VR/AR в изучении, создании и эксплуатации аэрокосмической техники: из макромира в микромир, от наблюдения к действиям


DOI: 10.34759/trd-2023-128-21

Авторы

Кабанов А. А.*, Амосов М. В.**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: arezont@gmail.com
**e-mail: amosm@mail.ru

Аннотация

Исследование направлено на повышение эффективности процессов создания аэрокосмической техники и образовательной деятельности с использованием цифровых технологий VR/AR в аэрокосмической промышленности. Для этого выполнен обзор прикладных примеров применения VR/AR по схеме: процесс, объект, этап жизненного цикла объекта, масштаб среды и объекта, цели, задачи, методы, технологии, программное и аппаратное обеспечение. Проведен их критический анализ. По результатам анализа установлено, что преимущественной областью применения VR/AR в аэрокосмической отрасли в части создания техники является наземная отработка процессов сборки и монтажа крупногабаритных объектов, а также их эксплуатации в условиях космического пространства на макроуровне. Показано, что при этом в виртуальном или дополненном пространстве оператор выступает непосредственно в роли человека-эксплуатанта объекта. Показано, что отработка и исследование процессов на микроуровне, например, при конструкторско-технологическом проектировании изделий, получили меньшее распространение и являются той областью, где VR/AR использованы не в полной мере и имеют существенный потенциал. Продемонстрировано, что в этом случае оператор в виртуальном или дополненном пространстве должен выступать в качестве наблюдателя и/или активного агента и являться частью конструкции или среды эксплуатации. Для реализации этого предложено использовать методы и приемы теории решения изобретательских задач как методической основы, а для инструментальной поддержки — существующие инструменты численного моделирования физико-химических процессов с их соответствующей доработкой. В части образовательной деятельности выявлено, что основным препятствием внедрения VR/AR является необходимость в дорогостоящей инфраструктуре: лабораториях и оборудовании. Предложены методические рекомендации и их поддержка программными и аппаратными средствами, предоставляющие возможность реализации VR/AR в независимой самостоятельной исследовательской работе студента с использованием средств индивидуального пользования.

Ключевые слова:

цифровые технологии, VR, AR, аэрокосмическая техника, технологии виртуальной и дополненной реальности, проектирование, эксплуатация, теория решения изобретательских задач

Библиографический список

  1. Поляков А.А., Защиринский С.А. Использование виртуального пространства для проведения макетно-конструкторских испытаний по электронному макету космического аппарата // Труды МАИ. 2019. № 107. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=107877
  2. Князев А.С., Антоненко А.С., Арбузов Е.Д., Чеботарёв А.Д. Использование имитатора многофункционального индикатора самолёта в учебном процессе вуза // Труды МАИ. 2022. № 123. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=165568. DOI: 34759/trd-2022-123-2
  3. Ревенков А.В., Резчикова Е.В. Теория и практика решения технических задач. — М.: Форум, 2008. — 384 с.
  4. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. — М.: Машиностроение, 1988. — 368 с.
  5. Назаренко К.А., Багаева А.П. Перспективы применения VR технологий // VI Международная научно-практическая конференция, посвященная Дню космонавтики «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» (Красноярск, 13-17 апреля 2020): сборник трудов. — Красноярск: Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, С. 358-360.
  6. Vlasov S., Borgest N. Application of virtual reality technology based on ontology in education of aviation // Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем. 2020. № 4. С. 263-266.
  7. Гладких А.П. Тенденции развития виртуальной реальности // VI Международная научно-практическая конференция, посвященная Дню космонавтики «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» (Красноярск, 13-17 апреля 2020): сборник трудов. — Красноярск, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, С. 768-770.
  8. Ефремов А.В., Тяглик М.С., Кошеленко А.В., Тищенко А.Н., Тяглик А.С., Сапрыкин О.А., Гребенщиков А.В., Соболевский В.Г., Максимов А.С. Комплекс виртуальной реальности для моделирования и демонстрации процессов спуска и посадки пилотируемого космического аппарата на лунную поверхность // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2015. № 6. DOI: 14489/vkit.2015.06.pp.018-025
  9. Andrea F. Abate, Mariano Guida, Paolo Leoncini, Michele Nappi, Stefano Ricciardi. A haptic-based approach to virtual training for aerospace industry // Journal of Visual Languages & Computing, 2009, no. 20(5), pp. 318-325. DOI: 1016/j.jvlc.2009.07.003
  10. Михайлюк М.В., Мальцев А.В., Тимохин П.Ю., Страшнов Е.В., Крючков Б.И., Усов В.М. Системы виртуального окружения для прототипирования на моделирующих стендах использования космических роботов в пилотируемых полетах // Пилотируемые полеты в космос. 2020. № 2 (35). С. 61-75. DOI 34131/MSF.20.2.61-75
  11. Бубеев Ю.А., Усов В.М., Крючков Б.И., Алтунин А.А., Долгов П.П., Михайлюк М.В. Использование в изоляционных экспериментах технологий виртуальной и дополненной реальностей для моделирования выходов в открытый космос без страховочного фала // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2021. Т. 55. № 2. С. 15-28. DOI: 21687/0233-528X-2021-55-2-15-28
  12. Бубеев Ю.А., Усов В.М., Сергеев С.Ф., Крючков Б.И., Михайлюк М.В., Йоханнес Б. Итоги космического эксперимента «Пилот-Т» для моделирования взаимодействия в системе «человек-робот» // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2019. Т. 53. № 7. С. 65-75. DOI: 21687/0233-528X-2019-53-7-65-75
  13. Бубеев Ю.А., Усов В.М., Крючков Б.И., Сыркин Л.Д., Михайлюк М.В. Способность оператора к ведению пространственной ориентировки при дистанционном управлении беспилотными аппаратами в виртуальной среде // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2021. Т. 55. № 3. С. 16-27. DOI: 21687/0233-528X-2021-55-3-16-27
  14. Бубеев Ю.А., Усов В.М., Поляков А.В., Михайлюк М.В. Имитационное моделирование с помощью виртуального окружения режимов управления летающими аппаратами на лунной станции для изучения операторской деятельности в изоляционных экспериментах // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2022. Т. 56. № 5. С. 14-28. DOI: 21687/0233-528X-2022-56-5-14-28
  15. Maltsev A.V., Mikhaylyuk M.V. Visualization and virtual environment technologies in the task of cosmonaut training // Scientific Visualization, 2020, vol. 12, no. 3, pp. 16-25. DOI: 26583/sv.12.3.02
  16. Рыженков С.П., Усов В.М., Михайлюк М.В., Сыркина А.Л. Использование исследовательских стендов для моделирования дистанционного взаимодействия человека-оператора с беспилотными летательными аппаратами // Научно-практическая конференция «Актуальные вопросы авиационно-космической медицины, авиационной психологии и военной эргономики» (Москва, 28-29 ноября 2019): сборник трудов к 85летию НИИЦ (АКМ и ВЭ). — М.: Изд-во «Перо», С. 173-183.
  17. Михайлюк М.В., Мальцев А.В., Тимохин П.Ю., Страшнов Е.В., Крючков Б.И., Усов В.М. Система виртуального окружения VirSim для имитационно-тренажерных комплексов подготовки космонавтов // Пилотируемые полеты в космос. 2020. № 4 (37). С. 72-95. DOI: 34131/MSF.20.4.72-95
  18. Алтунин А.А., Долгов П.П., Жамалетдинов Н.Р., Иродов Е.Ю., Коренной В.С. Направления применения технологий виртуальной реальности при подготовке космонавтов к внекорабельной деятельности // Пилотируемые полеты в космос. 2021. № 1 (38). С. 72-88. DOI: 34131/MSF.21.1.72-88
  19. Сергеев С.Ф., Харламов М.М., Крючков Б.И., Усов В.М., Михайлюк М.В. Виртуальные среды обучения в задачах освоения Луны с помощью роботов // Робототехника и техническая кибернетика. 2020. Т. 8. № 3. С. 165-174. DOI: 31776/RTCJ.8301
  20. Карпенко М.П., Давыдов Д.Г., Чмыхова Е.В. Обучение экипажей в ходе делительных космических полетов как средство поддержания социализации и когнитивных особенностей космонавтов // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2018. Т. 52. № 6. С. 19-25. DOI: 21687/0233-528X-2018-52-6-19-25
  21. Розанов И.А., Кузнецова П.Г., Савинкина А.О., Швед Д.М., Рюмин О.О., Томиловская Е.С., Гущин В.И. Психологическая поддержка на основе виртуальной реальности в эксперименте с трехсуточной «сухой» иммерсией // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2022. Т. 56. № 1. С. 55-61. DOI: 21687/0233-528X-2022-56-1-55-61
  22. Лагкуев М.С., Котлов И.Н., Судаков М.А., Шевченко А.В. Интерактивный процедурный тренажёр первоначальной подготовки авиационного персонала с использованием виртуальной реальности // Вестник военного образования. 2021. № 1 (28). С. 59-62.
  23. Бурмистров В.И., Иванов И.В., Маткевич Е.И., Праскурничий Е.А. Оценка факторов аварийности беспилотных летательных аппаратов // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2022. Т. 56. № 2. С. 73-84. DOI: 21687/0233-528X-2022-56-2-73-84
  24. Костин П.С., Верещагин Ю.О., Волошин В.А. Программно-моделирующий комплекс для полунатурного моделирования динамики маневренного самолета // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=57706
  25. Прокушев Н.И., Олейников Е.П. Цифровые двойники в проектировании ракетно-космической техники // VIII международная научно-практическая конференция, посвященная Дню космонавтики «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» (Красноярск, 11-15 апреля 2022): сборник трудов. — Красноярск: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева. С. 151-153.
  26. Gorshkalev A.A., Kayukov S.S., Korneev S.S., Urlapkin V.V. Modeling a VR-type piston egine as the power plant // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, pp. 012066. DOI:1088/1757-899X/177/1/012066
  27. Черкунов М.А. Применение VR/AR технологий при выборе угла стреловидности крыла самолета // XV Всероссийская студенческая научная школа «Аэрокосмическая декада 2022» (Ярополец, 2022): сборник трудов. — М.: Изд-во «Перо», 2022. С. 240-244.
  28. Лукацкий Е.Д. Инновационные подходы к разработке легкого пилотажного самолёта // XLIV Международная молодёжная научная конференция «Гагаринские чтения — 2018» (Москва-Ахтубинск-Байконур, 17-20 апреля 2018): сборник тезисов докладов. — М.: Изд-во МАИ, 2018. С. 58-59.
  29. Borgest N.M., Vlasov S.A. Using virtual technology in the design of complex systems // Programmnaya Ingeneria. 2022. Т. 13. № 6. С. 286-290. DOI: 17587/prin.13.286-290
  30. Ahmad A., Al-Ahmari A.M., Aslam M.U., Abidi M.H., Darmoul S. Virtual assembly of an airplane turbine engine // IFAC-PapersOnLine, 2015, vol. 28, no. 3, pp. 1726-1731. DOI: 1016/j.ifacol.2015.06.335
  31. Рахмилевич И.Е. VR-разработка модели робота // XLV Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения — 2019» (Москва, Барнаул, Ахтубинск, 16-19 апреля 2019): сборник тезисов докладов. — М.: Изд-во МАИ, С. 290-291.
  32. Jezernik A., Hren G. A solution to integrate computer-aided design (CAD) and virtual reality (VR) databases in design and manufacturing processes // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2003, vol. 22, no. 11-12, pp. 768-774. DOI:1007/s00170-003-1604-3
  33. Пустовалова В.Д. Применение квадрокоптеров для создания 3D моделей // IV Международная научно-практическая конференция «Современная наука в условиях модернизационных процессов: проблемы, реалии перспективы» (Уфа, 05 января 2021): сборник статей. — Уфа: Научно-издательский центр «Вестник науки», С. 293-296.
  34. Опарин Д.А., Опарина Е.А. Современное применение виртуальной реальности в приложениях САПР // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2021. Т. 2. С. 135-141.
  35. Sławomir Tadeja, Pranay Seshadri, O. Kristensson. AeroVR: An immersive visualization system for aerospace design and digital twinning in virtual reality // Aeronautical Journal -New Series, 2020, vol. 124(1280), pp. 1-21. DOI: 10.1017/aer.2020.49
  36. Соломкин Г.В., Александрова А.Ю., Позднякова Е.А., Сорокин А.Г. Обучающий модуль по сборке в виртуальной реальности (VR) в условиях цифровой трансформации производства // 17-ая молодежная конференция «Новые материалы и технологии в ракетно-космической, авиационной и других высокотехнологичных отраслях промышленности»: сборник материалов. — М.: 2022. С. 65-67.
  37. Булгаков А.В., Гаврик И.Н. Проблемы управления центрифугой при создании стенда с технологией VR // XIII Международная научно-практическая конференция «Пилотируемые полеты в космос»: сборник докладов. — М.: 2019. С. 228-229.
  38. Чернышева А.В., Бойченко Т.А., Резниченко Г.А. Виртуальная реальность в науке и технике // Гуманитарный вестник. 2015. № 8. URL: http://hmbul.bmstu.ru/catalog/hum/phil/282.html_
  39. Митин Р.А., Позднякова Е.А., Сорокин А.Г. Применение VR технологий в обучении промышленной безопасности в условиях цифровой трансформации производства // 17-ая молодежная конференция «Новые материалы и технологии в ракетно-космической, авиационной и других высокотехнологичных отраслях промышленности»: сборник материалов. — М.: 2022. С. 49-53.
  40. Lv S., Zhang Q., Wang L. VR air rescue immersive simulation system // Digest of Technical Papers — SID International Symposium, 2021, pp. 717. DOI:1002/sdtp.15265
  41. Олейников А.О., Ефремов П.А., Козлов М.А., Храмцов А.М. Интерактивный тренажер для осуществления тренировок с помощью виртуальной реальности. Патент на изобретение 2761325 C1, 07.12.2021.
  42. Епифанцев К.В. Использование Cartona, Seamatica и Solid Works для разработки интерактивных руководств в машиностроении // Международная научно-практическая конференция «Достижения фундаментальных и прикладных исследований технических и физико-математических наук» (Магнитогорск, 08 мая 2020): сборник статей. — Стерлитамак: АМИ, 2020. С. 9-13.
  43. Aerospace digital twinning in virtual reality. 2022. URL: https://www.turing.ac.uk/research/research-projects/aerospace-digital-twinning-virtual-reality
  44. Ефимов А.И., Ильин В.Н. Методология определения формы объектов по данным видеоряда камеры // Труды МАИ. 2017. № 95. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=84590

    45. Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход