飛機維修虛擬訓練系統的應用

陳牧原

摘 要： 在科技迅速發展、國家日漸強盛的今天，多媒體全面普及，航空維修教學已經從傳統的依靠實裝飛機設備講解轉型成利用新型的虛擬訓練系統教學。本文主要介紹了該系統的組成、教學中的應用及存在的問題與思考。

關鍵詞： 虛擬訓練系統 飛機維修 教學應用

飛機維修虛擬訓練系統是基于飛機系統仿真技術、三維數字模型技術、虛擬現實交互技術等搭建的一種訓練平臺。傳統的維修培訓對大范圍的維修訓練效果不佳，不僅費時而且費用昂貴。然而該系統能把實裝飛機上機械、電子、特設等各個專業的相關知識通過計算機直觀地呈現給維修訓練人員，尤其是在大范圍系統培訓中表現得相當有效。

1.飛機維修虛擬訓練系統的組成

1.1飛機虛擬駕駛艙

通過繪圖軟件繪制飛機駕駛艙各類儀表、開關、多功能顯示器等，再由C++、VC、OpenGL等編程軟件對系統邏輯加以控制，實現飛機駕駛艙的虛擬仿真。它能夠在通電檢查、發動機試車、故障設置時模擬真實飛機駕駛艙內相應的控制和顯示。

1.2三維虛擬飛機

通過3Dmax、Catia等三維建模軟件制作飛機三維模型，并提供人機交互程序模塊，以動畫形式實現飛機繞飛檢查、部附件識別與拆裝、飛行操縱檢查、發動機反推等多項功能。

1.3動態原理圖

通過flash繪制系統原理圖，利用程序控制動畫，實現原理圖與飛機虛擬系統聯動，方便訓練人員在操作時觀察相應系統的狀態和變化，進而掌握飛機各系統的功能原理和工作邏輯。

1.4飛機維修培訓手冊

通過程序加載飛機維修手冊、全套電子文檔，學生在學習某個章節時電子手冊能自動跳轉到對應章節。

1.5網絡系統

通過TCP/IP協議在訓練教室中組建局域網絡，配備一臺教師機和十二臺學生機，實現授課教師對訓練人員學習狀態的監控與指導。

2.飛機維修虛擬訓練系統在飛機維修教學中的應用

2.1飛機維修理論教學

飛機維修理論繁多且復雜，其中的概念原理更是抽象難懂，學生在學習時多半是靠死記硬背，并沒有真正理解其中系統原理，所以在以后的實際操作中也會不知所措。飛機維修虛擬訓練系統通過動態原理圖直觀地反映了飛機維修理論，學生可以在學習過程中一邊操作虛擬駕駛艙中的開關一邊觀察原理圖的實時變化，把枯燥的理論知識轉化成形象生動的二維動畫，加深學生對理論知識的理解。電子版的飛機維修培訓手冊與虛擬訓練系統關聯，方便查閱，在老師進行理論教學時起到很好的輔助作用。

2.2飛機發動機試車教學

飛機的發動機試車工作歷來都是一項高風險、高技術含量的活，多年以來由于操作錯誤引起的事故不少，甚至會導致人員傷亡，發動機損壞等嚴重后果。所以飛機發動機試車是航空維修教學很重要的一個環節，它主要用于檢查發動機參數是否正常，也可以看發動機操縱系統、機艙增壓系統、液壓系統的工作情況。虛擬駕駛艙中提供了實裝飛機的所有開關組件，訓練人員對其進行操作，虛擬多功能顯示器上就會出現相應的參數變化。當出現操作錯誤時，系統會報警提醒訓練人員，這樣即便在訓練過程中出現操作不當也不會導致上述事故。一套虛擬訓練系統可同時容納兩名學生進行學習訓練，一人讀卡一人操作，更規范試車程序。

2.3部附件識別拆裝教學

飛機維修人員在維修過程中只有認識相關的部附件，才能對飛機進行維修。所以，部附件的識別與拆裝在航空維修教學中相當重要。然而在傳統教學模式中，老師只能通過拍攝的照片，甚至是抽象的線框圖對學生進行部附件識別的教學。然而，飛機各個艙室內結構何其復雜，拍攝難度很大，缺少部附件圖片的情況時常發生。僅通過文字的講解很難讓學生對部附件的外形結構有一個清楚認識。虛擬訓練系統中的三維數字模型很好地解決了這一難題，它能將部附件全方位地展示在學生面前，方便學生多角度觀察該部件，從而對其形態結構有清楚認識。做部附件拆裝訓練時，系統中配套的拆裝演示動畫可以將拆裝步驟一步一步地展示出來，人機交互系統還能讓學生自己動手做模擬拆裝訓練，真正做到講、學、練一體化教學。

2.4飛機故障排除教學

一說到航空維修肯定就少不了飛機排故。故障排除教學最好的教學方法就是讓學生親手實踐，熟悉并掌握故障排除的流程和方法。然而，在實裝飛機上很難做到設置故障，分析故障，排除故障這一過程，而且稍有不當還容易損壞飛機。但這一難題在虛擬訓練系統上就迎刃而解，老師通過教師機設置故障，由網絡系統傳輸給學生，學生在學生機上分析、排除故障。同時，老師能清楚地看到學生的排故流程，掌握學生的學習情況。該系統的故障隔離功能非常強大，在做波音737NG型飛機左發點火失效排故教學時，運行EEC自檢程序，查看“0”航段是否有故障代碼，如果沒有故障代碼則可以判斷為瞬時故障，如果有74-X096 代碼出現，則進行故障隔離。然后分析故障點，對該機左發右點火進行聲音檢查程序，如果只有一聲點火聲音，說明EEC內部有一個點火繼電器失效，更換EEC，如果沒有點火聲，檢查電咀的情況，如電咀燒蝕超標，則更換電咀，操作流程簡單明了，便于學生學習訓練。

3.存在的問題及思考

飛機維修虛擬訓練系統雖然相比傳統航空維修教學優勢巨大，但并非完美無缺。虛擬終究還是模仿，雖然現在的科技使虛擬訓練越來越逼真，但是很多地方還是模擬不出來的。實裝飛機上各種開關儀器的操作方法、部附件拆裝的技巧在虛擬訓練系統中純粹依靠鼠標鍵盤的點擊、拖動無法真實地體現出來。而且，現如今軍事技術發展迅猛，機型更新換代快，虛擬訓練系統開發需要較長的周期，無法做到與當前實裝機型配套，從而給培訓機務人員造成很多困難。但是目前，世界上許多發達國家已經將飛機維修實際操作部分轉移至虛擬訓練系統上完成，我國多家航空公司也同樣采用這種先進的教學方法。綜合考慮到訓練成本和訓練成果看，這種利用計算機仿真及虛擬現實技術搭建的航空維修訓練平臺已經成為當代航空維修教學和培訓的大勢所趨。相信在中國日漸強盛的發展下，我國自主研發的虛擬訓練系統必將在未來航空維修教學中占有一席之地。

參考文獻：

[1]鄭東良.航空維修理論[M].國防工業出版社，2006.

[2]蔡紅霞.虛擬仿真原理與應用[M].上海大學出版社，2010.

[3]Mike Ray.737NG Training Syllabus[M].Createspace，2013.