虛擬仿真在A320飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

葛 劍，孫 罡，金國友

（1.成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空工程學(xué)院，四川 成都 610100；2.電子科技大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，四川 成都 610054）

0 引 言

虛擬仿真技術(shù)是用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由硬件和軟件構(gòu)成。虛擬仿真環(huán)境是一個(gè)虛擬環(huán)境，能夠?qū)Ω鞣N環(huán)境和實(shí)物進(jìn)行高度模擬。當(dāng)人們進(jìn)入該環(huán)境并與其進(jìn)行交互時(shí)，可產(chǎn)生“身臨其境”的感覺。由于技術(shù)具備多種優(yōu)勢(shì)，虛擬仿真在學(xué)校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在空中客車A320飛機(jī)的維修方面。

1 空中客車A320簡介

空中客車A320系列飛機(jī)是歐洲空中客車公司研制生產(chǎn)的單通道雙發(fā)中短程150座級(jí)客機(jī)［1］，是第一款使用數(shù)字電傳操縱飛行控制系統(tǒng)的商用飛機(jī)，也是第一款放寬靜穩(wěn)定度設(shè)計(jì)的民航客機(jī)?？罩锌蛙嘇320是國際民航主流機(jī)型，也是目前中國民航的主流機(jī)型。

2 虛擬仿真在空中客車A320飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的必要性

截至2020年底，A320系列飛機(jī)在中國民航共有1 500架左右，且數(shù)量還在持續(xù)增加。A320飛機(jī)總價(jià)格高、航材貴、維護(hù)費(fèi)高，因此在進(jìn)行飛機(jī)維修實(shí)踐教學(xué)時(shí)采用真實(shí)飛機(jī)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)不具備可行性，可采用虛擬仿真教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)［2］。

2.1 危害少且破環(huán)小

飛機(jī)的部分系統(tǒng)在工作時(shí)會(huì)危害人身和環(huán)境安全，如雷達(dá)系統(tǒng)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的輻射，發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)會(huì)對(duì)周圍壞境產(chǎn)生很大的干擾等。通過仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，學(xué)生可以實(shí)施雷達(dá)系統(tǒng)的相關(guān)操作與測(cè)試及發(fā)動(dòng)機(jī)試車流程，不僅達(dá)到了與真實(shí)實(shí)訓(xùn)操作相同的效果，而且大大降低了對(duì)人身和環(huán)境的危害。仿真操作測(cè)試如圖1所示。

圖1 A320氣象雷達(dá)仿真操作測(cè)試

2.2 成本較低

空中客車A320飛機(jī)產(chǎn)于歐洲，其航材不僅成本高、購買周期長，而且購買渠道有限。此外，設(shè)備出現(xiàn)故障后，維修費(fèi)用較高。采用仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，不僅可以達(dá)到相同的教學(xué)效果，而且可以大大降低實(shí)訓(xùn)成本。A320飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)仿真修理操作如圖2所示。

圖2 A320飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)仿真修理操作

2.3 可模擬故障

空中客車A320在飛行過程中的很多故障無法在地面重現(xiàn)，特別是一些隱性故障，因此真實(shí)教學(xué)實(shí)訓(xùn)中無法對(duì)這類故障進(jìn)行排除訓(xùn)練［3］。通過仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可以仿真模擬飛機(jī)的各類故障，提高學(xué)生利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，也便于學(xué)生掌握飛機(jī)各個(gè)子系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。

2.4 可培養(yǎng)學(xué)生解決應(yīng)用問題的能力

遵循CCAR-147-02 M11及空客A320飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，采用仿真硬件與仿真軟件相結(jié)合的方式，仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以提供虛擬的工作場景，滿足系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)操作、系統(tǒng)拆裝、系統(tǒng)測(cè)試、故障分析以及故障診斷等多個(gè)層面由淺入深的專業(yè)教學(xué)要求，有效地培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)課程知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，進(jìn)而掌握空中客車A320飛機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、維修流程及相關(guān)規(guī)范等。

3 空中客車A320飛機(jī)維修虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)思路

3.1 教學(xué)資源建設(shè)

結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及飛機(jī)維修類專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以現(xiàn)有空中客車A320飛機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源為基礎(chǔ)，通過校企合作，系統(tǒng)規(guī)劃空中客車A320飛機(jī)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源建設(shè)，建立系統(tǒng)、合理及有效的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源體系，以提升專業(yè)實(shí)踐教學(xué)和社會(huì)服務(wù)能力，從而滿足不斷增長的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)需求和社會(huì)服務(wù)需求。

3.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)和管理隊(duì)伍建設(shè)

在現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)教學(xué)和管理隊(duì)伍的基礎(chǔ)上，遵循人才引進(jìn)和人才培養(yǎng)相結(jié)合的原則，建立一支專兼職結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)和管理隊(duì)伍，并聘請(qǐng)行業(yè)專家作為兼職教師，以滿足日常實(shí)訓(xùn)教學(xué)和管理需求、虛擬仿真后期建設(shè)發(fā)展需求。

3.3 實(shí)訓(xùn)管理體系建設(shè)

建立具有空中客車A320飛機(jī)仿真訓(xùn)練特色的實(shí)訓(xùn)管理體系［4］，涵蓋實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理外的計(jì)劃管理、目標(biāo)管理、組織管理、物資管理、質(zhì)量管理以及安全管理等內(nèi)容，為仿真訓(xùn)練中心的運(yùn)行和保障提供全面、有效支持，以符合民航空中客車A320飛機(jī)的修理規(guī)范。

4 虛擬仿真在空中客車A320飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的成效

目前，國內(nèi)已有成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中國民航大學(xué)及臺(tái)灣中華科技大學(xué)等高校在空中客車A320飛機(jī)維修方面進(jìn)行了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，滿足了維修實(shí)訓(xùn)的培訓(xùn)需求。通過空中客車A320飛機(jī)維修虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，虛擬仿真在空中客車A320飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)中效果顯著，解決了飛機(jī)維修類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)高成本、高損耗、訓(xùn)練時(shí)間少以及可重復(fù)性差等問題，打通了學(xué)校專業(yè)教學(xué)與企業(yè)員工培訓(xùn)的通道，打通了學(xué)?？蒲信c企業(yè)技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新的通道，對(duì)航空維修產(chǎn)業(yè)的支持效果顯著。

4.1 改革了實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)解決了空中客車A320飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)成本高、損耗大、訓(xùn)練時(shí)間少及不可重復(fù)訓(xùn)練等問題，實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)沉浸式教學(xué)，形成了虛實(shí)結(jié)合的訓(xùn)練方式，且可以反復(fù)練習(xí)，使飛機(jī)維修專業(yè)的學(xué)生在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中提高了認(rèn)知能力和實(shí)踐能力［5］。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場景如圖3所示。

圖3 空中客車A320飛機(jī)虛擬仿真訓(xùn)練

4.2 提升了教學(xué)資源開發(fā)能力

虛擬仿真在空中客車A320飛機(jī)維修中的應(yīng)用可以形成基于實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、微課及多媒體教學(xué)單元的模塊化實(shí)踐教學(xué)資源，為飛機(jī)維修類相關(guān)專業(yè)提供教學(xué)實(shí)訓(xùn)資源，持續(xù)改進(jìn)與完善模塊化學(xué)習(xí)與考核機(jī)制，深化學(xué)生的理論和實(shí)踐能力。根據(jù)民航空中客車A320飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程的實(shí)際維修情況，不斷開發(fā)飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，達(dá)成了持續(xù)開發(fā)教學(xué)資源的目標(biāo)。

4.3 創(chuàng)新學(xué)生“雙創(chuàng)”能力培養(yǎng)模式

空中客車A320飛機(jī)維修應(yīng)用虛擬仿真進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，可以使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中心開展自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，結(jié)合國家、省、校級(jí)實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃和各類學(xué)科競賽，參加世界技能大賽飛機(jī)維修項(xiàng)目比賽及虛擬仿真開發(fā)比賽，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

4.4 形成虛擬仿真開發(fā)及社會(huì)服務(wù)能力

通過積極探索虛擬仿真在飛機(jī)維修中的應(yīng)用，建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)開發(fā)室，組建虛擬仿真技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，學(xué)校逐步培養(yǎng)自主開發(fā)虛擬仿真的能力，進(jìn)而提高自身的科研能力。同時(shí)，打通學(xué)校科研與企業(yè)技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新通道，為企業(yè)提供個(gè)性化的虛擬仿真解決方案，推動(dòng)企業(yè)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)能力提升。學(xué)?？梢院推髽I(yè)深度合作，對(duì)企業(yè)員工進(jìn)行飛機(jī)維修能力及虛擬仿真開發(fā)能力培訓(xùn)。部分虛擬仿真開發(fā)產(chǎn)品如圖4所示。

圖4 虛擬仿真開發(fā)產(chǎn)品

4.5 提升專業(yè)對(duì)接行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)能力

應(yīng)用空中客車A320飛機(jī)虛擬仿真訓(xùn)練技術(shù)與資源，對(duì)接中國民航CCAR-147標(biāo)準(zhǔn)和歐洲EASA-147標(biāo)準(zhǔn)，可以獲得CCAR147維修培訓(xùn)機(jī)構(gòu)證書，實(shí)現(xiàn)了基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的人才培養(yǎng)和企業(yè)的無縫對(duì)接，使培養(yǎng)出的學(xué)生更具行業(yè)競爭力。

5 結(jié) 語

目前，民航空中客車A320飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)更多地依賴于實(shí)物。飛機(jī)維修虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是基于飛機(jī)系統(tǒng)仿真技術(shù)、三維數(shù)字模型技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)等搭建的一種訓(xùn)練平臺(tái)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在空中客車A320飛機(jī)維修中的使用，將大大提高民航A320飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)效果，提高航空類院校的教學(xué)質(zhì)量，提升受訓(xùn)學(xué)員的行業(yè)競爭力，為飛機(jī)維修實(shí)訓(xùn)改革提供助力。