基于AIRMAN的輔助教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)及其在機(jī)務(wù)工程教學(xué)中的應(yīng)用

陳聰++金洋++鄭韜　王軒

【摘 要】AIRMAN是飛機(jī)健康監(jiān)測(cè)框架中用于地面維修的軟件模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)維修資源的優(yōu)化配置、電子排故等功能，在機(jī)務(wù)人員的培養(yǎng)方面具有較好的效果，但不能直接應(yīng)用于普通教學(xué)。因此，通過分析企業(yè)對(duì)機(jī)務(wù)工程專業(yè)的培養(yǎng)需求以及教學(xué)模式的組織方式，本文開發(fā)了空客公司AIRMAN的輔助教學(xué)系統(tǒng)，使得教學(xué)過程更具直觀性、生動(dòng)性，從而達(dá)到優(yōu)化教學(xué)方案、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

【關(guān)鍵詞】機(jī)務(wù)工程；AIRMAN系統(tǒng)；多媒體教學(xué)

0 引言

機(jī)務(wù)工程專業(yè)以培養(yǎng)具有高水平的維修專業(yè)技術(shù)人才、適應(yīng)航空公司的需求為目標(biāo)，近年來就業(yè)率一致保持穩(wěn)定的增長趨勢(shì)，而如何培養(yǎng)出能夠快速適應(yīng)企業(yè)需求的人才一直專業(yè)建設(shè)的一個(gè)研究重點(diǎn)。

飛機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估技術(shù)是飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的核心，是實(shí)現(xiàn)民用飛機(jī)長期可靠、安全飛行和高經(jīng)濟(jì)性運(yùn)營的關(guān)鍵，航空公司在這方面的人才缺口很大[1]，因此本文針對(duì)機(jī)務(wù)工程專業(yè)中飛機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估技術(shù)人才的培養(yǎng)問題展開了研究。

目前空客公司的A318/A319/A320、A330/A340以及A380等機(jī)型均采用AIRMAN系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和健康監(jiān)控[2]，因此很多航空運(yùn)營單位均將此系統(tǒng)作為員工培訓(xùn)的主要支撐。但是AIRMAN系統(tǒng)的體量復(fù)雜且龐大且用戶權(quán)限要求高，無法直接用于普通教學(xué)。

基于虛擬仿真技術(shù)的多媒體教學(xué)，是一種新穎的教學(xué)手段。具有圖文并茂、內(nèi)容豐富且直觀、容量大等特點(diǎn)。因此，本文通過研究AIRMAN系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)，利用Authorware開發(fā)相應(yīng)的模擬系統(tǒng)、研究基于AIRMAN模擬系統(tǒng)的教學(xué)方案，對(duì)提高學(xué)生的工程能力、實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力是具有重要的意義。

1 AIRMAN模擬系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 AIRMAN的工作模式

基于AIRMAN的健康管理是一個(gè)電子排故過程[3-4]，即當(dāng)飛機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，由飛機(jī)警告系統(tǒng)（FWS）進(jìn)行處理，即先將故障信息傳遞給駕駛艙顯示系統(tǒng)，再由機(jī)組人員添加或者補(bǔ)充飛行日志，同時(shí)飛機(jī)警告系統(tǒng)生成故障信息并通過空地傳輸技術(shù)（ACARS）傳給AIRMAN，AIRMAN根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫自動(dòng)查找相關(guān)的故障信息，并按維修等級(jí)制定故障排故的實(shí)施順序，在飛機(jī)完成任務(wù)之前自動(dòng)生成工單，并智能調(diào)度維修人員進(jìn)行維修，同時(shí)在飛機(jī)制造商的專家數(shù)據(jù)庫上自動(dòng)生成超鏈接，將所需的手冊(cè)進(jìn)行有效的組織，提高排故效率[5]?？梢姡瑢?duì)航后報(bào)告數(shù)據(jù)的處理與優(yōu)化是AIRMAN系統(tǒng)執(zhí)行的關(guān)鍵。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了利用模擬系統(tǒng)進(jìn)行輔助教學(xué)，本文將模擬系統(tǒng)分為AIRMAN模擬、COMPARE、SUMMERIZE三個(gè)模塊。

（1）AIRMAN模擬模塊

AIRMAN模擬模塊用于模擬AIRMAN對(duì)教學(xué)內(nèi)容的組織和表現(xiàn)方式，重點(diǎn)在于對(duì)AIRMAN數(shù)據(jù)庫輸入以及信息輸出的邏輯關(guān)系以及物理意義的呈現(xiàn)。

AIRMAN數(shù)據(jù)庫是AIRMAN的核心模塊。以空客為例，其AIRMAN數(shù)據(jù)的主要儲(chǔ)存在航空公司的運(yùn)行數(shù)據(jù)庫、接受飛行報(bào)告數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)以及制造商的維修經(jīng)驗(yàn)知識(shí)數(shù)據(jù)庫（如圖1所示）。

其中，航空公司的數(shù)據(jù)主要有技術(shù)項(xiàng)目和工單；飛行報(bào)告數(shù)據(jù)的信息數(shù)量較多，其主要分駕駛艙和客艙顯示數(shù)據(jù)、故障信息數(shù)據(jù)、航空日志條目的信息和運(yùn)行過程中產(chǎn)生的報(bào)告數(shù)據(jù)等[6-7]；維修經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，除了全世界空客公司的運(yùn)行數(shù)據(jù)以外，還包括AMM、TSM、IPC等手冊(cè)數(shù)據(jù)[8]。

圖2 AIRMAN數(shù)據(jù)基本來源

AIRMAN系統(tǒng)能夠提供的信息可分為以下兩種情況：（一）當(dāng)航空公司登陸其人機(jī)界面，對(duì)本公司的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，例如故障信息、航后報(bào)告（PFR），這些數(shù)據(jù)來自是航空公司數(shù)據(jù)庫；（二）當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行非計(jì)劃電子排故時(shí)，需要AIRMAN智能地制定排故方案，此時(shí)需要飛行報(bào)告數(shù)據(jù)庫、航空公司數(shù)據(jù)庫的輸出，而排故過程需要?dú)v史經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)手冊(cè)作為指導(dǎo)時(shí)，也需要經(jīng)驗(yàn)知識(shí)數(shù)據(jù)庫。利用這些輸出的信息便可以在實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)的同時(shí)，有效降低維修成本[9]。

本文對(duì)AIRMAN核心功能的模擬主要內(nèi)容包括：演示飛機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，動(dòng)態(tài)展示飛機(jī)從起飛開始對(duì)整個(gè)飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)的監(jiān)控，在飛行遇到運(yùn)行故障和自檢故障的情況下觸發(fā)AIRMAN模擬輸出[10]，并利用Authorware交互圖標(biāo)等方式演示AIRMAN的處理程序。

（2）COMPARE模塊

COMPARE模塊用來演示自動(dòng)排故與傳統(tǒng)排故的不同。傳統(tǒng)排故過程主要依靠維修人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，在按照手冊(cè)進(jìn)行步驟維修。在這期間存在的失誤是不可避免的，如排故準(zhǔn)確度低、時(shí)間長等問題，同時(shí)由于排故過程中涉及到的維修資源過于龐大和復(fù)雜，也會(huì)對(duì)排故過程造成影響。AIRMAN的應(yīng)用較好的解決了這些問題，具有故障發(fā)現(xiàn)早，定位精度高，并且能夠得到最優(yōu)的排故流程。

（3）SUMMERIZE模塊

SUMMERIZE模塊用于對(duì)AIRMAN模擬模塊的演示過程和COMPARE模塊的對(duì)比結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，得出基于AIRMAN系統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)體系的特點(diǎn)等結(jié)論性說明。

綜上，經(jīng)過分析研究，設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 整體框架設(shè)計(jì)圖

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了生動(dòng)地展現(xiàn)AIRMAN系統(tǒng)，首要任務(wù)就是對(duì)素材的收集并進(jìn)行編輯。素材的主要來源于手冊(cè)素材，其中包括空客公司AIRMAN用戶手冊(cè)和機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)（OMS）手冊(cè)等；另一方面就是原創(chuàng)素材，通過對(duì)系統(tǒng)的研究與分析，借助多媒體軟件，自行繪制符合要求的素材。

依據(jù)輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邏輯，對(duì)圖標(biāo)及其子圖標(biāo)進(jìn)行素材插入，然后再進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到理想的匹配效果，如圖4所示。圖5為運(yùn)行故障和自檢故障過程模擬。圖6為實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行人機(jī)界面。圖7為遇到自檢故障后，對(duì)故障分析結(jié)果可靠性的判斷。

圖4 AIRMAN監(jiān)控飛機(jī)素材匹配

圖5 運(yùn)行故障素材匹配

圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行

圖7 故障可靠性判斷

3 結(jié)論

本文對(duì)航空公司對(duì)機(jī)務(wù)工程專業(yè)的培養(yǎng)需求進(jìn)行了分析，針對(duì)航空公司對(duì)飛機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估技術(shù)人才的需求，模擬空客公司AIRMAN開發(fā)了輔助教學(xué)系統(tǒng)。首先，對(duì)AIRMAN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及主要的模塊進(jìn)行了分析，重點(diǎn)考慮系統(tǒng)的輸入與輸出所包含的信息類型并結(jié)合飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康管理的目的，設(shè)計(jì)了輔助教學(xué)系統(tǒng)的演示模塊；同時(shí)根據(jù)教學(xué)的需要，針對(duì)不同的機(jī)型以及自動(dòng)排故與傳統(tǒng)排故方式的差異，設(shè)計(jì)了比較教學(xué)模塊；最后為了進(jìn)一步的提升輔助教學(xué)功能和效果，開發(fā)了提要生成模塊。

通過多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)，可以有效解決在飛機(jī)上或者模擬機(jī)上進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)成本過高，而波音公司或空客公司開發(fā)的模擬軟件（如CBT）價(jià)格昂貴，不適用一般普通教學(xué)的問題。利用模擬軟件進(jìn)行仿真，不僅能在教學(xué)時(shí)方便地進(jìn)行系統(tǒng)演示，而且也使學(xué)生能夠更加深入的學(xué)習(xí)該系統(tǒng)組成和原理。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]