基于虚拟维修技术的航空维修实践教学改革

邹付群+++韦克昌

摘要：针对航空维修实践教学中出现的弊端，提出了基于虚拟维修技术的教学改革。通过对虚拟维修技术的发展研究，总结出现阶段开展基于虚拟维修技术实践教学的重要意义，并详细阐述了改革的一些具体措施，对航空维修实践教学的改革方向有很大的参考意义。

关键词：虚拟维修 实践教学 航空维修

一、虚拟仿真技术的定义

虚拟维修技术是利用计算机建立实时的、三维的虚拟模拟环境，维修人员可以在计算机上进行维修预处理，对设备故障进行分析、维修处理。利用虚拟维修环境对维修人员进行维修培训，相对于传统维修培训方式，突破了时间和空间的限制，可以实现逼真的设备拆装、故障维修等操作，对于提高维修人员能力，降低维修培训成本，提高培训效率等具有重要意义。

二、航空维修实践教学的弊端

目前航空院校的实践教学基本都是基于实物开展，它存在很多弊端：

（一）设备更新速度慢，新机型的维修训练严重滞后。由于航空设备价格昂贵，多数航空院校的教学设备都比较陈旧，只能使用已经淘汰的机型进行实践教学，例如“三叉”、“运七”等等。从而导致维修训练只能停留在旧的飞机结构和技术层面，缺少新机型维修能力的训练。

（二）实践教学成本高。实践教学过程中，造成设备损坏主要有两种情况，一是学生的操作失误造成的非正常损坏；二是反复拆装练习产生的正常损耗。实物对于实践教学非常重要，但若完全依赖实物教学，实践教学效率低，设备损耗快，从而造成教学成本的居高不下。

（三）实践教学只能在固定的时间和场所进行。由于实践教学需在实物设备上进行，出于设备和人身方面的安全考虑，学生的实践学习只能限制在课堂内，课外一般不允许学生进入场地自己练习。

（四）工位有限。由于院校的实践教学设备不足，实践教学中经常出现“僧多粥少”的情况，从而导致学生排队等候的情况，降低学习效率。

三、虚拟维修技术在航空维修中的发展历程

利用虚拟维修技术进行维修培训相对传统维修培训具有很大的优势，它从视觉、触觉和听觉等方面刺激人体的感官，让人“沉浸”于虚拟环境中，符合人类对事物认知的客观规律。虚拟维修系统具有以下特征：内容丰富、可演示、模拟、让人感到身临其境等。对于航空维修培训中的理论与实践问题，能比较方便解决，还可随时反馈信息，具有很好的交互性。

加拿大空军使用NGRAIN软件开发了三维虚拟维修训练系统，具有良好的三维交互性。Lockheed Martin公司从1995年开始逐步淘汰支持了多个F-16项目的金属样机，转而实行虚拟维修。波音公司于20世纪90年代末建立了一个虚拟现实实验室，主要用于对“联合攻击机”（JSF）的保障性进行评估和试验，该项目的研究主要采用数字样机与3D人体模型技术，提前确定维修过程内容与过程中的人力资源需求、生成训练辅助材料。通过将维修仿真结果输入 IETM（Interactive Electronic Technical Manual，交互式电子技术文档），使其成为维修手册与维修训练资料的一部分，可以实现在一次仿真中完成多项与维修相关的任务，大大地减少了以往重复性的开发工作。我国空军某学院设计的“航空发动机虚拟维修培训系统”是虚拟维修培训系统较典型实例，该系统通过CATIA软件建立发动机虚拟样机，可实现拆装演示、仿真训练等功能。军械工程学院郝建平等采用沉浸式和非沉浸式2种方式实现维修过程仿真，提出了完整的虚拟维修系统方案，实现了建立维修任务样机、动作仿真、任务仿真、障碍分析、拆卸时间估算等功能。

目前虚拟维修在国内外已经引起了广泛的关注，国内对于这块的研究主要集中在军事、航空航天领域，对于虚拟仿真在航空实践教学中的应用还很少。鉴于虚拟仿真目前的高速发展及其自身的优势，开发基于虚拟仿真的民航职业院校实践教学培训系统，对于提高学生的技能，提升学校的教学水平和竞争力有很大的意义。

四、实践教学改革的具体措施

鉴于目前职业院校实践教学中存在的种种弊端，通过引入虚拟维修技术，对现有的实践教学进行改革，改善现有教学弊端，提升教学质量。

（一）实践教学方式的改革

改变传统的“以教促学”方式，大力开展“工学结合”的教学方式，创造与航空维修专业学生将来工作情景相关的教学情景，从而为学生掌握职业岗位提供环境和载体。利用虚拟仿真技术，职业院校可以营造基于工作的、模仿从业者真实工作的虚拟学习场景，提高学习质量。此外，还应积极探索情景体验教学的有效方式，开展“项目教学”、‘“生产式实习”和“任务驱动式教学”等多种情景式体验教学的活动，使学生在面对各种情景问题的过程中形成职业意识，提升职业素质和能力。

（二）实践教学安排的改变

传统的实践教学学生往往没有任何准备就来到了实践场所进行练习，甚至还存在学生事先理论课都没上，一点都不懂的情况进入实践环节。这种情况下的实践教学一般需要较长时间的铺垫，否则容易造成设备的损坏，练习的效果也不好。

基于这种情况，在学生实践课之前布置预习任务，预习任务以虚拟拆装练习为主，中间穿插一些的问题，学生在答题的过程便同时完成了相关理论知识的获取，让学生知其然，还知其所以然。在课堂内，虚拟拆装与实物拆装同时进行，学生交替练习。这对于缓解工位紧张的局面，提升学习效率、减少设备的损坏都很有很大的帮助。课程结束后还可布置适当虚拟练习任务，巩固学习效果。

（三）更新考核方式

飞机系统实训课程的考核一直都比较难操作，它不同于一些基础课程，课程结束后学生上交一个作品，作品的好坏作为判定的依据；此外实践练习过程中往往也是多人合作才能完成各项目，不能进行单个人的实践考核。以往的考核主要又两部分组成，一是学生的平时表现，从迟到、早退、上课积极性等方面判定；二是过程性的考核，从学生实践的过程中判定，表现为实践过程中是否正确拆装，工具使用正确与否，有无违反一些操作的原则，这种考核也不能比较客观反映学生的真实水平，况且很多时候由于每个教师所带学生数量较多，根本照顾不过来，因此急需一种新的考核方式作补充，弥补现有的不合理部分。

虚拟维修平台设置考核模块，学生在虚拟仿真平台上进行虚拟拆装，并完成相关的问题，系统记录学生的考试情况，并将结果反馈给教师，作为整个课程部分考核成绩。该考核方法能比较客观反应学生对拆装步骤的掌握情况，并检验学生对拆装过程中涉及的理论是否掌握，这种方式可与目前的考核办法结合，从而更加全面、客观地对学生做出评价。

五、结语

虚拟维修技术在航空维修培训方面的发展比较快，而且目前的市场环境也比较火。但在职业院校的实践教学中，往往还只停留在实物教学层面。因此，充分利用虚拟维修技术的优势，在职业院校开展虚拟维修实践教学平台，对于学校的教学质量和教学水平都有很大的提高，对职业院校的实践教学改革也有较大的指导意义。

参考文献：

[1]史攀峰.起落架虚拟维修中碰撞机理与过程评价方法研究[D].天津：中国民航大学，2009.

[2]张中波，丰世林.虚拟维修仿真技术在航空器维修中的应用[J].西安航空技术高等专科学校学报，2010，（05）.

[3]Abshire K J，Barron M K.Virtual maintenance real-world applications within virtual environments[C].Proceedings of the Annual Reliability and Maintainability Symposium，Anaheim， 1998.

[4]Jiang Keyi， Hao Jianping. Development of an immersive virtual maintenance simulation system[J].Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics，2005.

[5] Liu Hui， Hao Jianping. Design and implementation of virtual maintenance simulation based maintainability analysis system[J].Journal of System Simulation，2006.

[6]李金国，杨林生，李云贵.虚拟现实技术应用于高职模具实训教学的有效性探究[J].职教论坛，2010，（03）.

（作者简介：[1]邹付群，广州民航职业技术学院 飞机维修工程学院，实验师，机务维修；[2]韦克昌，广州民航职业技术学院 飞机维修工程学院。）