基于AIRMAN的辅助教学系统开发及其在机务工程教学中的应用

陈聪++金洋++郑韬　王轩

【摘 要】AIRMAN是飞机健康监测框架中用于地面维修的软件模块，能够实现维修资源的优化配置、电子排故等功能，在机务人员的培养方面具有较好的效果，但不能直接应用于普通教学。因此，通过分析企业对机务工程专业的培养需求以及教学模式的组织方式，本文开发了空客公司AIRMAN的辅助教学系统，使得教学过程更具直观性、生动性，从而达到优化教学方案、提高教学质量的目的。

【关键词】机务工程；AIRMAN系统；多媒体教学

0 引言

机务工程专业以培养具有高水平的维修专业技术人才、适应航空公司的需求为目标，近年来就业率一致保持稳定的增长趋势，而如何培养出能够快速适应企业需求的人才一直专业建设的一个研究重点。

飞机状态实时监测与健康评估技术是飞机健康管理系统的核心，是实现民用飞机长期可靠、安全飞行和高经济性运营的关键，航空公司在这方面的人才缺口很大[1]，因此本文针对机务工程专业中飞机状态实时监测与健康评估技术人才的培养问题展开了研究。

目前空客公司的A318/A319/A320、A330/A340以及A380等机型均采用AIRMAN系统进行故障诊断和健康监控[2]，因此很多航空运营单位均将此系统作为员工培训的主要支撑。但是AIRMAN系统的体量复杂且庞大且用户权限要求高，无法直接用于普通教学。

基于虚拟仿真技术的多媒体教学，是一种新颖的教学手段。具有图文并茂、内容丰富且直观、容量大等特点。因此，本文通过研究AIRMAN系统的功能、结构，利用Authorware开发相应的模拟系统、研究基于AIRMAN模拟系统的教学方案，对提高学生的工程能力、实践能力和综合应用能力是具有重要的意义。

1 AIRMAN模拟系统的开发

1.1 AIRMAN的工作模式

基于AIRMAN的健康管理是一个电子排故过程[3-4]，即当飞机出现运行故障时，由飞机警告系统（FWS）进行处理，即先将故障信息传递给驾驶舱显示系统，再由机组人员添加或者补充飞行日志，同时飞机警告系统生成故障信息并通过空地传输技术（ACARS）传给AIRMAN，AIRMAN根据经验数据库自动查找相关的故障信息，并按维修等级制定故障排故的实施顺序，在飞机完成任务之前自动生成工单，并智能调度维修人员进行维修，同时在飞机制造商的专家数据库上自动生成超链接，将所需的手册进行有效的组织，提高排故效率[5]。可见，对航后报告数据的处理与优化是AIRMAN系统执行的关键。

1.2 系统设计

为了利用模拟系统进行辅助教学，本文将模拟系统分为AIRMAN模拟、COMPARE、SUMMERIZE三个模块。

（1）AIRMAN模拟模块

AIRMAN模拟模块用于模拟AIRMAN对教学内容的组织和表现方式，重点在于对AIRMAN数据库输入以及信息输出的逻辑关系以及物理意义的呈现。

AIRMAN数据库是AIRMAN的核心模块。以空客为例，其AIRMAN数据的主要储存在航空公司的运行数据库、接受飞行报告数据的历史数据以及制造商的维修经验知识数据库（如图1所示）。

其中，航空公司的数据主要有技术项目和工单；飞行报告数据的信息数量较多，其主要分驾驶舱和客舱显示数据、故障信息数据、航空日志条目的信息和运行过程中产生的报告数据等[6-7]；维修经验数据，除了全世界空客公司的运行数据以外，还包括AMM、TSM、IPC等手册数据[8]。

图2 AIRMAN数据基本来源

AIRMAN系统能够提供的信息可分为以下两种情况：（一）当航空公司登陆其人机界面，对本公司的数据进行筛选，例如故障信息、航后报告（PFR），这些数据来自是航空公司数据库；（二）当飞机进行非计划电子排故时，需要AIRMAN智能地制定排故方案，此时需要飞行报告数据库、航空公司数据库的输出，而排故过程需要历史经验和相关手册作为指导时，也需要经验知识数据库。利用这些输出的信息便可以在实现健康监测的同时，有效降低维修成本[9]。

本文对AIRMAN核心功能的模拟主要内容包括：演示飞机实时监控，动态展示飞机从起飞开始对整个飞机执行任务状态的监控，在飞行遇到运行故障和自检故障的情况下触发AIRMAN模拟输出[10]，并利用Authorware交互图标等方式演示AIRMAN的处理程序。

（2）COMPARE模块

COMPARE模块用来演示自动排故与传统排故的不同。传统排故过程主要依靠维修人员的经验进行现场操作，在按照手册进行步骤维修。在这期间存在的失误是不可避免的，如排故准确度低、时间长等问题，同时由于排故过程中涉及到的维修资源过于庞大和复杂，也会对排故过程造成影响。AIRMAN的应用较好的解决了这些问题，具有故障发现早，定位精度高，并且能够得到最优的排故流程。

（3）SUMMERIZE模块

SUMMERIZE模块用于对AIRMAN模拟模块的演示过程和COMPARE模块的对比结果进行总结，得出基于AIRMAN系统的健康监测体系的特点等结论性说明。

综上，经过分析研究，设计系统组成如图3所示。

图3 整体框架设计图

2 系统实现

为了生动地展现AIRMAN系统，首要任务就是对素材的收集并进行编辑。素材的主要来源于手册素材，其中包括空客公司AIRMAN用户手册和机载维护系统（OMS）手册等；另一方面就是原创素材，通过对系统的研究与分析，借助多媒体软件，自行绘制符合要求的素材。

依据辅助教学系统的设计逻辑，对图标及其子图标进行素材插入，然后再进行调整，达到理想的匹配效果，如图4所示。图5为运行故障和自检故障过程模拟。图6为实时监控运行人机界面。图7为遇到自检故障后，对故障分析结果可靠性的判断。

图4 AIRMAN监控飞机素材匹配

图5 运行故障素材匹配

图6 实时监控运行

图7 故障可靠性判断

3 结论

本文对航空公司对机务工程专业的培养需求进行了分析，针对航空公司对飞机状态实时监测与健康评估技术人才的需求，模拟空客公司AIRMAN开发了辅助教学系统。首先，对AIRMAN系统的结构和功能以及主要的模块进行了分析，重点考虑系统的输入与输出所包含的信息类型并结合飞机状态监测与健康管理的目的，设计了辅助教学系统的演示模块；同时根据教学的需要，针对不同的机型以及自动排故与传统排故方式的差异，设计了比较教学模块；最后为了进一步的提升辅助教学功能和效果，开发了提要生成模块。

通过多媒体辅助教学系统的开发，可以有效解决在飞机上或者模拟机上进行培训学习成本过高，而波音公司或空客公司开发的模拟软件（如CBT）价格昂贵，不适用一般普通教学的问题。利用模拟软件进行仿真，不仅能在教学时方便地进行系统演示，而且也使学生能够更加深入的学习该系统组成和原理。

【参考文献】

[1]常琦，袁慎芳.飞行器综合健康管理（IVHM）系统技术现状及发展[J].系统工程与电子技术，2009，31（11）：2652-2657.

[2]李爱军，章卫国，谭键.飞行器健康管理技术综述[J].电光与控制，2007，14（3）：79-83.

[3]顾铮.空中客车公司的数字化维修技术[J].中国民航学院学报，2005，23（4）：25-32.

[4]李文娟，马存宝，贺尔铭.综合飞行器健康管理系统组成框架及关键技术研究[J].航空工程进展，2011，2（3）：330-334.

[5]李春生，张磊，张雷.飞机健康实时监控技术现状[J].航空技术，2013，163（10）：65-67.

[6]徐亚军.民航飞机上机载维护设备的发展[J].科技视界，2012，20：231-233.

[7]王仲生，隆莹.飞行器远程故障诊断与健康监控[J].测控技术，2006，25（3）：72-75.

[8]Richard Cutler. A380 maintenance status[J]. FAST， 2001， 28： 14-23.

[9]Anthony Poole. Airn@v：Seamlessone-stop access for Maintenance Documentation[J]. FAST， 2004（35）： 19-25.

[10]Airbus Company. A330/340Aircraft Maintenance Manual[Z]. Airbus Company， 2004.

[责任编辑：杨玉洁]