71-21-960	更换机舱温度传感器过滤器
5	25-11-00-200	更换水下安全信标电池

关节	任务1	任务2	任务3	任务4	任务5
腰五骶一	11.25	1.35	2.38	4.28	0.74
L1/T12关节	5.15	0.39	0.64	1.23	0.19
T1/C7关节	1.67	0.12	0.33	0.89	0.18
C1头部关节	9.20	0.05	0.17	0.49	0.12
右肩	6.44	1.54	2.40	4.81	0.65
右肘	14.31	1.33	1.87	4.81	0.66
右腕	0.42	0.03	0.15	0.77	0.04
左肩	14.43	2.11	2.03	8.03	1.42
左肘	22.89	1.13	1.01	2.51	0.69
左腕	0.50	0.03	0.11	0.21	0.04
右侧髋关节	28.58	3.62	7.60	17.26	10.64
右侧膝关节	41.05	7.72	12.23	28.92	15.52
右侧踝关节	7.11	1.79	1.13	2.74	2.82
左侧髋关节	25.69	3.71	9.80	8.28	10.63
左侧膝关节	39.96	7.04	13.15	25.81	14.54
左侧踝关节	6.02	1.05	1.59	2.84	4.43
总能量	234.64	33.01	58.03	113.89	63.30

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Civil aviation maintenance man-hour prediction method based on safe energy consumption

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