網(wǎng)絡(luò)化航空維修實踐平臺的建設(shè)和教學(xué)

楊 軍， 齊 鳴， 徐文君

(中國民航大學(xué) 工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津300300)

0 引 言

隨著航空技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是A380、B787 等新一代飛機和GP7000、Trent1000 等發(fā)動機投入航線運營，航空維修培訓(xùn)理念正在逐漸發(fā)生變革?，F(xiàn)代航空維修業(yè)不僅需要能夠按照維修工作單要求執(zhí)行例行檢查、調(diào)節(jié)、潤滑和更換等工作的航空維修機械員(Aviation Maintenance Technician，AMT)，更加需要能夠根據(jù)飛機故障現(xiàn)象，分析故障原因，制定維修排故方案的高級AME。在實際的航空維修培訓(xùn)過程中，無論是理論培訓(xùn)還是實踐培訓(xùn)，對于飛機駕駛艙顯示或指示、各系統(tǒng)操作測試以及實際系統(tǒng)部件位置布局都有著強烈的需求。因此，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，觸摸顯示技術(shù)和Web3D 模擬技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的航空維修教學(xué)設(shè)備開展航空維修排故教學(xué)研究，培養(yǎng)滿足現(xiàn)代航空業(yè)維修要求和國家卓越計劃要求的高水平維修工程師，是現(xiàn)代民航教育道路上的一次有益嘗試和探索。

1 國內(nèi)航空維修實踐教學(xué)方式和現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，使得航空維修培訓(xùn)技術(shù)和手段也在不斷更新。出現(xiàn)了計算機輔助教學(xué)(Computer Based Training，CBT)，網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)(Web Based Training，WBT)和模擬機輔助教學(xué)(Simulation Based Training，SBT)等新的培訓(xùn)方式。這些航空維修培訓(xùn)方式已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)依靠紙質(zhì)教材+教師課堂講授的授課方式。

CBT 教學(xué)克服了傳統(tǒng)紙質(zhì)培訓(xùn)普遍存在的理論教學(xué)互動性差、實踐實習(xí)組織困難、風(fēng)險高和針對性不強的缺點［1］。但也存在先天不足，CBT 教學(xué)系統(tǒng)在實際教學(xué)過程中存在人機互動性差，學(xué)生只能通過鼠標(biāo)點擊不能實際動手操作，學(xué)習(xí)過程中容易分散注意力等缺點［2］，同時CBT 所演示、模擬的系統(tǒng)操作只局限于設(shè)計者事先設(shè)好的邏輯和范圍，它所演示和展現(xiàn)的內(nèi)容，無論是深度還是廣度都是很有限［3］。

相比CBT 教學(xué)，WBT 教學(xué)具有下述三個顯著特點:①一個WBT 軟件一般包含了文本、圖像、視頻和音頻等，很大程度上可以代替一般課堂所使用的紙質(zhì)掛圖以及實物模型，因此訓(xùn)練成本小;②圖文并茂、聲色俱全的效果，可以將復(fù)雜的理論形象表示出來，加深學(xué)生的理解，人機互動的效果要比單純的書本更加吸引學(xué)生的興趣，因此訓(xùn)練效率高［4］;③借助網(wǎng)絡(luò)化的WBT 可以獲得最新機型的培訓(xùn)材料，同時減少教師“書寫”工作負(fù)擔(dān)，使教師可以將精力集中在教學(xué)上，提高教學(xué)的水平。在網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的現(xiàn)代，基礎(chǔ)信息的在線及時更新保證了學(xué)習(xí)內(nèi)容的先進(jìn)性。正是由于這些特點，在航空維修培訓(xùn)領(lǐng)域WBT 正在逐步替代傳統(tǒng)的CBT 訓(xùn)練手段［5-6］。

SBT 的核心是維修訓(xùn)練模擬機(MTD)。①能夠用于對機務(wù)人員進(jìn)行日常維護(hù)與排除故障的訓(xùn)練，以提高其實際工作技能。②當(dāng)飛機在外站甚至飛行中出現(xiàn)故障時，通過在維修訓(xùn)練模擬機上對故障進(jìn)行模擬，結(jié)合故障報告手冊(FRM)、故障隔離手冊(FIM)、飛機維護(hù)手冊(AMM)等技術(shù)資料，就可以獲得真實情況下維護(hù)與排故的情景模擬，從而指導(dǎo)外站機務(wù)維修人員具體的排故步驟，達(dá)到準(zhǔn)確及時地排除故障的目的［7-8］。然而目前MTD 主要由CAE、FAROS 等公司提供，價格昂貴，主要針對的是航空公司飛行人員和機務(wù)維修人員培訓(xùn)，并不適用于航空類高校的實踐教學(xué)。

目前，國內(nèi)航空院校維修培訓(xùn)實踐教學(xué)主要以B707，B727，B737-200，MD-82 和運-7 等退役的老舊飛機為主，在排故實踐教學(xué)過程中主要存在問題:①多數(shù)飛機老化，不能進(jìn)行完整的通電測試，或存在安全隱患，部分飛機機體破壞嚴(yán)重，部件缺失較多，僅能進(jìn)行拆裝練習(xí)。②部分新引進(jìn)的飛機雖然系統(tǒng)完整，但還未能有效利用，且駕駛艙內(nèi)可容納的實習(xí)學(xué)生數(shù)有限，長期高負(fù)荷實踐教學(xué)會加速飛機老化或故障。③現(xiàn)有教學(xué)實踐用機型與航空公司現(xiàn)役機型差距較大，且實習(xí)機型比較單一。學(xué)生對于現(xiàn)役機型的學(xué)習(xí)只能通過教室上課理論講解+CBT 操作練習(xí)的方式進(jìn)行［9］。

針對上述問題，充分利用波音，空客和AVSOFT 等網(wǎng)絡(luò)航空維修培訓(xùn)資源，開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的航空維修實踐教學(xué)設(shè)備。該教學(xué)設(shè)備可以完成現(xiàn)役機型B737NG、A320 的機型理論講解、實踐操作測試、航線繞機檢查、飛機駕駛艙指示和顯示以及模擬排故等。

2 網(wǎng)絡(luò)化航空維修教學(xué)平臺的建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)化航空維修實踐教學(xué)設(shè)備是利用全球最大的航空維修培訓(xùn)資料網(wǎng)AVSOFT 的維修培訓(xùn)資源，中國民航大學(xué)授權(quán)的波音網(wǎng)絡(luò)平臺(Myboeingfleet. com)，Airbus|World 空客在線系統(tǒng)，法國賽峰集團(tuán)MCDU 軟硬件和A320 3D Viewer 等軟件，結(jié)合觸摸顯示技術(shù)，搭載Window 8 操作系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)的四屏顯示互動式航空維修實踐培訓(xùn)設(shè)備。計算機處理中心通過網(wǎng)絡(luò)接口連接波音網(wǎng)絡(luò)平臺(Myboeingfleet.com)獲取實時有效的航空技術(shù)參考資料和數(shù)字化維修管理軟件(Maintenance Performance Toolbox，MPT);Airbus |World 空客在線系統(tǒng)和飛機維修分析軟件AIRMAN(AIRcraft Maintenance ANalysis);Avsoft. com WBT 和DEMO 等航空維修培訓(xùn)資料。通過USB 接口連接賽峰MCDU 軟硬件設(shè)備。通過HDMI 連接多屏顯示處理組件輸出交互式駕駛艙觸摸顯示屏，Wed3D 部件顯示屏，ECAM 顯示屏和系統(tǒng)工作原理圖及AMM，F(xiàn)IM等技術(shù)資料顯示屏(見圖1)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化航空維修實踐教學(xué)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

AVSOFT 的WBT(Systems Simulations)可用于對現(xiàn)有機型主要系統(tǒng)的操作測試進(jìn)行模擬和講解;Walk Around WBT 可用于對現(xiàn)有機型進(jìn)行航前或過站的繞機檢查實踐練習(xí);Pilot Demos，Maintenance Demos(B737-700 APU 和Dash-8-400 Landing Gear)等深度培訓(xùn)WBT 交互式課件可用于機型培訓(xùn)或系統(tǒng)培訓(xùn)等。在AVSOFT WBT 和Demos 中，學(xué)員可以通過觸摸顯示屏下部的選擇鍵在駕駛艙和系統(tǒng)框圖之間進(jìn)行切換，在駕駛艙顯示頁面，通過點擊相應(yīng)按鈕或儀表，會有相應(yīng)語音提示或文字說明，便于學(xué)員加深對駕駛艙指示和顯示的理解。同時為方便學(xué)員學(xué)習(xí)，在下部選擇框區(qū)還配備有字典，筆記本等小工具便于學(xué)員學(xué)習(xí)時使用。搭載在網(wǎng)絡(luò)化航空維修實踐設(shè)備上的AVSOFT 培訓(xùn)資源目前主要用于學(xué)生對飛機的認(rèn)知教學(xué)，航線繞機檢查實踐練習(xí)，駕駛艙指示和顯示的認(rèn)知，主要系統(tǒng)框圖和功能的講解和演示說明，部分操作測試和B737-700APU 部分的機型培訓(xùn)等。

波音MPT(Maintenance Performance Toolbox)是建立在波音網(wǎng)絡(luò)平臺(Myboeingfleet.com)上的專業(yè)化維修系統(tǒng)，能為航空器運營商提供實時的智能維修文件和可視化信息解決方案。新培訓(xùn)系統(tǒng)可以復(fù)制整架飛機而不僅僅是駕駛艙，能將實時的性能信息提供給維修人員。因此，在維修培訓(xùn)過程中可以采用實時模擬方式。在實際的排故教學(xué)過程中，主要利用MPT 的排故工具:可以根據(jù)飛機各個系統(tǒng)的2D 圖形，在航線緊急排故時，快速查找相應(yīng)的技術(shù)信息;對相似故障修復(fù)經(jīng)驗進(jìn)行收集及分析，建立排故數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)不同維修團(tuán)隊的實時共享。MPT 采用2D 圖標(biāo)標(biāo)識飛機各個系統(tǒng)(見圖2)，通過鼠標(biāo)點擊獲得飛機特殊位置或零件的相關(guān)信息，這種智能化圖標(biāo)用戶界面可使維修人員迅速獲得飛機需要維修的準(zhǔn)確位置，然后結(jié)合中央維護(hù)計算機信息、故障代碼、駕駛艙故障顯示和飛行頁面檢查，來制定維修方案［10］。同時，MPT 還引入了3D結(jié)構(gòu)立體圖，配合最新的虛擬現(xiàn)實(VR)和Web3D 技術(shù)，使用普通的IE 瀏覽器就可以實現(xiàn)在線的實時3D瀏覽。建立在J2EE 格式標(biāo)準(zhǔn)上網(wǎng)頁化的MPT，降低了運營商的基礎(chǔ)設(shè)施成本，減少了更新IT 的負(fù)擔(dān)，現(xiàn)代數(shù)字化維修平臺MPT 培訓(xùn)工具不僅可以提供及時的培訓(xùn)信息，而且還給教學(xué)人員提供開發(fā)新培訓(xùn)項目的平臺，以及輔助搜集關(guān)于飛機系統(tǒng)和維護(hù)需要的教學(xué)資料。它可以給指導(dǎo)老師在課堂講授知識時提供先進(jìn)的培訓(xùn)工具，加強學(xué)生對復(fù)雜飛機系統(tǒng)的理解記憶，有助于飛機系統(tǒng)及手冊應(yīng)用的交叉培訓(xùn)［11-12］。

圖2 波音公司數(shù)字化維修管理軟件MPT

飛機維修分析AIRMAN(AIRcraft Maintenance ANalysis)主要幫助維修基地對整個機隊的維修信息進(jìn)行跟蹤管理，簡化和優(yōu)化排故維修工作，提高排故效率。在實際排故教學(xué)過程中，主要利用AIRMAN 排故工具知識數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)電子化排故 (Etroubleshooting)［13］。通過查看飛機航后報告(PFR)上列出的一系列故障信息，點擊其中一條故障信息，則與之屬于同一系統(tǒng)的其他故障信息也將同時從故障列表中被標(biāo)識，雙擊列表中的故障信息，會出現(xiàn)該故障信息的詳細(xì)內(nèi)容頁面，該頁面左側(cè)設(shè)有AIRMAN 分析區(qū)、警告區(qū)、故障信息區(qū)和故障原因等。并在排故手冊列表中給出該故障所涉及的章節(jié)號代碼和排故程序標(biāo)題等信息［14-15］。

3 航空維修排故教學(xué)的設(shè)計

民用航空器維修排故是一項高級維修技能，合格的維修排故工程師必須具備以下技能:了解系統(tǒng)主要部件功能、位置和部件的相互連接關(guān)系;了解故障指示器并驗證飛機故障指示;使用故障診斷策略分析故障;使用系統(tǒng)自檢測試設(shè)備或其他設(shè)備;讀取并分析自檢結(jié)果;統(tǒng)計分析總結(jié)系統(tǒng)哪些部件容易出現(xiàn)故障;使用維修技術(shù)資料執(zhí)行故障隔離程序和維修任務(wù)等。因此，培養(yǎng)維修排故工程師的難點在于教會學(xué)員合理的使用故障診斷策略、設(shè)備和方法來進(jìn)行排故。本節(jié)以網(wǎng)絡(luò)化航空維修實踐教學(xué)設(shè)備為載體，從故障案例選取原則、故障指示、排故流程和策略等方面論述如何設(shè)計排故教學(xué)過程。

(1) 故障案例選取原則。飛機上的故障一般分為三種類型:部件或系統(tǒng)問題;系統(tǒng)及其環(huán)境相關(guān)的問題;兩個或更多系統(tǒng)相關(guān)的問題［16］。在確定具體的故障案例時，需要滿足以下幾點要求:

選取明確的故障案例:即要清楚的告訴學(xué)生，飛機出現(xiàn)了什么故障指示或故障現(xiàn)象，學(xué)生根據(jù)該特定的故障指示或現(xiàn)象進(jìn)行具體問題具體分析。

故障案例的選擇應(yīng)遵循由淺入深的原則:在進(jìn)行排故教學(xué)過程中，先設(shè)置系統(tǒng)或部件級故障，該類故障通常參閱FIM(故障隔離手冊)或TSM(排故手冊)可找到標(biāo)準(zhǔn)化的排故流程，再選擇綜合性高或與運營環(huán)境有關(guān)的故障案例供學(xué)生深入分析進(jìn)行排故。

選擇可以應(yīng)用到具體排故策略的故障案例:應(yīng)該選取各種級別的故障案例，以便學(xué)生最終完成所有排故過程時可以應(yīng)用到所有的排故策略和方法。

選擇排故步驟簡單易懂的故障案例:對于復(fù)雜的故障案例排故，教師應(yīng)該將整個排故程序分解為各個小程序進(jìn)行分階段排故。

制定排故方案過程需要有時間限制:航空維修培訓(xùn)的最終目的是提高飛機可靠性，縮短飛機停飛時間。

(2) 故障指示。選取合適的故障案例后，第一步應(yīng)該向?qū)W生講解如何獲取故障指示(見表1(1)、(2))，以及針對具體故障案例的故障指示是什么?并理解每一種操作模式下，哪些顯示或指示應(yīng)該出現(xiàn)，而哪些顯示不應(yīng)該出現(xiàn)。還應(yīng)該知道系統(tǒng)運作需要哪些電路保護(hù)裝置、保險絲以及輔助系統(tǒng)(液壓、氣動、電氣系統(tǒng))。排故人員作為飛機的維修者，應(yīng)當(dāng)了解飛行員如何使用飛機各個系統(tǒng)以及在使用過程中期望值是什么。飛行員的使用，不管是正確還是錯誤，都會影響系統(tǒng)的運行和排故過程。

(3) 排故流程和排故策略。排故是維修經(jīng)驗+排故手冊綜合應(yīng)用的過程。故障隔離手冊是飛機制造商根據(jù)飛機的設(shè)計特點向航空公司提供的部分故障的排除方法。由于排故書冊的不完善和不靈活，單純依靠排故手冊進(jìn)行排故，在航線維修過程中有可能造成航班延誤，影響航空公司的聲譽和直接運營成本。同時依據(jù)排故手冊排故容易引起無故障發(fā)現(xiàn)率和NFF 誤拆率(No Fault Found)升高，嚴(yán)重影響排故效率和直接維修成本。僅依靠維修經(jīng)驗進(jìn)行排故，當(dāng)故障源不同時，往往使排故過程陷入困境，排故順序錯誤還有可能引起飛機的額外損傷或其他潛在故障。因此，排故過程應(yīng)該綜合應(yīng)用經(jīng)驗和排故手冊，同時應(yīng)用故障樹分析，失效模式與影響分析，失效概率風(fēng)險評估，部件拆裝便利性評估等排故策略(見表1)。

表1 排故流程和策略

(續(xù)表1)

對于造成航班延誤或取消的故障，有必要從技術(shù)上進(jìn)行總結(jié)和分析，盡量避免再次出現(xiàn)相同的情況?？偨Y(jié)和分析的內(nèi)容應(yīng)為:延誤的原因;針對延誤原因有無改進(jìn)措施;如不能改進(jìn)可否避免該故障發(fā)生;難以判斷故障是否造成延誤，事后應(yīng)進(jìn)行故障分析，看能否改進(jìn)故障隔離方法，實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的故障隔離。

4 結(jié) 語

目前，網(wǎng)絡(luò)化航空維修實踐教學(xué)平臺主要應(yīng)用于本科機務(wù)專業(yè)卓越工程師班的教學(xué)和新加坡學(xué)員的教學(xué)服務(wù)，還承擔(dān)了航空公司在職人員的部分機型培訓(xùn)工作。通過精心設(shè)計故障案例、故障指示、排故流程和排故策略四個環(huán)節(jié)開展航空維修高級排故教學(xué)，在教學(xué)過程中，學(xué)員一致認(rèn)為該網(wǎng)絡(luò)化平臺不僅真實、直觀地反映了實際排故流程，同時節(jié)約了培訓(xùn)時間，提高了培訓(xùn)效果，基本滿足行業(yè)對于高水平航空維修工程師和卓越工程師的培訓(xùn)要求。

［1］ 王 宇.維修訓(xùn)練模擬器引發(fā)的機型培訓(xùn)變革［J］. 航空維修與工程，2010(4):28-29.WANG Yu. Type training innovation caused by Maintenance Training Device［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2010(4):28-29.

［2］ 官 頌.波音757 飛機維護(hù)CBT 課件的開發(fā)與研制［J］.中國民航學(xué)院學(xué)報，2001，19(2):48-51.GUAN Song. Development of the CBT Courseware for the Maintenance of the Boeing 757 Aircraft［J］.Journal of Civil Aviation University of China，2001，19(2):48-51.

［3］ 吳 軍. 多媒體CBT 教育技術(shù)探討［J］. 中國民航學(xué)院學(xué)報，1997，15(3):75-77.WU Jun. A Probing Study of the Multimedia CBT Education Technology［J］. Journal of Civil Aviation University of China，1997，15(3):75-77.

［4］ 楊 剛.機務(wù)WBT 系統(tǒng)框架設(shè)計與研究［D］.南京:南京航空航天大學(xué)，2012.

［5］ 蘇 彬.CBT 的新發(fā)展［J］. 中國民航飛行學(xué)院學(xué)報，2000(2):27-29.SU Bing. The New Development of CBT［J］. Journal of Civil Aviation Flight University of China，2000(2):27-29.

［6］ 何豐如，羅曉奔. 基于Web 的全程教學(xué)環(huán)節(jié)網(wǎng)上教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機工程與設(shè)計，2002，23(7):41-45.HE Feng ru，Luo xiao ben. Design and implementation of teaching system for whole teaching-process based on web［J］. Computer Engineering and Design，2002，23(7):41-45.

［7］ 張 煜.航空器維護(hù)訓(xùn)練器在飛機維修工作的應(yīng)用［J］. 航空維修與工程，2009(5):88-89.ZHANG Yu. Application of Aviation Maintenance Training Device in Aircraft Maintenance［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2009(5):88-89.

［8］ Henry Canaday.數(shù)字化培訓(xùn)［J］. 航空維修與工程，2010(4):26-27.Henry Canaday. Toward the Digital Classroom ［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2010(4):26-27.

［9］ 樊智勇，王 娟，王 勇.多功能飛機維護(hù)訓(xùn)練器的建設(shè)和教學(xué)實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2012(5):182-183.FAN Zhi-yong，WANG Juan，WANG Yong. Construction and teaching practice of multifunctional aircraft maintenance training device［J］. Experimental Technology and Management，2012，29(5):182-183.

［10］ 曉 誠.波音787 的維修培訓(xùn)［J］. 航空維修與工程，2010(4):30-31.XIAO Cheng. B787 Training for Mechanics ［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2010(4):30-31.

［11］ 雷克斯 道格拉斯.維修性能軟件包［J］.波音航空，2007(1):22-27.Rex Douglas.Maintenance Performance Toolbox［J］. Boeing AERO，2007(1):22-27.

［12］ 許冀威，趙 銘. 波音的數(shù)字化維修管理軟件MPT［J］. 國際航空，2010(9):68-69.XU Ji-wei，ZHAO Ming.Boeing’s Maintenance Performance Toolbox［J］.International Aviation，2010(9):68-69.

［13］ 顧 錚. 空中客車公司數(shù)字化排故及維修管理軟件AIRMAN［J］.航空維修與工程，2005(6):39-41.GU Zheng. Airbus Digital Troubleshooting and Maintenance Management Software AIRMAN［J］. Aviation Maintenance ＆Engineering，2005(6):39-41.

［14］ 李-安-泰格梅爾.航空維修培訓(xùn)的轉(zhuǎn)變［J］.國際航空，2008(1):46-48.LI An tiger mayer.Redefining Maintenance Training［J］.International Aviation，2008(1):46-48.

［15］ 羅 飛.應(yīng)用空客AIRMAN 系統(tǒng)保障深航A320 機隊安全運行［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012(22):81-82.LUO Feng. Apply Airbus AIRMAN to ensure Shenzhen airline A320 fleet safety operation［J］.Science and Technology Innovation Herald，2012(22):81-82.

［16］ Harry A.Kinnision，李建媚，李真譯.航空維修管理［M］.北京，航空工業(yè)出版社，2007:249-262.