浅谈模型检索在试飞生产中的应用

陈尚普 詹亚楠 惠少勇

【摘要】信息流作为生产组织中最为重要的要素之一，其传递的及时性与准确性对“S、Q、C、D、P”等各个关节均有及其重要的影响 。本文以“信息化、智能化”生产为目标，引入最新的“模型检索”技术，构想出试飞生产保障体系，将信息检索技术完美的嵌入各个生产环节。

【关键词】 模型检索 试飞 生产管理 相似性分析

一、引言

信息检索的技术已经十分成熟，早在1951年，Calvin Moores提出了“信息检索(Information Retrieval)”^[5]，这是早期基于文本的检索。在此基础上，经过不断地探索，发展出了高质量的检索技术如基于内容的模型检索等。根据生产建设过程中的“信息化、智能化”建设需求，以“安全试飞、准时交付”为目标，结合模型检索技术的先进性、普适性，及生产过程中的各类技术、管理需求，对各个模型检索技术在试飞交付领域应用进行论证

二、基于内容的模型检索方法简述

基于内容的检索以计算机工具为基础，从模型的自身出发，通过计算将模型内在特征提取出来，并利用一种数学上便于处理计算的数据结构表达（如向量，多维空间点）。在特征提取及检索过程中，人工干预较少。因此，高质量的检索技术研究工作主要集中在基于内容的检索技术上。

1. 基于统计特征的方法

对于复杂多样的三维模型，利用统计学方法完成特征描述符的构建是最有效的方法。Osada等在文献^[8]用表面两个随机点间的距离作为度量尺度，构建形状分布曲线，以形状分布曲线来进行模型之间相似性比较。这一类方法原理简单，不需要进行模型坐标标准化处理，因此计算速度快。但是，这些特征描述模型之间相似性的能力普遍不够强，往往只适用于全局特征的描述，对三维模型本身一些局部区域内容的描述也不够充分。

2. 基于抽象图的方法

该方法通过过Reeb图、模型图和骨架图显示模型各部分之间的相互连接关系并提取几何意义完成检索。对于模型的细部结构，基于抽象图的方法完成模型的局部匹配最为合适。但是通常此类方法计算和存储异常复杂，难以实现两个图之间的高度匹配，所以算法的通用性能较差。

3. 基于视觉投影的方法

该方法简单来说就是利用多个视角拍摄，将三维模型信息转换为多个二维模型信息，然后进行相似性计算。都可以为每个模型多设置几个视点，视点越多，得到图像越多，检索结果查准率越多，但是检索效率会因此下降。

4. 基于函数变换的方法

由于频域信息较为稳定，故有学者通过函数变化将三维模型信息从时域转化到频域，该类方法有：傅里叶变换、小波变换和球面调和分析。将三维模型分解转化成一组谐波分量，在频域提取具有不变性的特征，以此特征进行相似性比较，并完成模型检索。

三、模型检索技术在各环节应用

1.在标准件、耗材方面的管理

在各个生产环节中，存在大量的标准件如垫片、垫圈、螺钉等，其中许多标准件从外观上难以区分，仅在大小、厚度上存在细微差别。按照传统管理方法，需设置专人进行管理，同时利用多个小抽屉式的定制柜，在每个抽屉上贴上纸质标签进行区分，若管理人员出现一两次工作失误，则可能引发管理上的蝴蝶效应，产生较为严重的后果。随着科研生产任务的增长，标准件使用种类、数量均有大幅度增长，按照传统的管理方法进行管理对空间、人员需求也急剧增加。

对于此类简单重复的细致性管理工作，通过基于统计特征的模型检索方法，对各标准件的全局特征进行描述，降低了人为语义描述产生的歧义，以此为基础，进行信息化、智能化管理，降低管理风险，为生产耗材保障打下坚实基础。

2.工装、仪器、设备的管理

在生产过程中，各个工序需使用到不同的工装、仪器、设备等，各类工装、仪器日常维护及其重要 ，良好的日常维护保养是保障生产的前提。根据“信息流”构建原则进行维护保养要素分析，各类工装、仪器从构成上讲，可分为如地脚、桁架、接头、表头等。对维护需求分析，地脚需定期润滑、防锈 ，桁架定期外观检查有无裂纹、表头需定期校验等

因此，可根据其局部特征，针对各工装、仪器细部结构，采用基于抽象图的方法进行信息采集整理，按照对各细部结构进行分类分镞进行管理，相同细部结构在维护上的需求相同，有效提升管理准确性，提升维护效率。同时结合rfid技术对各工装、仪器、设备信息进行录入管理，与系统信息联通，提高管理、使用效率。

3.综合管理

在生产区域管理中，安全管理极为重要，利用以生产区域现有监控为手段，利用基于视觉投影的方法，对取得的监控画面进行分析计算，如计算是否按章作业，系安全带、戴安全帽等，通过对安全带、安全帽这一属性进行特征目标 识别从而实现这一目的。

4.技术应用

在飞机日常维护过程中，产品表面质量检查是极为重要的一环，机体表面质量出现问题时会引发腐蚀、裂纹等，同时也会影响气动。但是，随着飞机的体型增大，全机绕机检查极为耗时耗力、同时也存在容易出现某些部位检查不到的问题。可通过无人机、爬行机器人等携带摄像头对需检查表面进行采集，然后利用基于函数变换的方法对模型进行处理，在频域提取具有不变性的特征，与标准表面进行对比，对表面质量进行有效识别，此种方法较人工识别准确度更高，同时也能避免人为因素对工作质量产生的影响。

四、总结与展望

信息检索技术在日常工作、生活中应用广泛，目前检索方法众多，每个方法均有各自的特点。现有各种图像捕捉技术较为成熟，利用各类信息捕捉技术，通过对实际需求的有效捕获，形成信息库，选取合适的模型检索方法进行相似性分析计算，通过程序语言逐步实现“信息化、智能化”目标。