謝軍 唐慶如

摘 要

主要闡述虛擬維修技術(shù)概況并簡(jiǎn)要分析其在航空維修訓(xùn)練中的一些應(yīng)用問題， 對(duì)深入開展虛擬維修技術(shù)的應(yīng)用研究及系統(tǒng)開發(fā)具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞

虛擬維修;航空維修;訓(xùn)練

中圖分類號(hào)： V267 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 71

0 引言

隨著我國(guó)航空業(yè)特別是民航運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，航空維修作為保障航空安全及行業(yè)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，也迎來了一些新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)航空器維修長(zhǎng)期以來普遍都采用理論培訓(xùn)加機(jī)上實(shí)踐的方法，訓(xùn)練內(nèi)容及手段越來越不能滿足高效率高質(zhì)量培訓(xùn)的需求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來迅速普及，虛擬維修作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在維修中的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步發(fā)展。虛擬維修技術(shù)研究目前主要集中在維修人員訓(xùn)練、維修性設(shè)計(jì)驗(yàn)證和維修保障規(guī)劃三個(gè)方向，本文主要對(duì)虛擬維修技術(shù)在航空維修訓(xùn)練中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 虛擬維修起源

虛擬維修最初起源于某些大型復(fù)雜的系統(tǒng)如飛機(jī)、航天器等對(duì)于維修及維護(hù)訓(xùn)練等工作的需求。虛擬維修VM （Virtual Maintenance）這個(gè)概念最早出現(xiàn)在美國(guó)軍用手冊(cè)MIL-HDBK-470A中，指的是：使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，維修工程師可進(jìn)入虛擬環(huán)境中，對(duì)虛擬產(chǎn)品進(jìn)行維修[1]。

2 研究及應(yīng)用概況

2.1 國(guó)外情況

新加坡南洋理工大學(xué)最早采用面向?qū)ο蟮乃枷胍缘统杀窘⒘薞-REALISM桌面維修培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將重點(diǎn)放在維修路徑規(guī)劃和演示上[2]。美國(guó)Lockheed Martin公司采用DELMIA平臺(tái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝、武器裝填等過程進(jìn)行仿真[3-4]。加拿大Bombardier公司則選用Jack模擬機(jī)載設(shè)備的裝配和維修[5] 。國(guó)外一些著名航空制造商也推出了虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)產(chǎn)品，如美國(guó)的Aerosim公司研發(fā)的Virtual Flight Deck （VFD）虛擬駕駛艙和Virtual Aircraft （VA）虛擬飛機(jī)專門用于維修人員培訓(xùn)。加拿大CAE、FAROS等公司也都推出自己的VMT（Virtual Maintenance Trainer）產(chǎn)品。L3 Commercial Aviation公司推出了桌面式和便攜式VMT訓(xùn)練器等。VMT基于桌面PC平臺(tái)，主要針對(duì)飛機(jī)維修培訓(xùn)設(shè)計(jì)，可以提供虛擬維修操作訓(xùn)練，且可替代部分OJT（On Job Training）實(shí)習(xí)課程，國(guó)內(nèi)山東航空、廈門航空等航空公司均采購了CAE公司的虛擬維修訓(xùn)練器用于培訓(xùn)。

2.2 國(guó)內(nèi)情況

北京航空航天大學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)民航大學(xué)、中國(guó)民航飛行學(xué)院等在維修過程建模、虛擬樣機(jī)建模、維修動(dòng)作仿真以及虛擬人機(jī)交互等方面已開展了大量研究，取得了一些成果。

浙江大學(xué)萬華根等開發(fā)的VDVAS（Virtual Designand Virtual Assembly System）用于虛擬設(shè)計(jì)與得到最佳裝配順序和路徑[2]。中國(guó)民航大學(xué)主導(dǎo)開發(fā)了虛擬駕駛艙和虛擬飛機(jī)仿真系統(tǒng)、半物理仿真系統(tǒng)及桌面虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。模擬飛機(jī)真實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行過程和場(chǎng)景，用于航空維修工程技術(shù)及管理的模擬再現(xiàn)和訓(xùn)練。中國(guó)民航飛行學(xué)院自主開發(fā)了機(jī)務(wù)維護(hù)模擬機(jī)和虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)用于航空維修工程人才培養(yǎng)。

3 虛擬維修應(yīng)用于航空維修訓(xùn)練

虛擬維修在航空維修培訓(xùn)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，從20世紀(jì)90年代出現(xiàn)和普及的CBT（Computer Based Training）技術(shù)，到后來出現(xiàn)的MTD（Maintenance Training Device）模擬器軟件產(chǎn)品和目前以SBT（Simulator Based Training）為代表的航空維修培訓(xùn)新方式，都體現(xiàn)著虛擬維修技術(shù)的內(nèi)涵。虛擬維修技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)航空維修訓(xùn)練中存在的理論與實(shí)踐脫節(jié)、理論講解不夠生動(dòng)、實(shí)踐操作危險(xiǎn)及困難等問題，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)維修實(shí)訓(xùn)難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)性工作的訓(xùn)練。

3.1 航空維修的特點(diǎn)

航空器屬于高價(jià)值、高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜產(chǎn)品，其系統(tǒng)多且高度復(fù)雜。航空維修直接影響航空安全及運(yùn)行效率，是航空運(yùn)營(yíng)保障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，航空器的維修保障工作在人員、設(shè)備、環(huán)境、程序等方面的要求也相對(duì)較高，航空維修具有如下特點(diǎn)：

（1）航空維修技術(shù)綜合性高

（2）航空維修程序嚴(yán)格

（3）航空維修具有高消耗性

（4）航空維修對(duì)人員資質(zhì)要求高

由于航空維修的行業(yè)特殊性，其在培訓(xùn)方面也有一定要求。

3.2 航空維修訓(xùn)練的需求

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是培養(yǎng)航空維修應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)即職業(yè)技能實(shí)際訓(xùn)練，它包含“培訓(xùn)”和“實(shí)踐”。實(shí)訓(xùn)的目的是使受訓(xùn)者獲得一項(xiàng)穩(wěn)定的行為方式或技能。常見航空維修工作包括日常勤務(wù)、部件拆裝等，需要較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力;系統(tǒng)功能測(cè)試、故障判斷及排除等對(duì)工程分析能力要求較高;目前我國(guó)絕大部分民航運(yùn)輸機(jī)來自美國(guó)或歐洲制造商，對(duì)專業(yè)英語閱讀能力也有一定要求。因此，需要在訓(xùn)練方式及內(nèi)容方面來滿足航空維修訓(xùn)練新的更高需求。

3.3 傳統(tǒng)航空維修訓(xùn)練方式的弊端

傳統(tǒng)航空器維修培訓(xùn)普遍采用的理論加機(jī)上實(shí)踐的方法雖然涵蓋了工作所需的訓(xùn)練內(nèi)容，但往往由于資金、環(huán)境設(shè)備等限制，兩者在銜接上與實(shí)際維修工作并不能保持一致。且采用飛機(jī)實(shí)體或特制的訓(xùn)練設(shè)備，往往具有以下不足：造價(jià)昂貴，后期設(shè)備升級(jí)及維護(hù)成本也高;實(shí)體飛機(jī)上操作可能受時(shí)間、場(chǎng)地、天氣等因素的限制;相對(duì)主流機(jī)型，培訓(xùn)內(nèi)容往往滯后，學(xué)員對(duì)維修整體流程及實(shí)際系統(tǒng)性工作缺乏認(rèn)知;某些項(xiàng)目如拆裝、飛機(jī)通電測(cè)試等可持續(xù)性較差;某些不必要的零部件購置、維修工具管理、耗材使用等大大增加維修訓(xùn)練成本;有的操作對(duì)初學(xué)者人身安全造成一定威脅。

3.4 虛擬維修訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)

虛擬維修訓(xùn)練以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用為基礎(chǔ)，虛擬的數(shù)字樣機(jī)和場(chǎng)景為操作對(duì)象，以行業(yè)特點(diǎn)及專業(yè)需求為導(dǎo)向。創(chuàng)建具有高逼真度的維修訓(xùn)練任務(wù)場(chǎng)景，與傳統(tǒng)的實(shí)體設(shè)備訓(xùn)練相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）安全性——高風(fēng)險(xiǎn)維護(hù)工作在實(shí)體訓(xùn)練中難以開展，且需要人員具備相關(guān)資質(zhì)

（2）經(jīng)濟(jì)性——虛擬維樣機(jī)訓(xùn)練比物理樣機(jī)訓(xùn)練的使用和維護(hù)成本低

（3）系統(tǒng)性——傳統(tǒng)航空維修訓(xùn)練中各項(xiàng)目之間往往比較孤立，整體流程也難以進(jìn)行訓(xùn)練，虛擬維修訓(xùn)練環(huán)境下可形成系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練體系

（4）靈活性——可不受場(chǎng)地、時(shí)間和天氣等因素影響，并且可以和實(shí)體設(shè)備組成半虛擬半物理的混合訓(xùn)練方式，具有較強(qiáng)的靈活性

3.5 對(duì)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)提出的要求

虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)以虛擬場(chǎng)景和數(shù)字樣機(jī)為操作對(duì)象，通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。受到硬件設(shè)備條件和仿真技術(shù)的限制，在實(shí)現(xiàn)手段和操作方法上都與實(shí)際維修過程有一定差別[6]。為完成操作者和虛擬操作對(duì)象更好的交互，保持與真實(shí)維修過程較好的一致性從而增強(qiáng)訓(xùn)練效果，虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)具有以下特征：

（1）模型真實(shí)度高

（2）訓(xùn)練過程表達(dá)準(zhǔn)確

（3）能對(duì)訓(xùn)練過程進(jìn)行優(yōu)化

（4）能對(duì)訓(xùn)練質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估

（5）界面友好，易于操作

4 結(jié)束語

虛擬維修技術(shù)從誕生至今，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在航空航天、軍事科技、機(jī)械制造、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)建設(shè)等諸多領(lǐng)域，廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域證明了其巨大的發(fā)展?jié)摿?。虛擬維修技術(shù)在航空維修訓(xùn)練中的應(yīng)用具有很大的潛力，目前國(guó)內(nèi)特別是民航維修方面的應(yīng)用研究還并不多。同時(shí)，深入研究虛擬維修技術(shù)以及所應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)能夠更好使兩者結(jié)合，對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

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