虛擬維修技術(shù)及其在航空維修訓(xùn)練中的應(yīng)用初探

謝軍 唐慶如

摘 要

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

關(guān)鍵詞

虛擬維修;航空維修;訓(xùn)練

中圖分類號： V267 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

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

0 引言

隨著我國航空業(yè)特別是民航運輸業(yè)的快速發(fā)展，航空維修作為保障航空安全及行業(yè)運營的基礎(chǔ)，也迎來了一些新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)航空器維修長期以來普遍都采用理論培訓(xùn)加機上實踐的方法，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)實技術(shù)近年來迅速普及，虛擬維修作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在維修中的應(yīng)用也得到了進一步發(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)計驗證和維修保障規(guī)劃三個方向，本文主要對虛擬維修技術(shù)在航空維修訓(xùn)練中的應(yīng)用進行簡要分析。

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、航天器等對于維修及維護訓(xùn)練等工作的需求。虛擬維修VM （Virtual Maintenance）這個概念最早出現(xiàn)在美國軍用手冊MIL-HDBK-470A中，指的是：使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，維修工程師可進入虛擬環(huán)境中，對虛擬產(chǎn)品進行維修[1]。

2 研究及應(yīng)用概況

2.1 國外情況

新加坡南洋理工大學最早采用面向?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)將重點放在維修路徑規(guī)劃和演示上[2]。美國Lockheed Martin公司采用DELMIA平臺對發(fā)動機拆裝、武器裝填等過程進行仿真[3-4]。加拿大Bombardier公司則選用Jack模擬機載設(shè)備的裝配和維修[5] 。國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，主要針對飛機維修培訓(xùn)設(shè)計，可以提供虛擬維修操作訓(xùn)練，且可替代部分OJT（On Job Training）實習課程，國內(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 國內(nèi)情況

北京航空航天大學的虛擬現(xiàn)實技術(shù)國家重點實驗室、浙江大學CAD&CG國家重點實驗室、中國民航大學、中國民航飛行學院等在維修過程建模、虛擬樣機建模、維修動作仿真以及虛擬人機交互等方面已開展了大量研究，取得了一些成果。

浙江大學萬華根等開發(fā)的VDVAS（Virtual Designand Virtual Assembly System）用于虛擬設(shè)計與得到最佳裝配順序和路徑[2]。中國民航大學主導(dǎo)開發(fā)了虛擬駕駛艙和虛擬飛機仿真系統(tǒng)、半物理仿真系統(tǒng)及桌面虛擬仿真教學系統(tǒng)。模擬飛機真實系統(tǒng)運行過程和場景，用于航空維修工程技術(shù)及管理的模擬再現(xiàn)和訓(xùn)練。中國民航飛行學院自主開發(fā)了機務(wù)維護模擬機和虛擬維修訓(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)可以彌補傳統(tǒng)航空維修訓(xùn)練中存在的理論與實踐脫節(jié)、理論講解不夠生動、實踐操作危險及困難等問題，同時能實現(xiàn)傳統(tǒng)維修實訓(xùn)難以實現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)性工作的訓(xùn)練。

3.1 航空維修的特點

航空器屬于高價值、高技術(shù)、高風險的復(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行效率，是航空運營保障的關(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較高，航空維修具有如下特點：

（1）航空維修技術(shù)綜合性高

（2）航空維修程序嚴格

（3）航空維修具有高消耗性

（4）航空維修對人員資質(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

實訓(xùn)教學是培養(yǎng)航空維修應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)，實訓(xùn)即職業(yè)技能實際訓(xùn)練，它包含“培訓(xùn)”和“實踐”。實訓(xùn)的目的是使受訓(xùn)者獲得一項穩(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，需要較強的實踐動手能力;系統(tǒng)功能測試、故障判斷及排除等對工程分析能力要求較高;目前我國絕大部分民航運輸機來自美國或歐洲制造商，對專業(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上實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，兩者在銜接上與實際維修工作并不能保持一致。且采用飛機實體或特制的訓(xùn)練設(shè)備，往往具有以下不足：造價昂貴，后期設(shè)備升級及維護成本也高;實體飛機上操作可能受時間、場地、天氣等因素的限制;相對主流機型，培訓(xùn)內(nèi)容往往滯后，學員對維修整體流程及實際系統(tǒng)性工作缺乏認知;某些項目如拆裝、飛機通電測試等可持續(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;有的操作對初學者人身安全造成一定威脅。

3.4 虛擬維修訓(xùn)練的優(yōu)勢

虛擬維修訓(xùn)練以計算機技術(shù)為核心，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用為基礎(chǔ)，虛擬的數(shù)字樣機和場景為操作對象，以行業(yè)特點及專業(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)場景，與傳統(tǒng)的實體設(shè)備訓(xùn)練相比具有以下優(yōu)勢：

（1）安全性——高風險維護工作在實體訓(xùn)練中難以開展，且需要人員具備相關(guān)資質(zhì)

（2）經(jīng)濟性——虛擬維樣機訓(xùn)練比物理樣機訓(xùn)練的使用和維護成本低

（3）系統(tǒng)性——傳統(tǒng)航空維修訓(xùn)練中各項目之間往往比較孤立，整體流程也難以進行訓(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——可不受場地、時間和天氣等因素影響，并且可以和實體設(shè)備組成半虛擬半物理的混合訓(xùn)練方式，具有較強的靈活性

3.5 對虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)提出的要求

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

（1）模型真實度高

（2）訓(xùn)練過程表達準確

（3）能對訓(xùn)練過程進行優(yōu)化

（4）能對訓(xùn)練質(zhì)量進行評估

（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、機械制造、產(chǎn)品設(shè)計、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ΑＬ摂M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，目前國內(nèi)特別是民航維修方面的應(yīng)用研究還并不多。同時，深入研究虛擬維修技術(shù)以及所應(yīng)用領(lǐng)域的特點能夠更好使兩者結(jié)合，對其應(yīng)用領(lǐng)域有著重要意義。

參考文獻

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