基于虛擬維修技術(shù)的航空維修實踐教學改革

鄒付群+++韋克昌

摘要：針對航空維修實踐教學中出現(xiàn)的弊端，提出了基于虛擬維修技術(shù)的教學改革。通過對虛擬維修技術(shù)的發(fā)展研究，總結(jié)出現(xiàn)階段開展基于虛擬維修技術(shù)實踐教學的重要意義，并詳細闡述了改革的一些具體措施，對航空維修實踐教學的改革方向有很大的參考意義。

關(guān)鍵詞：虛擬維修 實踐教學 航空維修

一、虛擬仿真技術(shù)的定義

虛擬維修技術(shù)是利用計算機建立實時的、三維的虛擬模擬環(huán)境，維修人員可以在計算機上進行維修預(yù)處理，對設(shè)備故障進行分析、維修處理。利用虛擬維修環(huán)境對維修人員進行維修培訓，相對于傳統(tǒng)維修培訓方式，突破了時間和空間的限制，可以實現(xiàn)逼真的設(shè)備拆裝、故障維修等操作，對于提高維修人員能力，降低維修培訓成本，提高培訓效率等具有重要意義。

二、航空維修實踐教學的弊端

目前航空院校的實踐教學基本都是基于實物開展，它存在很多弊端：

（一）設(shè)備更新速度慢，新機型的維修訓練嚴重滯后。由于航空設(shè)備價格昂貴，多數(shù)航空院校的教學設(shè)備都比較陳舊，只能使用已經(jīng)淘汰的機型進行實踐教學，例如“三叉”、“運七”等等。從而導(dǎo)致維修訓練只能停留在舊的飛機結(jié)構(gòu)和技術(shù)層面，缺少新機型維修能力的訓練。

（二）實踐教學成本高。實踐教學過程中，造成設(shè)備損壞主要有兩種情況，一是學生的操作失誤造成的非正常損壞；二是反復(fù)拆裝練習產(chǎn)生的正常損耗。實物對于實踐教學非常重要，但若完全依賴實物教學，實踐教學效率低，設(shè)備損耗快，從而造成教學成本的居高不下。

（三）實踐教學只能在固定的時間和場所進行。由于實踐教學需在實物設(shè)備上進行，出于設(shè)備和人身方面的安全考慮，學生的實踐學習只能限制在課堂內(nèi)，課外一般不允許學生進入場地自己練習。

（四）工位有限。由于院校的實踐教學設(shè)備不足，實踐教學中經(jīng)常出現(xiàn)“僧多粥少”的情況，從而導(dǎo)致學生排隊等候的情況，降低學習效率。

三、虛擬維修技術(shù)在航空維修中的發(fā)展歷程

利用虛擬維修技術(shù)進行維修培訓相對傳統(tǒng)維修培訓具有很大的優(yōu)勢，它從視覺、觸覺和聽覺等方面刺激人體的感官，讓人“沉浸”于虛擬環(huán)境中，符合人類對事物認知的客觀規(guī)律。虛擬維修系統(tǒng)具有以下特征：內(nèi)容豐富、可演示、模擬、讓人感到身臨其境等。對于航空維修培訓中的理論與實踐問題，能比較方便解決，還可隨時反饋信息，具有很好的交互性。

加拿大空軍使用NGRAIN軟件開發(fā)了三維虛擬維修訓練系統(tǒng)，具有良好的三維交互性。Lockheed Martin公司從1995年開始逐步淘汰支持了多個F-16項目的金屬樣機，轉(zhuǎn)而實行虛擬維修。波音公司于20世紀90年代末建立了一個虛擬現(xiàn)實實驗室，主要用于對“聯(lián)合攻擊機”（JSF）的保障性進行評估和試驗，該項目的研究主要采用數(shù)字樣機與3D人體模型技術(shù)，提前確定維修過程內(nèi)容與過程中的人力資源需求、生成訓練輔助材料。通過將維修仿真結(jié)果輸入 IETM（Interactive Electronic Technical Manual，交互式電子技術(shù)文檔），使其成為維修手冊與維修訓練資料的一部分，可以實現(xiàn)在一次仿真中完成多項與維修相關(guān)的任務(wù)，大大地減少了以往重復(fù)性的開發(fā)工作。我國空軍某學院設(shè)計的“航空發(fā)動機虛擬維修培訓系統(tǒng)”是虛擬維修培訓系統(tǒng)較典型實例，該系統(tǒng)通過CATIA軟件建立發(fā)動機虛擬樣機，可實現(xiàn)拆裝演示、仿真訓練等功能。軍械工程學院郝建平等采用沉浸式和非沉浸式2種方式實現(xiàn)維修過程仿真，提出了完整的虛擬維修系統(tǒng)方案，實現(xiàn)了建立維修任務(wù)樣機、動作仿真、任務(wù)仿真、障礙分析、拆卸時間估算等功能。

目前虛擬維修在國內(nèi)外已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，國內(nèi)對于這塊的研究主要集中在軍事、航空航天領(lǐng)域，對于虛擬仿真在航空實踐教學中的應(yīng)用還很少。鑒于虛擬仿真目前的高速發(fā)展及其自身的優(yōu)勢，開發(fā)基于虛擬仿真的民航職業(yè)院校實踐教學培訓系統(tǒng)，對于提高學生的技能，提升學校的教學水平和競爭力有很大的意義。

四、實踐教學改革的具體措施

鑒于目前職業(yè)院校實踐教學中存在的種種弊端，通過引入虛擬維修技術(shù)，對現(xiàn)有的實踐教學進行改革，改善現(xiàn)有教學弊端，提升教學質(zhì)量。

（一）實踐教學方式的改革

改變傳統(tǒng)的“以教促學”方式，大力開展“工學結(jié)合”的教學方式，創(chuàng)造與航空維修專業(yè)學生將來工作情景相關(guān)的教學情景，從而為學生掌握職業(yè)崗位提供環(huán)境和載體。利用虛擬仿真技術(shù)，職業(yè)院校可以營造基于工作的、模仿從業(yè)者真實工作的虛擬學習場景，提高學習質(zhì)量。此外，還應(yīng)積極探索情景體驗教學的有效方式，開展“項目教學”、‘“生產(chǎn)式實習”和“任務(wù)驅(qū)動式教學”等多種情景式體驗教學的活動，使學生在面對各種情景問題的過程中形成職業(yè)意識，提升職業(yè)素質(zhì)和能力。

（二）實踐教學安排的改變

傳統(tǒng)的實踐教學學生往往沒有任何準備就來到了實踐場所進行練習，甚至還存在學生事先理論課都沒上，一點都不懂的情況進入實踐環(huán)節(jié)。這種情況下的實踐教學一般需要較長時間的鋪墊，否則容易造成設(shè)備的損壞，練習的效果也不好。

基于這種情況，在學生實踐課之前布置預(yù)習任務(wù)，預(yù)習任務(wù)以虛擬拆裝練習為主，中間穿插一些的問題，學生在答題的過程便同時完成了相關(guān)理論知識的獲取，讓學生知其然，還知其所以然。在課堂內(nèi)，虛擬拆裝與實物拆裝同時進行，學生交替練習。這對于緩解工位緊張的局面，提升學習效率、減少設(shè)備的損壞都很有很大的幫助。課程結(jié)束后還可布置適當虛擬練習任務(wù)，鞏固學習效果。

（三）更新考核方式

飛機系統(tǒng)實訓課程的考核一直都比較難操作，它不同于一些基礎(chǔ)課程，課程結(jié)束后學生上交一個作品，作品的好壞作為判定的依據(jù)；此外實踐練習過程中往往也是多人合作才能完成各項目，不能進行單個人的實踐考核。以往的考核主要又兩部分組成，一是學生的平時表現(xiàn)，從遲到、早退、上課積極性等方面判定；二是過程性的考核，從學生實踐的過程中判定，表現(xiàn)為實踐過程中是否正確拆裝，工具使用正確與否，有無違反一些操作的原則，這種考核也不能比較客觀反映學生的真實水平，況且很多時候由于每個教師所帶學生數(shù)量較多，根本照顧不過來，因此急需一種新的考核方式作補充，彌補現(xiàn)有的不合理部分。

虛擬維修平臺設(shè)置考核模塊，學生在虛擬仿真平臺上進行虛擬拆裝，并完成相關(guān)的問題，系統(tǒng)記錄學生的考試情況，并將結(jié)果反饋給教師，作為整個課程部分考核成績。該考核方法能比較客觀反應(yīng)學生對拆裝步驟的掌握情況，并檢驗學生對拆裝過程中涉及的理論是否掌握，這種方式可與目前的考核辦法結(jié)合，從而更加全面、客觀地對學生做出評價。

五、結(jié)語

虛擬維修技術(shù)在航空維修培訓方面的發(fā)展比較快，而且目前的市場環(huán)境也比較火。但在職業(yè)院校的實踐教學中，往往還只停留在實物教學層面。因此，充分利用虛擬維修技術(shù)的優(yōu)勢，在職業(yè)院校開展虛擬維修實踐教學平臺，對于學校的教學質(zhì)量和教學水平都有很大的提高，對職業(yè)院校的實踐教學改革也有較大的指導(dǎo)意義。

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（作者簡介：[1]鄒付群，廣州民航職業(yè)技術(shù)學院 飛機維修工程學院，實驗師，機務(wù)維修；[2]韋克昌，廣州民航職業(yè)技術(shù)學院 飛機維修工程學院。）