基于勝任力模型的模擬飛行訓(xùn)練評估

王 岳，楊永剛，宋 澤

（中國民航大學(xué)a.飛行分校；b.通用航空學(xué)院，天津 300300）

加強(qiáng)飛行訓(xùn)練質(zhì)量，培養(yǎng)合格的飛行員，是保證航空安全的重要手段。目前，模擬飛行訓(xùn)練已廣泛用于飛行員培訓(xùn)中[1]。傳統(tǒng)的模擬飛行訓(xùn)練評估主要是由教員或檢查員根據(jù)飛行學(xué)員的飛行表現(xiàn)對比訓(xùn)練大綱標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估，評估具有較強(qiáng)的主觀性，且評估任務(wù)強(qiáng)度大。模擬飛行訓(xùn)練自動評估方法已成為飛行訓(xùn)練研究的熱點[2]。

在軍用航空領(lǐng)域，多種模擬飛行訓(xùn)練評估方法已被提出[3-4]。但這些評估方法基于軍機(jī)和軍隊訓(xùn)練大綱及科目，與民航飛行訓(xùn)練存在一定差異，因而不適用于民航飛行訓(xùn)練。文獻(xiàn)[5-6]基于航空公司專業(yè)模擬機(jī)提出了飛行訓(xùn)練評估方法，但其不適用于飛行學(xué)員的初始理論培訓(xùn)階段。

中國民用航空局于2020年12月發(fā)布了《中國民航運輸航空飛行員技能全生命周期管理體系建設(shè)實施路線圖》[7]。該文件以基于勝任力的培訓(xùn)和評估作為基礎(chǔ)理論，從戰(zhàn)略層面規(guī)定了教學(xué)訓(xùn)練體系建設(shè)要基于飛行員內(nèi)化的能力，為教學(xué)訓(xùn)練目標(biāo)指明了方向。飛行學(xué)員階段，即飛行技術(shù)專業(yè)本科階段，是一個從零基礎(chǔ)邁向職業(yè)化飛行員的初始階段。如何將基于勝任力的培訓(xùn)和評估融入飛行技術(shù)專業(yè)學(xué)員培養(yǎng)體系中的初始理論培訓(xùn)階段是眾多飛行技術(shù)專業(yè)教師面臨的問題。目前，在飛行技術(shù)專業(yè)本科理論階段培養(yǎng)過程中，先期開發(fā)的飛行仿真系統(tǒng)[8-9]通過運用飛行模擬演示，雖然能有效地幫助飛行學(xué)員直觀地理解對應(yīng)的知識點，但缺乏以績效表現(xiàn)為導(dǎo)向的培訓(xùn)和評估。針對飛行學(xué)員初始理論培訓(xùn)階段的綜合評估問題，提出基于勝任力的模擬飛行訓(xùn)練評估方法，并利用Prepar3D模擬飛行軟件及其開發(fā)套件設(shè)計了基于勝任力模型的模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺。該平臺選取典型飛行程序訓(xùn)練科目及其飛行技術(shù)考核指標(biāo)，并確定了兩層權(quán)值。最后，根據(jù)勝任力模型對飛行學(xué)員的模擬飛行訓(xùn)練進(jìn)行評估，得到評估結(jié)果。該方法對于飛行學(xué)員的模擬飛行訓(xùn)練評估具有較高的實用價值。

1 模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺構(gòu)建

Prepar3D 是一款三維仿真模擬飛行軟件，常用于航空公司和軍方飛行員培訓(xùn)，該軟件為用戶提供了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，可滿足不同用戶的需求[10-11]，且Prepar3D 開發(fā)套件可進(jìn)行二次開發(fā)。

在先期開發(fā)的飛行仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上，基于Prepar3D開發(fā)套件，利用Visual Studio C#編程工具[12]，通過Prepar3D飛行數(shù)據(jù)接口獲取實時數(shù)據(jù)，開發(fā)了模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺。

1.1 技術(shù)方案

模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺包括飛行數(shù)據(jù)采集和存儲模塊、基準(zhǔn)指標(biāo)庫模塊、飛行數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊。該平臺的模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺模塊結(jié)構(gòu)Fig.1 Module structure of simulation platform for simulated flight training evaluation

飛行數(shù)據(jù)采集和存儲模塊通過Prepar3D 的飛行數(shù)據(jù)接口不間斷地采集多組數(shù)據(jù)，并且在保證數(shù)據(jù)完整的基礎(chǔ)上快速存儲，并發(fā)送給飛行數(shù)據(jù)處理模塊；飛行數(shù)據(jù)處理模塊讀取基準(zhǔn)指標(biāo)庫模塊的數(shù)據(jù)后，與飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出評測結(jié)果。顯示模塊用于顯示飛行的航跡和飛行數(shù)據(jù)。飛行數(shù)據(jù)包括：飛行高度和飛行速度與時間的關(guān)系、經(jīng)度、緯度、航向、下降率、總體航線圖、進(jìn)近橫向和縱向航跡圖以及評測結(jié)果。

1.2 飛行程序訓(xùn)練科目和考核指標(biāo)設(shè)計

勝任力模型在20世紀(jì)70年代被正式應(yīng)用于管理領(lǐng)域。經(jīng)過幾十年發(fā)展，勝任力模型已經(jīng)發(fā)展比較成熟，在訓(xùn)練評估、人員選拔、訓(xùn)練課程設(shè)計等方面都有應(yīng)用[13]。2018年8月29日，國際民航組織發(fā)布了國家信函文件[14]，對勝任力定義、勝任力名稱及描述進(jìn)行了更新，認(rèn)為勝任力是人類績效的一個方面，能夠用于可靠地預(yù)測工作中的表現(xiàn)。勝任力能夠通過實施活動或任務(wù)（特定條件下）過程中產(chǎn)生的行為（受相關(guān)的知識、技能和態(tài)度驅(qū)使）被觀察到。文件中提出了飛行機(jī)組訓(xùn)練應(yīng)該重點關(guān)注的9 項核心勝任力指標(biāo)：程序的執(zhí)行和遵守規(guī)章、溝通、飛行航跡管理-自動飛行、飛行航跡管理-手動飛行、領(lǐng)導(dǎo)力和團(tuán)隊合作、問題的解決和決策、情景意識和信息管理、工作負(fù)荷管理、知識的應(yīng)用。

依據(jù)中國民用航空局標(biāo)準(zhǔn)和對飛行教員的調(diào)研，并結(jié)合飛行理論和模擬飛行的特點，基于勝任力模型設(shè)計了典型飛行程序訓(xùn)練科目（測試項）及其飛行技術(shù)考核指標(biāo)（測評指標(biāo)）。已開發(fā)飛行程序訓(xùn)練科目如圖2所示。

圖2 基于勝任力模型的典型飛行程序訓(xùn)練科目Fig.2 Typical flight training subject based on competency

考核指標(biāo)自動評分，避免了人為評分的高成本和因主觀性等引起的誤差。科目總評分加入了兩層權(quán)值，分別是：第一層的指標(biāo)權(quán)值和第二層的階段權(quán)值，考核總分計算公式可表示為

式中：Wi為第i階段的權(quán)值；Ki為第i階段的分?jǐn)?shù)表示為

式中：Ij為第j個指標(biāo)的分?jǐn)?shù)；WjI為第j個指標(biāo)的權(quán)值。

運用設(shè)計的勝任力評估單，綜合分析各階段的指標(biāo)得分、總分及學(xué)員表現(xiàn)，評估學(xué)員核心勝任力表現(xiàn)。其中飛行航跡管理-手動飛行評估單示例如圖3所示。

圖3 飛行航跡管理-手動飛行評估單Fig.3 The evaluation form of flight path manageme-manual flight

評估單將此項勝任力劃分成5 個評估等級，分別為優(yōu)秀、良好、中等、較差和差。同時給出評價等級的量化標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)秀的量化標(biāo)準(zhǔn)為（90，100]，良好的量化標(biāo)準(zhǔn)為（80，90]，中等的量化標(biāo)準(zhǔn)為（70，80]，較差的量化標(biāo)準(zhǔn)為（60，70]，差的量化標(biāo)準(zhǔn)為（0，60]。

從勝任力來看，飛行學(xué)員在完成3 個典型飛行程序訓(xùn)練訓(xùn)練科目的過程中，9 項核心勝任力均有展現(xiàn)。但總體上看，展現(xiàn)較為全面的勝任力有程序的執(zhí)行和遵守規(guī)章、飛行航跡管理-自動飛行、飛行航跡管理-手動飛行、情景意識和信息管理、工作負(fù)荷管理、知識的應(yīng)用。展現(xiàn)不全面的勝任力有溝通、領(lǐng)導(dǎo)力和團(tuán)隊合作、問題的解決和決策。

2 模擬飛行訓(xùn)練評估方法應(yīng)用案例

2.1 實踐應(yīng)用內(nèi)容

開發(fā)了3 個基于勝任力模型的典型飛行程序訓(xùn)練科目（演示與評估）；①塞斯納172 盲降進(jìn)近；②塞斯納172VOR/DME 進(jìn)近；③塞斯納172 類精密進(jìn)近。

2.2 案例說明

以塞斯納172 盲降進(jìn)近科目作為案例說明實踐應(yīng)用內(nèi)容。

2.2.1 軟件環(huán)境及場景配置

基于Prepar3D 平臺，場景為天津濱海國際機(jī)場16R 號跑道，根據(jù)需求設(shè)置天氣，機(jī)型為賽斯納172。

2.2.2 飛行操作程序

天津濱海機(jī)場盲降進(jìn)近程序圖[15]如圖4所示，具體飛行操作程序如下：

圖4 天津濱海國際機(jī)場盲降進(jìn)近程序圖Fig.4 ILS procedure chart of Tianjin Binhai International Airport

（1）距離TAJ 臺284 °徑向線2 n mile（1 n mile =1.852 nm）處作為飛機(jī)的初始位置，高度3 200 ft（1 ft=0.304 8 m）；

（2）沿TAJ 臺284°徑向線飛行，飛向TAJ 臺（起始進(jìn)近定位點（IAF，initialapproachfix）），過臺高度3000 ft；

（3）過TAJ 臺后，收油轉(zhuǎn)下降，減速到100 kt（1 kt=1.825 km/h），同時切入TAJ 臺350°徑向線并保持；

（4）適時調(diào)諧頻率、調(diào)整構(gòu)型。距TAJ 臺10 n mile時左轉(zhuǎn)至航向250°，切CDI 到盲降頻率；桿動后，左轉(zhuǎn)切入160°航向道；

（5）切入160°航向道后，嚴(yán)格保持，減速到90 kt，若在最后進(jìn)近點（FAF，final approach fix）前高度到達(dá)2 000 ft 則保持平飛；

（6）截獲下滑道后，在FAF處收油轉(zhuǎn)下降，保持速度90 kt 下降；

（7）嚴(yán)格保持航向道和下滑道飛行，高度低于1 000 ft 時不再要求速度90 kt；

（8）入口速度范圍應(yīng)保持在63～68 kt；

（9）到最低下降高度（200 ft）時若跑道可見，繼續(xù)正常的著陸程序，目視著陸；若跑道不可見，復(fù)飛，切CDI 到TAJ 頻率，加入復(fù)飛程序。

2.2.3 盲降進(jìn)近程序測評方法

盲降進(jìn)近是大型國際機(jī)場主要的進(jìn)近方式，是飛行學(xué)員理論階段需要掌握的重要知識點。依據(jù)飛行程序設(shè)計理論將進(jìn)近程序分為6 段：①起點到IAF；②IAF 到中間進(jìn)近定位點（IF，intermediate fix）③IF 到FAF；④最后進(jìn)近點到?jīng)Q斷高度（DH，decision height）；⑤決斷高度到跑道入口；⑥跑道入口到接地全停。根據(jù)中國民用航空局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)型參數(shù)、所選機(jī)場進(jìn)近程序圖及對資深航校教員的咨詢，同時考慮了模擬飛行的特點，在每個階段選取對應(yīng)的考核指標(biāo)，如表1所示，同時確定考核指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)及評測方法。

表1 盲降進(jìn)近程序各階段考核指標(biāo)表Tab.1 Assessment indicators in each section of ILS approach procedure

以IF 到FAF 段為例，考核指標(biāo)及評測方法如表2所示。

表2 考核指標(biāo)及評測方法表Tab.2 Assessment indicators and evaluation methods

2.3 實踐意義及推廣應(yīng)用

模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺既可以課堂演示也可以讓學(xué)生親身操作實踐練習(xí)，根據(jù)“學(xué)習(xí)金字塔”理論，實踐練習(xí)可以在很大程度上提高教學(xué)效果，可使學(xué)員對飛行理論知識點有更加直觀的理解。同時，基于勝任力模型的指標(biāo)設(shè)計，可使模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺應(yīng)用于評估學(xué)員的績效水平數(shù)據(jù)，從而識別勝任力的明顯缺陷。

基于該仿真平臺開發(fā)的塞斯納172 盲降進(jìn)近和VOR/DME 進(jìn)近案例已作為比賽科目應(yīng)用于全國高校模擬飛行錦標(biāo)賽中，經(jīng)多所國內(nèi)知名航空院校師生操作驗證，反饋效果良好，可對飛行技術(shù)專業(yè)中飛行原理、航圖、航行情報、目視與儀表飛行程序設(shè)計等課程理論知識進(jìn)行綜合應(yīng)用，有利于學(xué)員加深對相關(guān)對應(yīng)知識點的理解。

3 結(jié)語

基于勝任力模型設(shè)計了模擬飛行訓(xùn)練評估方法。實踐驗證表明該評估方法對于飛行技術(shù)專業(yè)飛行學(xué)員培養(yǎng)有明顯的輔助作用，且模擬飛行訓(xùn)練評估仿真平臺成本低廉、二次開發(fā)性強(qiáng)，擴(kuò)展和維護(hù)方便。但該評估方法非技術(shù)勝任力指標(biāo)中的溝通、領(lǐng)導(dǎo)力和團(tuán)隊合作缺失較為明顯，如何在評估教學(xué)實驗中融入非技術(shù)勝任力指標(biāo)還有待進(jìn)一步研究。