虛擬仿真在A320飛機維修實訓教學中的應用研究

葛 劍，孫 罡，金國友

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

0 引 言

虛擬仿真技術是用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術，是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，由硬件和軟件構成。虛擬仿真環(huán)境是一個虛擬環(huán)境，能夠對各種環(huán)境和實物進行高度模擬。當人們進入該環(huán)境并與其進行交互時，可產(chǎn)生“身臨其境”的感覺。由于技術具備多種優(yōu)勢，虛擬仿真在學校實訓教學的應用越來越廣泛，特別是在空中客車A320飛機的維修方面。

1 空中客車A320簡介

空中客車A320系列飛機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座級客機［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，也是第一款放寬靜穩(wěn)定度設計的民航客機。空中客車A320是國際民航主流機型，也是目前中國民航的主流機型。

2 虛擬仿真在空中客車A320飛機維修實訓教學中的必要性

截至2020年底，A320系列飛機在中國民航共有1 500架左右，且數(shù)量還在持續(xù)增加。A320飛機總價格高、航材貴、維護費高，因此在進行飛機維修實踐教學時采用真實飛機進行實訓教學不具備可行性，可采用虛擬仿真教學方式進行教學［2］。

2.1 危害少且破環(huán)小

飛機的部分系統(tǒng)在工作時會危害人身和環(huán)境安全，如雷達系統(tǒng)在工作時會產(chǎn)生很大的輻射，發(fā)動機試車時會對周圍壞境產(chǎn)生很大的干擾等。通過仿真實訓系統(tǒng)，學生可以實施雷達系統(tǒng)的相關操作與測試及發(fā)動機試車流程，不僅達到了與真實實訓操作相同的效果，而且大大降低了對人身和環(huán)境的危害。仿真操作測試如圖1所示。

圖1 A320氣象雷達仿真操作測試

2.2 成本較低

空中客車A320飛機產(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，設備出現(xiàn)故障后，維修費用較高。采用仿真實訓系統(tǒng)，不僅可以達到相同的教學效果，而且可以大大降低實訓成本。A320飛機發(fā)動機仿真修理操作如圖2所示。

圖2 A320飛機發(fā)動機仿真修理操作

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，因此真實教學實訓中無法對這類故障進行排除訓練［3］。通過仿真實訓系統(tǒng)，可以仿真模擬飛機的各類故障，提高學生利用所學專業(yè)知識解決實際問題的能力，也便于學生掌握飛機各個子系統(tǒng)的相關知識。

2.4 可培養(yǎng)學生解決應用問題的能力

遵循CCAR-147-02 M11及空客A320飛機維護手冊標準，采用仿真硬件與仿真軟件相結合的方式，仿真實訓系統(tǒng)可以提供虛擬的工作場景，滿足系統(tǒng)認知、系統(tǒng)操作、系統(tǒng)拆裝、系統(tǒng)測試、故障分析以及故障診斷等多個層面由淺入深的專業(yè)教學要求，有效地培養(yǎng)學生應用專業(yè)課程知識解決實際工程問題的能力，進而掌握空中客車A320飛機的系統(tǒng)結構、維修流程及相關規(guī)范等。

3 空中客車A320飛機維修虛擬仿真實訓系統(tǒng)的建設思路

3.1 教學資源建設

結合行業(yè)標準及飛機維修類專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以現(xiàn)有空中客車A320飛機實訓教學資源為基礎，通過校企合作，系統(tǒng)規(guī)劃空中客車A320飛機虛擬仿真實訓教學資源建設，建立系統(tǒng)、合理及有效的實訓教學資源體系，以提升專業(yè)實踐教學和社會服務能力，從而滿足不斷增長的專業(yè)實踐教學需求和社會服務需求。

3.2 實訓教學和管理隊伍建設

在現(xiàn)有實訓教學和管理隊伍的基礎上，遵循人才引進和人才培養(yǎng)相結合的原則，建立一支專兼職結合的實訓教學和管理隊伍，并聘請行業(yè)專家作為兼職教師，以滿足日常實訓教學和管理需求、虛擬仿真后期建設發(fā)展需求。

3.3 實訓管理體系建設

建立具有空中客車A320飛機仿真訓練特色的實訓管理體系［4］，涵蓋實訓教學管理外的計劃管理、目標管理、組織管理、物資管理、質量管理以及安全管理等內(nèi)容，為仿真訓練中心的運行和保障提供全面、有效支持，以符合民航空中客車A320飛機的修理規(guī)范。

4 虛擬仿真在空中客車A320飛機維修實訓教學中的成效

目前，國內(nèi)已有成都航空職業(yè)技術學院、中國民航大學及臺灣中華科技大學等高校在空中客車A320飛機維修方面進行了虛擬仿真實訓教學，滿足了維修實訓的培訓需求。通過空中客車A320飛機維修虛擬仿真實訓系統(tǒng)的建設與應用，虛擬仿真在空中客車A320飛機維修實訓中效果顯著，解決了飛機維修類專業(yè)實踐教學高成本、高損耗、訓練時間少以及可重復性差等問題，打通了學校專業(yè)教學與企業(yè)員工培訓的通道，打通了學校科研與企業(yè)技術研發(fā)創(chuàng)新的通道，對航空維修產(chǎn)業(yè)的支持效果顯著。

4.1 改革了實訓教學模式

虛擬仿真實訓解決了空中客車A320飛機維修實訓環(huán)節(jié)成本高、損耗大、訓練時間少及不可重復訓練等問題，實現(xiàn)了實訓沉浸式教學，形成了虛實結合的訓練方式，且可以反復練習，使飛機維修專業(yè)的學生在虛擬仿真實訓中提高了認知能力和實踐能力［5］。虛擬仿真實訓場景如圖3所示。

圖3 空中客車A320飛機虛擬仿真訓練

4.2 提升了教學資源開發(fā)能力

虛擬仿真在空中客車A320飛機維修中的應用可以形成基于實訓項目、微課及多媒體教學單元的模塊化實踐教學資源，為飛機維修類相關專業(yè)提供教學實訓資源，持續(xù)改進與完善模塊化學習與考核機制，深化學生的理論和實踐能力。根據(jù)民航空中客車A320飛機實際運行過程的實際維修情況，不斷開發(fā)飛機維修實訓項目，達成了持續(xù)開發(fā)教學資源的目標。

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

空中客車A320飛機維修應用虛擬仿真進行實訓，可以使學生在實訓中心開展自主學習和團隊協(xié)作，結合國家、省、校級實踐創(chuàng)新訓練計劃和各類學科競賽，參加世界技能大賽飛機維修項目比賽及虛擬仿真開發(fā)比賽，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

4.4 形成虛擬仿真開發(fā)及社會服務能力

通過積極探索虛擬仿真在飛機維修中的應用，建立虛擬仿真實訓開發(fā)室，組建虛擬仿真技術開發(fā)團隊，學校逐步培養(yǎng)自主開發(fā)虛擬仿真的能力，進而提高自身的科研能力。同時，打通學校科研與企業(yè)技術研發(fā)創(chuàng)新通道，為企業(yè)提供個性化的虛擬仿真解決方案，推動企業(yè)技術研發(fā)和產(chǎn)品升級能力提升。學校可以和企業(yè)深度合作，對企業(yè)員工進行飛機維修能力及虛擬仿真開發(fā)能力培訓。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)對接行業(yè)標準能力

應用空中客車A320飛機虛擬仿真訓練技術與資源，對接中國民航CCAR-147標準和歐洲EASA-147標準，可以獲得CCAR147維修培訓機構證書，實現(xiàn)了基于行業(yè)標準的人才培養(yǎng)和企業(yè)的無縫對接，使培養(yǎng)出的學生更具行業(yè)競爭力。

5 結 語

目前，民航空中客車A320飛機維修實訓更多地依賴于實物。飛機維修虛擬仿真實訓系統(tǒng)是基于飛機系統(tǒng)仿真技術、三維數(shù)字模型技術以及虛擬現(xiàn)實交互技術等搭建的一種訓練平臺。虛擬仿真實訓系統(tǒng)在空中客車A320飛機維修中的使用，將大大提高民航A320飛機維修實訓效果，提高航空類院校的教學質量，提升受訓學員的行業(yè)競爭力，為飛機維修實訓改革提供助力。