摘要：近几年，我国民航业迅猛发展，飞机维修行业是民航业发展的重要基础，其市场迅猛扩张。从现实情况来看，民航维修业与公共运输航空的维修体系相比存在着维修人员不足、实训设备不足等诸多问题。虚拟维修技术的应用可以使这些问题迎刃而解。基于此，本文主要对虚拟维修技术在民航中的应用进行分析探讨。
关键词：虚拟维修技术；民航；应用初探
1、前言
虚拟维修技术是以现代计算机技术为依托的一种新兴维修技术，在飞机维修行业有着广阔的应用前景和发展空间。本文在吸收和借鉴现有的关于虚拟维修技术研究成果的基础上，从微观层次探讨了其在民航中应用的系统设计以及关键技术，为进一步推进虚拟维修技术在民航维修业中的应用提供成熟的理论指导和经验借鉴。
2、虚拟维修技术
关于虚拟维修技术的定义，目前国内外并没有达成一致意见。Kimura将虚拟维修技术定性为一种计算机辅助工具。军事领域对虚拟维修技术的定义则侧重于虚拟制造、虚拟装配。笔者在梳理总结前人关于虚拟维修技术定义的基础上，总结出虚拟维修技术是一种利用计算机技术以及虚拟现实技术生成虚拟环境，开展维修性工程活动的技术手段。简言之，虚拟维修技术就是建立一个虚拟维修仿真对象，对其维修性设计特性进行预测，并制定完善的维修方案，以达到改进虚拟维修对象性能、优化维修流程及工艺的目的。需要强调的是，虚拟维修技术对维修人员的专业素质和能力有着很高的要求，需要对维修人员进行专门的技术培训，这样才能保证维修人员通过人机交互来仿真整个维修过程，进而提高维修效率。
虽然当前围绕虚拟维修展开的相关研究很多， 但目前还没有关于虚拟维修准确、全面的定义。有的学者认为虚拟维修是采用 VＲ 技术对实际维修过程的图形化仿真， 有的学者将通过网络远程传递文本、声音、图片、视频等信息辅助维修工作的系统称作虚拟维修系统。文献对虚拟维修的定义是: 以计算机技术与虚拟现实技术为依托， 在由计算机生成的、包含了产品数字样机与维修人员三维人体模型的虚拟场景中，通过驱动人体模型( 包括采用人在回路的方式)来完成整个维修过程仿真的综合性应用技术
1)虚拟样机技术。利用计算机仿真技术进行面向对象的虚拟建模，不仅在外型上与物理样机保持高度相似、实现功能再现，还能为将来的运用提供准确、充足的信息;例如:英国的AＲＲL(先进机器人研究实验室)为罗尔斯－罗伊斯公司飞机发动机建模，用于设计阶段评估发动机常见问题的维修性。
2)三维虚拟环境创建技术。利用虚拟现实技术创建相关的虚拟环境，为用户提供良好的沉浸感、自然的交互性及一定的想象空间;例如:在设计A380的过程中，空客公司通过模拟仿真机务人员在机舱内的维修操作和情景来验证维修步骤的正确性、舒适性和可达性。
3)人机交互技术。利用相关的交互手段或设备将场景可视化并提供视觉、听觉、触觉等信息输出，实现信息的获取与反馈;例如:Andrea充分利用头盔跟踪器、数据手套和沉浸式力反馈系统，对面向航空航天产品维修培训的VIＲste person系统添加了触觉感知接口，操作者不仅有视觉上流程演示还能体验到维修工具与维修部件的动态受力。
4)过程仿真技术。统筹规划动素分类、任务描述、交互行为模型并对各状态进行管理，实现过程仿真。例如:美国空军阿姆斯特朗实验室与宾夕法尼亚大学联合创建的DEPTH(Design Evaluation for Personnel Trainingand Human Factor)项目，利用可视化技术和虚拟现实技术进行维修与保障分析，确定维修过程内容与人力资源需求。
3、虚拟维修及其关键技术在民航中的运用
3.1虚拟维修技术的运用
与传统维修相比，虚拟维修具有成本低、效率高、受限少等优点。虚拟维修在民航维修领域，特别在维修培训方面拥有广阔的运用前景。目前，中国民航大学已经创建机务维修工程虚拟仿真实验教学中心、Aerosim科技公司推出了针对某些特定机型的非沉浸式虚拟维修训练系统，如图,1所示。
传统民航机务维修培训存在着培训科目和方法单一、陈旧，人员能动性少，效果差的缺陷，而虚拟维修训练系统的出现则改变了上述状况。虚拟维修训练系统沉浸式的虚拟环境，加深了学员对系统、设备及维修项目的理解;实时的技术支持与反馈，丰富了学员的知识储备、强化了理论与实践的结合;自主化的训练科目设置，即发挥了人员能动性又使培训更具针对性;训练科目进展的跟踪与监控，保证了训练效果、提高了训练效率。
图1，Aerosim 科技公司某型飞机虚拟维修训练系统
3.2虚拟样机的运用
传统的物理样机存在生产周期长、成本高、利用率低等缺点，虚拟样机作为物理样机的替代则有效地规避了上述不足，消除了生产实践对物理样机的依赖，显著提高了工作效率。为了构建飞机虚拟维修训练系统，实现对机务工程人员的虚拟维修训练，美国的Aerosim科技公司专门研发了VirtualAircraft(VA)虚拟飞机系统和VirtualFlightDeck(VFD)虚拟驾驶舱系统。作为虚拟维修系统重要的组成部分，VA和VFD可以为维修运用提供充足、准确的信息。VirtualAircraft(VA)系统对飞机及其系统和相关部件进行仿真(涵盖的机型有A320、A330、B737NG)，将飞机完全、真实地虚拟化。在VA系统中，工程技术人员可以对虚拟飞机进行环视检查、系统运行测试与自检，可以执行飞机维护手册和排故手册/故障隔离手册中的任务工卡以及最小设备清单上的维修程序。
VirtualFlightDeck(VFD)系统实现了对驾驶舱环境和功能的仿真(涵盖的机型有B757、B767、MD－11)，真实地再现了飞机显示系统和相关电子设备的显、指示系统及控制面板，是一款可以实现维修操作的桌面训练系统。VFD系统有助于提升维修人员对驾驶舱面板和断路器面板的熟悉程度，可以模拟仿真系统运行和针对特定航线可更换组件的自检测试，能够用于发动机启动(包括正常启动、热启动和启动悬挂)和发动机试车训练。
3.3人机交互技术的运用
人机交互技术是用户与系统沟通的桥梁，是实现信息输入与输出的媒介。不同的系统，根据功能和要求实现效果的不同，所使用的交互设备或手段不尽相同。目前民航中与虚拟仿真有关的运用所适用的的交互设备有:鼠标和键盘，与实物相同的特定传感设备，虚拟外设等。用于机务人员虚拟维修培训的桌面式虚拟维修训练系统(如图1所示)采用的是鼠标、键盘对系统进行控制。对于漫恒数字公司为中航工业商发开发的三维实景系统，由于对沉浸感要求较高，选择采用摄像头、数据手套、数据眼镜、遥控等虚拟外设作为系统的交互设备。而用于飞行程序训练的CAESimfinityIPT集成式程序训练机，采用的交互设备则是以实物相同的操纵杆/盘、脚蹬等传感设备。
4、结语
综上所述，虚拟维修技术的应用能够大大提高民航维修的自动化程度，保障维修工作的质量和效率。但是，这项技术的推广和应用需要完善的系统设计、专业的人才支撑。因此，有必要加强对虚拟维修技术系统设计和关键技术的研究，以这项技术为支撑，推进民航维修业工作内容、流程和方式的变革。这不仅是计算机时代背景下民航维修业发展的现实需求，也是促进我国民航业可持续发展的重要手段。
参考文献：
[1]王文举，李光耀.虚拟维修仿真技术的研究与进展[J].系统仿真学报，2011，23(9):1752.
[2]刘钡钡，田凌，杨宇航.航空虚拟维修系统关键技术[J].计算机集成制造系统，2012，18(1):48.
论文作者:刘炯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/26
标签：系统论文; 技术论文; 民航论文; 样机论文; 飞机论文; 机务论文; 设备论文; 《基层建设》2019年第7期论文;