探討增強現(xiàn)實技術(shù)在飛機維修行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

摘要：主要介紹了飛機維修行業(yè)的現(xiàn)狀和存在的問題，增強現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展為飛機維修提供了新的技術(shù)手段和方法。通過增強現(xiàn)實技術(shù)，不僅可以提高機務(wù)人員的工作效率，還可以有效提升維修可靠性。在AR遠程技術(shù)支持系統(tǒng)中，飛機維修工程師可以通過AR系統(tǒng)，以第一視角實時觀看到現(xiàn)場畫面，對處于現(xiàn)場的機務(wù)人員進行技術(shù)指導(dǎo)。在飛機維修行業(yè)的其他應(yīng)用包括智能動作識別、部件識別與查找、電子工卡功能、車輛行駛間與飛機的測距等。

關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實飛機維修維修可靠性智能動作識別

中圖分類號：V21

DiscussionontheApplicationStatusofAugmentedRealityTechnologyintheAircraftMaintenanceIndustry

ZHANGYonggang

GuangzhouCivilAviationCollege，Guangzhou，GuangdongProvince，510403China

Abstract：Thispaperintroducesthecurrentsituationandexistingproblemsofaircraftmaintenanceindustry.TheemergenceandrapiddevelopmentofAugmentedReality（AR）technologyprovidenewtechnicalmeansandmethodsforaircraftmaintenance.ThroughARtechnologycannotonlyimprovetheworkingefficiencyofmaintenancepersonnel，butalsoeffectivelyimprovethereliabilityofmaintenance.IntheARremotetechnicalsupportsystem，aircraftmaintenanceengineerscanviewthereal-timeon-sitescenefromthefirstperspectivethroughtheARsystem，providingtechnicalguidancetoon-sitemaintenancepersonnel.Otherapplicationsintheaircraftmaintenanceindustryincludeintelligentactionrecognition，componentrecognitionandsearch，electronicworkcardfunction，anddistancemeasurementbetweenvehiclesandaircraft.

KeyWords：AugmentedReality;Aircraftmaintenance;Maintenancereliability;Intelligentactionrecognition

雖然3年疫情對民航業(yè)造成了較大沖擊，但長期來看我國民航市場還是保持了高速發(fā)展的態(tài)勢，國內(nèi)的國航、南航及東航等行業(yè)巨頭都在加速引進新的客機以擴大各自的機隊規(guī)模，以進一步提高運量，加大自身競爭力。然而，隨著機隊規(guī)模的不斷擴大，造成飛機基數(shù)井噴式增加，航空公司與飛機維修企業(yè)也隨之產(chǎn)生大量的飛機維修業(yè)務(wù)，如果按照傳統(tǒng)的飛機維修流程和方法，機務(wù)人員現(xiàn)有的工作方式和的工作效率顯然無法滿足要求。另外，新進機務(wù)人員的培訓(xùn)壓力增大，相應(yīng)的維修技能普遍會有所欠缺，由于這些機務(wù)人員缺少工作經(jīng)驗或?qū)S修方案的不熟悉，往往會造成維修可靠性降低。

飛機維修是保證飛機適航性與安全運行的重要環(huán)節(jié)，也是確保飛行安全的重要保障。飛機維修是一項嚴謹、高精度的工作，如果出現(xiàn)維修可靠性降低的情況，將可能造成飛機不適航、航班延誤或出現(xiàn)運行限制等嚴重后果[1]。

增強現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展成為一個新的契機，這項前沿技術(shù)為飛機維修行業(yè)提供了新的技術(shù)途徑和手段。通過把增強現(xiàn)實技術(shù)移植到飛機維修過程中，必要時再進行二次開發(fā)，形“基于增強現(xiàn)實技術(shù)的飛機維修系統(tǒng)”，利用這套系統(tǒng)不僅可以提高機務(wù)人員的工作效率，還可以提升維修的可靠性。利用增強現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）技術(shù)可以讓一線機務(wù)人員快速識別維修過程中的安全隱患，迅速上報并及時做出處理措施。

• 飛機維修現(xiàn)狀

飛機維修是指為飛機提供各種維修服務(wù)的業(yè)務(wù)總和，它包括飛機航線的維修、飛機機體大修、發(fā)動機大修、重要部件的修理等具體業(yè)務(wù)。飛機是技術(shù)密集的超大型復(fù)雜系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，各組件拆裝、調(diào)試、維修都相當(dāng)困難，且維修費用昂貴，對維修人員技術(shù)要求也極高[2]。飛機的裝配及維修質(zhì)量對其性能和使用壽命影響很大。

以航線維修為例，往往在遠離工具房與辦公區(qū)域的遠機位工作，工作環(huán)境比較惡劣，且人員流動頻繁，涉及的工具和物料眾多，這就為維修帶來了困難。經(jīng)常會遇到如工具物料的缺失、缺乏資料及機務(wù)人員對工作流程不熟悉等因素，造成維修可靠性降低。當(dāng)飛機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，主要是依賴于現(xiàn)場機務(wù)人員的維修技術(shù)和個人經(jīng)驗去判斷故障源，而這個時候如果恰好遇到工具、備件不齊全，機務(wù)人員也只能在工具房和停機位之間來回奔走，消耗了大量的時間和精力。一旦最終無法現(xiàn)場解決故障，就只能用手機拍照或拍一段視頻，接下來把照片或視頻發(fā)送到后臺，工程技術(shù)人員再按照畫面進行故障分析，這樣不僅效率低下，還浪費了人力和成本。

如果飛機維修還是按照這種傳統(tǒng)的方式方法，不僅會耗費大量的人力和維修成本，也可能造成航班的延誤，這也是長期以來飛機維修行業(yè)的一大痛點。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，航線維修差錯事件在整個維修差錯事件中占了一半以上，如何提高維修效率和維修可靠性是當(dāng)務(wù)之急。

• 增強現(xiàn)實技術(shù)簡介

增強現(xiàn)實是一項將電腦生成的圖像、模型、音視頻等虛擬信息使用多媒體、人工智能及實時跟蹤等途徑，與現(xiàn)實世界進行融合的技術(shù)。AR的核心在于將虛擬的場景和信息作為現(xiàn)實場景的補充，它是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的延伸，究其根本，目的是增強用戶對現(xiàn)實世界的感知程度[3]。增強現(xiàn)實技術(shù)強調(diào)虛擬場景與現(xiàn)實場景的深度融合，其特點是要多種硬件為支撐，集成當(dāng)下最熱門的計算機圖形學(xué)、人工智能、人機交互接口、計算機仿真、傳感網(wǎng)絡(luò)和機器視覺等多項技術(shù)。

典型AR系統(tǒng)由虛擬場景生成模塊、圖像輸入設(shè)備、頭部位置跟蹤設(shè)備、頭盔顯示器或AR眼鏡、跟蹤定位和交互設(shè)備構(gòu)成[4]。

該系統(tǒng)由大量軟件與硬件進行集成，主要有3種形式。第一種是顯示器式，其原理是利用現(xiàn)有的手機終端機平板電腦等設(shè)備同時進行畫面顯示、位置確定與數(shù)據(jù)傳輸，接收后臺計算機發(fā)來的對準信息或?qū)视跋瘛５诙N是視頻透視式AR系統(tǒng)，用戶需要佩戴頭盔式顯示器，在顯示器中所呈現(xiàn)的畫面是由攝像頭先進行拍攝，然后傳送到處理器進行處理，最后發(fā)回系統(tǒng)在顯示器中呈現(xiàn)出來。第三種是光學(xué)透視式，需要頭盔式顯示器或AR眼鏡終端，但不同的是在使用該系統(tǒng)時用戶可以用肉眼看到現(xiàn)實環(huán)境，即使在系統(tǒng)沒有通電的狀態(tài)下，也可以觀察到現(xiàn)實外界場景。這樣就能有效避免因AR系統(tǒng)供電故障、攝像頭視角過小等情況而造成的危險，這是光學(xué)透視式的最大優(yōu)點。

• AR在機務(wù)維修行業(yè)的應(yīng)用情況

20世紀90年代，波音公司已經(jīng)將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于飛機制造的裝配環(huán)節(jié)當(dāng)中，大大提高了裝配效率。但在增強現(xiàn)實發(fā)展初期受到計算機硬件水平的限制，制約了其快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也受到限制。隨著計算機硬件的突飛猛進，AR技術(shù)也加快了應(yīng)用的步伐，如今已經(jīng)在航空、汽車、教育及娛樂等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

飛機維修關(guān)乎到飛行安全，所以工作制度非常嚴格，要按照制定好的工卡按步驟完成維修任務(wù)。維修手冊是整個飛機維修工作的主要依據(jù)，維修手冊和工卡都是全英文形式，并且還會涉及眾多重要內(nèi)容和專業(yè)術(shù)語，這給機務(wù)人員的維修工作會帶來不小的壓力和困難?？梢栽贏R系統(tǒng)里加入翻譯功能，實現(xiàn)中英文互譯，幫助一線機務(wù)人員準確理解英文手冊的內(nèi)容，避免由于生僻詞匯而錯過關(guān)鍵信息，保障維修工作的準確性。增強現(xiàn)實技術(shù)在飛機維修行業(yè)的具體應(yīng)用非常廣泛，將在以下段落中進行詳細介紹。

3.1遠程協(xié)助功能

現(xiàn)實情況下，當(dāng)一線的機務(wù)人員如果無法自行解決的問題時，需要與工程中心的工程師進行連線交流，工程師可以通過AR系統(tǒng)，以操作者的第一視角，實時觀看到現(xiàn)場畫面。接下來，工程師對照計算機上的相應(yīng)排故方案對處于現(xiàn)場的機務(wù)人員進行技術(shù)指導(dǎo)。另外，機務(wù)人員在維修過程中，經(jīng)常需要在現(xiàn)場參照維修手冊進行操作，一邊維修一邊通過PAD或電腦查閱手冊會給維修工作帶來極大的不確定性。AR系統(tǒng)可以將維修手冊的內(nèi)容以虛擬投屏的形式呈現(xiàn)在機務(wù)人員的視場內(nèi)，維修和查閱手冊同步進行，減少漏檢現(xiàn)象，解放雙手的同時提升了機務(wù)人員的專注力。

AR系統(tǒng)的遠程協(xié)助功能還可以開發(fā)出交班新模式。按照現(xiàn)有的交班模式，機務(wù)人員需要在交班記錄本與交班系統(tǒng)上使用文字對維修情況進行描述。但這種傳統(tǒng)的方式會因為字跡潦草、表達不清、或個人理解錯誤等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)差錯或事故。在新的AR系統(tǒng)里，交班者可以用音頻、視頻及文字等多種方式進行記錄，工作描述更為清晰準確，從而避免或減少了差錯或事故的發(fā)生。

3.2智能動作識別

機務(wù)人員工作前，先將工單編號輸入AR系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)儲存在計算機數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標(biāo)準流程與機務(wù)人員的具體工作內(nèi)容進行比對。如出現(xiàn)機務(wù)人員不按標(biāo)準流程施工，或者跳過某個操作環(huán)節(jié)時，AR系統(tǒng)會對其進行提醒，目的是避免因違反流程而造成維修可靠性降低。據(jù)統(tǒng)計超過四成的民用航空器維修不安全事件，是由于違反流程造成的。

3.3部件識別與查找

在操作過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)因維修手冊或資料描述不清晰導(dǎo)致機務(wù)人員無法準確找到相應(yīng)部件的情況。例如：在繞機檢查中，利用AR系統(tǒng)可以幫助機務(wù)人員識別探頭、天線等部件的種類與數(shù)量信息。尤其是新人因不熟悉機型，無法準確找到某一部件時，就可以在AR系統(tǒng)中輸入需要查找的部件編號，AR系統(tǒng)就會引導(dǎo)機務(wù)人員準確找到該部件所在的位置。比如在AR系統(tǒng)的引導(dǎo)下，快速找到飛機的AOA探頭、大氣總溫探頭和空速管。

3.4電子工卡功能

近年來，有不少飛機維修單位為了提高機務(wù)人員的工作效率，積極測試并推行了電子工卡模式。但傳統(tǒng)電子工卡在實際使用過程中也出現(xiàn)了漏簽的情況，如何及時提醒操作者是一個棘手問題[5]。AR系統(tǒng)完全可以把電子工卡的功能集成在相應(yīng)模塊上，系統(tǒng)會實時對操作者的工作進行檢查，只有當(dāng)施工流程完成，且檢查完畢后，機務(wù)人員才可以簽署該項完成，這樣就能有效避免漏簽和提前簽署的情況。

3.5AR系統(tǒng)典型應(yīng)用

2021年由南航和其他單位共同開發(fā)出“5G+AR遠程技術(shù)支持平臺”，并正式啟用[6]。截至目前，支持該平臺的城市數(shù)量已多達13個，這些地區(qū)的飛機維修人員都可以使用這一平臺去解決一些疑難問題。例如：機務(wù)人員在平臺支持的某一個機場，在飛機過站期間就通過AR遠程技術(shù)支持平臺與異地的機務(wù)維修中心進行遠程連線和專家會診。處于該機場的機務(wù)人員通過AR眼鏡終端以第一視角實時分享停機位畫面，利用視頻、圖片、標(biāo)記清單確認等功能把信息實時反饋回去，機務(wù)維修中心的工程師使用計算機終端的三角標(biāo)記、文件傳輸?shù)裙δ茉偃ブ笇?dǎo)現(xiàn)場機務(wù)人員及時排除故障。

有些飛機維修單位基于AR技術(shù)開發(fā)出AR發(fā)動機遠程孔探、AR航線工卡操作及AR航材智能送修等具體應(yīng)用模塊。特別是過去的3年里，疫情對民航業(yè)造成極大影響，AR技術(shù)能有效減少機務(wù)人員直接接觸，為疫情期間飛機維修工作的開展提供新的技術(shù)手段，讓航司各部門能保持高效的協(xié)同工作。AR系統(tǒng)會自動將每次遠程支援維修過程數(shù)據(jù)存儲起來，保證了數(shù)據(jù)可追溯，也為新人培養(yǎng)提供了難得的場景化的教學(xué)案例。

羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）公司也一直非常重視AR技術(shù)的應(yīng)用，近年來相繼針對TrentXWB發(fā)動機和BR725發(fā)動機開發(fā)了基于AR技術(shù)的培訓(xùn)課程。AR系統(tǒng)所構(gòu)建的虛擬培訓(xùn)環(huán)境具有高度沉浸感和交互性，可以讓學(xué)員沉浸在充滿了逼真的視覺、觸覺和聽覺反饋的環(huán)境中，大幅提高了培訓(xùn)效果，培訓(xùn)學(xué)員反響強烈。

4結(jié)語

增強現(xiàn)實技術(shù)具有遠程視頻、語音交互、自動拍照、圖像疊加等豐富功能，解決了飛機維修行業(yè)長期以來的痛點問題，提高飛機維修的質(zhì)量與效率，也規(guī)范了維修流程。隨著AR技術(shù)的不斷發(fā)展，針對飛機維修行業(yè)還會開發(fā)出新的功能，比如個人信息系統(tǒng)訪問、車輛狀態(tài)顯示、飛機維修拖行路線顯示、車輛行駛間與飛機的測距等擴展應(yīng)用。不久的將來，還可能在現(xiàn)有AR系統(tǒng)中加入更多人工智能技術(shù)，以進一步提高飛機維修的工作效率。

參考文獻

[1]吳珍珍.AR技術(shù)在高校信息發(fā)布中的應(yīng)用前景分析[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（26）：192-193.

[2]楊金田.波音737飛機維修項目風(fēng)險管理研究[D].青島：青島大學(xué)，2021.

[3]關(guān)媛元，王喆.增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用綜述[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019（1）：98.

[4]歷寧寧.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)裝修設(shè)計中的應(yīng)用[J].居舍，2023（11）：92-94.

[5]孫斌.人工智能時代下虛擬現(xiàn)實技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].上海包裝，2023（11）：27-29.

[6]南宣.南航用5G+AR引領(lǐng)民航智慧維修[J].空運商務(wù)，2021（7）：47-48.