探討增強現實技術在飛機維修行業的應用現狀

摘要：主要介紹了飛機維修行業的現狀和存在的問題，增強現實技術的出現和快速發展為飛機維修提供了新的技術手段和方法。通過增強現實技術，不僅可以提高機務人員的工作效率，還可以有效提升維修可靠性。在AR遠程技術支持系統中，飛機維修工程師可以通過AR系統，以第一視角實時觀看到現場畫面，對處于現場的機務人員進行技術指導。在飛機維修行業的其他應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。

關鍵詞：增強現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展的態勢，國內的國航、南航及東航等行業巨頭都在加速引進新的客機以擴大各自的機隊規模，以進一步提高運量，加大自身競爭力。然而，隨著機隊規模的不斷擴大，造成飛機基數井噴式增加，航空公司與飛機維修企業也隨之產生大量的飛機維修業務，如果按照傳統的飛機維修流程和方法，機務人員現有的工作方式和的工作效率顯然無法滿足要求。另外，新進機務人員的培訓壓力增大，相應的維修技能普遍會有所欠缺，由于這些機務人員缺少工作經驗或對維修方案的不熟悉，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節，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、航班延誤或出現運行限制等嚴重后果[1]。

增強現實技術的出現和快速發展成為一個新的契機，這項前沿技術為飛機維修行業提供了新的技術途徑和手段。通過把增強現實技術移植到飛機維修過程中，必要時再進行二次開發，形“基于增強現實技術的飛機維修系統”，利用這套系統不僅可以提高機務人員的工作效率，還可以提升維修的可靠性。利用增強現實（AugmentedReality，AR）技術可以讓一線機務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。

• 飛機維修現狀

飛機維修是指為飛機提供各種維修服務的業務總和，它包括飛機航線的維修、飛機機體大修、發動機大修、重要部件的修理等具體業務。飛機是技術密集的超大型復雜系統，內部結構異常復雜，各組件拆裝、調試、維修都相當困難，且維修費用昂貴，對維修人員技術要求也極高[2]。飛機的裝配及維修質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域的遠機位工作，工作環境比較惡劣，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。經常會遇到如工具物料的缺失、缺乏資料及機務人員對工作流程不熟悉等因素，造成維修可靠性降低。當飛機系統出現故障時，主要是依賴于現場機務人員的維修技術和個人經驗去判斷故障源，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送到后臺，工程技術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的一大痛點。有統計數據顯示，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務之急。

• 增強現實技術簡介

增強現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，與現實世界進行融合的技術。AR的核心在于將虛擬的場景和信息作為現實場景的補充，它是虛擬現實技術的延伸，究其根本，目的是增強用戶對現實世界的感知程度[3]。增強現實技術強調虛擬場景與現實場景的深度融合，其特點是要多種硬件為支撐，集成當下最熱門的計算機圖形學、人工智能、人機交互接口、計算機仿真、傳感網絡和機器視覺等多項技術。

典型AR系統由虛擬場景生成模塊、圖像輸入設備、頭部位置跟蹤設備、頭盔顯示器或AR眼鏡、跟蹤定位和交互設備構成[4]。

該系統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，其原理是利用現有的手機終端機平板電腦等設備同時進行畫面顯示、位置確定與數據傳輸，接收后臺計算機發來的對準信息或對準影像。第二種是視頻透視式AR系統，用戶需要佩戴頭盔式顯示器，在顯示器中所呈現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，最后發回系統在顯示器中呈現出來。第三種是光學透視式，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時用戶可以用肉眼看到現實環境，即使在系統沒有通電的狀態下，也可以觀察到現實外界場景。這樣就能有效避免因AR系統供電故障、攝像頭視角過小等情況而造成的危險，這是光學透視式的最大優點。

• AR在機務維修行業的應用情況

20世紀90年代，波音公司已經將增強現實技術應用于飛機制造的裝配環節當中，大大提高了裝配效率。但在增強現實發展初期受到計算機硬件水平的限制，制約了其快速發展，應用領域也受到限制。隨著計算機硬件的突飛猛進，AR技術也加快了應用的步伐，如今已經在航空、汽車、教育及娛樂等行業得到了廣泛應用。

飛機維修關乎到飛行安全，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。維修手冊是整個飛機維修工作的主要依據，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容和專業術語，這給機務人員的維修工作會帶來不小的壓力和困難。可以在AR系統里加入翻譯功能，實現中英文互譯，幫助一線機務人員準確理解英文手冊的內容，避免由于生僻詞匯而錯過關鍵信息，保障維修工作的準確性。增強現實技術在飛機維修行業的具體應用非常廣泛，將在以下段落中進行詳細介紹。

3.1遠程協助功能

現實情況下，當一線的機務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，以操作者的第一視角，實時觀看到現場畫面。接下來，工程師對照計算機上的相應排故方案對處于現場的機務人員進行技術指導。另外，機務人員在維修過程中，經常需要在現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系統可以將維修手冊的內容以虛擬投屏的形式呈現在機務人員的視場內，維修和查閱手冊同步進行，減少漏檢現象，解放雙手的同時提升了機務人員的專注力。

AR系統的遠程協助功能還可以開發出交班新模式。按照現有的交班模式，機務人員需要在交班記錄本與交班系統上使用文字對維修情況進行描述。但這種傳統的方式會因為字跡潦草、表達不清、或個人理解錯誤等原因導致出現差錯或事故。在新的AR系統里，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生。

3.2智能動作識別

機務人員工作前，先將工單編號輸入AR系統，系統根據儲存在計算機數據庫內的標準流程與機務人員的具體工作內容進行比對。如出現機務人員不按標準流程施工，或者跳過某個操作環節時，AR系統會對其進行提醒，目的是避免因違反流程而造成維修可靠性降低。據統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，會經常出現因維修手冊或資料描述不清晰導致機務人員無法準確找到相應部件的情況。例如：在繞機檢查中，利用AR系統可以幫助機務人員識別探頭、天線等部件的種類與數量信息。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系統中輸入需要查找的部件編號，AR系統就會引導機務人員準確找到該部件所在的位置。比如在AR系統的引導下，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人員的工作效率，積極測試并推行了電子工卡模式。但傳統電子工卡在實際使用過程中也出現了漏簽的情況，如何及時提醒操作者是一個棘手問題[5]。AR系統完全可以把電子工卡的功能集成在相應模塊上，系統會實時對操作者的工作進行檢查，只有當施工流程完成，且檢查完畢后，機務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系統典型應用

2021年由南航和其他單位共同開發出“5G+AR遠程技術支持平臺”，并正式啟用[6]。截至目前，支持該平臺的城市數量已多達13個，這些地區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遠程技術支持平臺與異地的機務維修中心進行遠程連線和專家會診。處于該機場的機務人員通過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、標記清單確認等功能把信息實時反饋回去，機務維修中心的工程師使用計算機終端的三角標記、文件傳輸等功能再去指導現場機務人員及時排除故障。

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

羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）公司也一直非常重視AR技術的應用，近年來相繼針對TrentXWB發動機和BR725發動機開發了基于AR技術的培訓課程。AR系統所構建的虛擬培訓環境具有高度沉浸感和交互性，可以讓學員沉浸在充滿了逼真的視覺、觸覺和聽覺反饋的環境中，大幅提高了培訓效果，培訓學員反響強烈。

4結語

增強現實技術具有遠程視頻、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長期以來的痛點問題，提高飛機維修的質量與效率，也規范了維修流程。隨著AR技術的不斷發展，針對飛機維修行業還會開發出新的功能，比如個人信息系統訪問、車輛狀態顯示、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用。不久的將來，還可能在現有AR系統中加入更多人工智能技術，以進一步提高飛機維修的工作效率。

參考文獻

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

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

[3]關媛元，王喆.增強現實技術發展及應用綜述[J].計算機產品與流通，2019（1）：98.

[4]歷寧寧.虛擬現實技術在室內裝修設計中的應用[J].居舍，2023（11）：92-94.

[5]孫斌.人工智能時代下虛擬現實技術在室內設計中的應用研究[J].上海包裝，2023（11）：27-29.

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