楊 軍， 齊 鳴， 徐文君

(中國(guó)民航大學(xué) 工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津300300)

0 引 言

隨著航空技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是A380、B787 等新一代飛機(jī)和GP7000、Trent1000 等發(fā)動(dòng)機(jī)投入航線運(yùn)營(yíng)，航空維修培訓(xùn)理念正在逐漸發(fā)生變革?，F(xiàn)代航空維修業(yè)不僅需要能夠按照維修工作單要求執(zhí)行例行檢查、調(diào)節(jié)、潤(rùn)滑和更換等工作的航空維修機(jī)械員(Aviation Maintenance Technician，AMT)，更加需要能夠根據(jù)飛機(jī)故障現(xiàn)象，分析故障原因，制定維修排故方案的高級(jí)AME。在實(shí)際的航空維修培訓(xùn)過(guò)程中，無(wú)論是理論培訓(xùn)還是實(shí)踐培訓(xùn)，對(duì)于飛機(jī)駕駛艙顯示或指示、各系統(tǒng)操作測(cè)試以及實(shí)際系統(tǒng)部件位置布局都有著強(qiáng)烈的需求。因此，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，觸摸顯示技術(shù)和Web3D 模擬技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的航空維修教學(xué)設(shè)備開(kāi)展航空維修排故教學(xué)研究，培養(yǎng)滿足現(xiàn)代航空業(yè)維修要求和國(guó)家卓越計(jì)劃要求的高水平維修工程師，是現(xiàn)代民航教育道路上的一次有益嘗試和探索。

1 國(guó)內(nèi)航空維修實(shí)踐教學(xué)方式和現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，使得航空維修培訓(xùn)技術(shù)和手段也在不斷更新。出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Based Training，CBT)，網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)(Web Based Training，WBT)和模擬機(jī)輔助教學(xué)(Simulation Based Training，SBT)等新的培訓(xùn)方式。這些航空維修培訓(xùn)方式已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)依靠紙質(zhì)教材+教師課堂講授的授課方式。

CBT 教學(xué)克服了傳統(tǒng)紙質(zhì)培訓(xùn)普遍存在的理論教學(xué)互動(dòng)性差、實(shí)踐實(shí)習(xí)組織困難、風(fēng)險(xiǎn)高和針對(duì)性不強(qiáng)的缺點(diǎn)［1］。但也存在先天不足，CBT 教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中存在人機(jī)互動(dòng)性差，學(xué)生只能通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊不能實(shí)際動(dòng)手操作，學(xué)習(xí)過(guò)程中容易分散注意力等缺點(diǎn)［2］，同時(shí)CBT 所演示、模擬的系統(tǒng)操作只局限于設(shè)計(jì)者事先設(shè)好的邏輯和范圍，它所演示和展現(xiàn)的內(nèi)容，無(wú)論是深度還是廣度都是很有限［3］。

相比CBT 教學(xué)，WBT 教學(xué)具有下述三個(gè)顯著特點(diǎn):①一個(gè)WBT 軟件一般包含了文本、圖像、視頻和音頻等，很大程度上可以代替一般課堂所使用的紙質(zhì)掛圖以及實(shí)物模型，因此訓(xùn)練成本小;②圖文并茂、聲色俱全的效果，可以將復(fù)雜的理論形象表示出來(lái)，加深學(xué)生的理解，人機(jī)互動(dòng)的效果要比單純的書本更加吸引學(xué)生的興趣，因此訓(xùn)練效率高［4］;③借助網(wǎng)絡(luò)化的WBT 可以獲得最新機(jī)型的培訓(xùn)材料，同時(shí)減少教師“書寫”工作負(fù)擔(dān)，使教師可以將精力集中在教學(xué)上，提高教學(xué)的水平。在網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的現(xiàn)代，基礎(chǔ)信息的在線及時(shí)更新保證了學(xué)習(xí)內(nèi)容的先進(jìn)性。正是由于這些特點(diǎn)，在航空維修培訓(xùn)領(lǐng)域WBT 正在逐步替代傳統(tǒng)的CBT 訓(xùn)練手段［5-6］。

SBT 的核心是維修訓(xùn)練模擬機(jī)(MTD)。①能夠用于對(duì)機(jī)務(wù)人員進(jìn)行日常維護(hù)與排除故障的訓(xùn)練，以提高其實(shí)際工作技能。②當(dāng)飛機(jī)在外站甚至飛行中出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)在維修訓(xùn)練模擬機(jī)上對(duì)故障進(jìn)行模擬，結(jié)合故障報(bào)告手冊(cè)(FRM)、故障隔離手冊(cè)(FIM)、飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)(AMM)等技術(shù)資料，就可以獲得真實(shí)情況下維護(hù)與排故的情景模擬，從而指導(dǎo)外站機(jī)務(wù)維修人員具體的排故步驟，達(dá)到準(zhǔn)確及時(shí)地排除故障的目的［7-8］。然而目前MTD 主要由CAE、FAROS 等公司提供，價(jià)格昂貴，主要針對(duì)的是航空公司飛行人員和機(jī)務(wù)維修人員培訓(xùn)，并不適用于航空類高校的實(shí)踐教學(xué)。

目前，國(guó)內(nèi)航空院校維修培訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)主要以B707，B727，B737-200，MD-82 和運(yùn)-7 等退役的老舊飛機(jī)為主，在排故實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中主要存在問(wèn)題:①多數(shù)飛機(jī)老化，不能進(jìn)行完整的通電測(cè)試，或存在安全隱患，部分飛機(jī)機(jī)體破壞嚴(yán)重，部件缺失較多，僅能進(jìn)行拆裝練習(xí)。②部分新引進(jìn)的飛機(jī)雖然系統(tǒng)完整，但還未能有效利用，且駕駛艙內(nèi)可容納的實(shí)習(xí)學(xué)生數(shù)有限，長(zhǎng)期高負(fù)荷實(shí)踐教學(xué)會(huì)加速飛機(jī)老化或故障。③現(xiàn)有教學(xué)實(shí)踐用機(jī)型與航空公司現(xiàn)役機(jī)型差距較大，且實(shí)習(xí)機(jī)型比較單一。學(xué)生對(duì)于現(xiàn)役機(jī)型的學(xué)習(xí)只能通過(guò)教室上課理論講解+CBT 操作練習(xí)的方式進(jìn)行［9］。

針對(duì)上述問(wèn)題，充分利用波音，空客和AVSOFT 等網(wǎng)絡(luò)航空維修培訓(xùn)資源，開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的航空維修實(shí)踐教學(xué)設(shè)備。該教學(xué)設(shè)備可以完成現(xiàn)役機(jī)型B737NG、A320 的機(jī)型理論講解、實(shí)踐操作測(cè)試、航線繞機(jī)檢查、飛機(jī)駕駛艙指示和顯示以及模擬排故等。

2 網(wǎng)絡(luò)化航空維修教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)化航空維修實(shí)踐教學(xué)設(shè)備是利用全球最大的航空維修培訓(xùn)資料網(wǎng)AVSOFT 的維修培訓(xùn)資源，中國(guó)民航大學(xué)授權(quán)的波音網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(Myboeingfleet. com)，Airbus|World 空客在線系統(tǒng)，法國(guó)賽峰集團(tuán)MCDU 軟硬件和A320 3D Viewer 等軟件，結(jié)合觸摸顯示技術(shù)，搭載Window 8 操作系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的四屏顯示互動(dòng)式航空維修實(shí)踐培訓(xùn)設(shè)備。計(jì)算機(jī)處理中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口連接波音網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(Myboeingfleet.com)獲取實(shí)時(shí)有效的航空技術(shù)參考資料和數(shù)字化維修管理軟件(Maintenance Performance Toolbox，MPT);Airbus |World 空客在線系統(tǒng)和飛機(jī)維修分析軟件AIRMAN(AIRcraft Maintenance ANalysis);Avsoft. com WBT 和DEMO 等航空維修培訓(xùn)資料。通過(guò)USB 接口連接賽峰MCDU 軟硬件設(shè)備。通過(guò)HDMI 連接多屏顯示處理組件輸出交互式駕駛艙觸摸顯示屏，Wed3D 部件顯示屏，ECAM 顯示屏和系統(tǒng)工作原理圖及AMM，F(xiàn)IM等技術(shù)資料顯示屏(見(jiàn)圖1)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化航空維修實(shí)踐教學(xué)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

AVSOFT 的WBT(Systems Simulations)可用于對(duì)現(xiàn)有機(jī)型主要系統(tǒng)的操作測(cè)試進(jìn)行模擬和講解;Walk Around WBT 可用于對(duì)現(xiàn)有機(jī)型進(jìn)行航前或過(guò)站的繞機(jī)檢查實(shí)踐練習(xí);Pilot Demos，Maintenance Demos(B737-700 APU 和Dash-8-400 Landing Gear)等深度培訓(xùn)WBT 交互式課件可用于機(jī)型培訓(xùn)或系統(tǒng)培訓(xùn)等。在AVSOFT WBT 和Demos 中，學(xué)員可以通過(guò)觸摸顯示屏下部的選擇鍵在駕駛艙和系統(tǒng)框圖之間進(jìn)行切換，在駕駛艙顯示頁(yè)面，通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕或儀表，會(huì)有相應(yīng)語(yǔ)音提示或文字說(shuō)明，便于學(xué)員加深對(duì)駕駛艙指示和顯示的理解。同時(shí)為方便學(xué)員學(xué)習(xí)，在下部選擇框區(qū)還配備有字典，筆記本等小工具便于學(xué)員學(xué)習(xí)時(shí)使用。搭載在網(wǎng)絡(luò)化航空維修實(shí)踐設(shè)備上的AVSOFT 培訓(xùn)資源目前主要用于學(xué)生對(duì)飛機(jī)的認(rèn)知教學(xué)，航線繞機(jī)檢查實(shí)踐練習(xí)，駕駛艙指示和顯示的認(rèn)知，主要系統(tǒng)框圖和功能的講解和演示說(shuō)明，部分操作測(cè)試和B737-700APU 部分的機(jī)型培訓(xùn)等。

波音MPT(Maintenance Performance Toolbox)是建立在波音網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(Myboeingfleet.com)上的專業(yè)化維修系統(tǒng)，能為航空器運(yùn)營(yíng)商提供實(shí)時(shí)的智能維修文件和可視化信息解決方案。新培訓(xùn)系統(tǒng)可以復(fù)制整架飛機(jī)而不僅僅是駕駛艙，能將實(shí)時(shí)的性能信息提供給維修人員。因此，在維修培訓(xùn)過(guò)程中可以采用實(shí)時(shí)模擬方式。在實(shí)際的排故教學(xué)過(guò)程中，主要利用MPT 的排故工具:可以根據(jù)飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的2D 圖形，在航線緊急排故時(shí)，快速查找相應(yīng)的技術(shù)信息;對(duì)相似故障修復(fù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行收集及分析，建立排故數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)不同維修團(tuán)隊(duì)的實(shí)時(shí)共享。MPT 采用2D 圖標(biāo)標(biāo)識(shí)飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊獲得飛機(jī)特殊位置或零件的相關(guān)信息，這種智能化圖標(biāo)用戶界面可使維修人員迅速獲得飛機(jī)需要維修的準(zhǔn)確位置，然后結(jié)合中央維護(hù)計(jì)算機(jī)信息、故障代碼、駕駛艙故障顯示和飛行頁(yè)面檢查，來(lái)制定維修方案［10］。同時(shí)，MPT 還引入了3D結(jié)構(gòu)立體圖，配合最新的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和Web3D 技術(shù)，使用普通的IE 瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)在線的實(shí)時(shí)3D瀏覽。建立在J2EE 格式標(biāo)準(zhǔn)上網(wǎng)頁(yè)化的MPT，降低了運(yùn)營(yíng)商的基礎(chǔ)設(shè)施成本，減少了更新IT 的負(fù)擔(dān)，現(xiàn)代數(shù)字化維修平臺(tái)MPT 培訓(xùn)工具不僅可以提供及時(shí)的培訓(xùn)信息，而且還給教學(xué)人員提供開(kāi)發(fā)新培訓(xùn)項(xiàng)目的平臺(tái)，以及輔助搜集關(guān)于飛機(jī)系統(tǒng)和維護(hù)需要的教學(xué)資料。它可以給指導(dǎo)老師在課堂講授知識(shí)時(shí)提供先進(jìn)的培訓(xùn)工具，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜飛機(jī)系統(tǒng)的理解記憶，有助于飛機(jī)系統(tǒng)及手冊(cè)應(yīng)用的交叉培訓(xùn)［11-12］。

圖2 波音公司數(shù)字化維修管理軟件MPT

飛機(jī)維修分析AIRMAN(AIRcraft Maintenance ANalysis)主要幫助維修基地對(duì)整個(gè)機(jī)隊(duì)的維修信息進(jìn)行跟蹤管理，簡(jiǎn)化和優(yōu)化排故維修工作，提高排故效率。在實(shí)際排故教學(xué)過(guò)程中，主要利用AIRMAN 排故工具知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)電子化排故 (Etroubleshooting)［13］。通過(guò)查看飛機(jī)航后報(bào)告(PFR)上列出的一系列故障信息，點(diǎn)擊其中一條故障信息，則與之屬于同一系統(tǒng)的其他故障信息也將同時(shí)從故障列表中被標(biāo)識(shí)，雙擊列表中的故障信息，會(huì)出現(xiàn)該故障信息的詳細(xì)內(nèi)容頁(yè)面，該頁(yè)面左側(cè)設(shè)有AIRMAN 分析區(qū)、警告區(qū)、故障信息區(qū)和故障原因等。并在排故手冊(cè)列表中給出該故障所涉及的章節(jié)號(hào)代碼和排故程序標(biāo)題等信息［14-15］。

3 航空維修排故教學(xué)的設(shè)計(jì)

民用航空器維修排故是一項(xiàng)高級(jí)維修技能，合格的維修排故工程師必須具備以下技能:了解系統(tǒng)主要部件功能、位置和部件的相互連接關(guān)系;了解故障指示器并驗(yàn)證飛機(jī)故障指示;使用故障診斷策略分析故障;使用系統(tǒng)自檢測(cè)試設(shè)備或其他設(shè)備;讀取并分析自檢結(jié)果;統(tǒng)計(jì)分析總結(jié)系統(tǒng)哪些部件容易出現(xiàn)故障;使用維修技術(shù)資料執(zhí)行故障隔離程序和維修任務(wù)等。因此，培養(yǎng)維修排故工程師的難點(diǎn)在于教會(huì)學(xué)員合理的使用故障診斷策略、設(shè)備和方法來(lái)進(jìn)行排故。本節(jié)以網(wǎng)絡(luò)化航空維修實(shí)踐教學(xué)設(shè)備為載體，從故障案例選取原則、故障指示、排故流程和策略等方面論述如何設(shè)計(jì)排故教學(xué)過(guò)程。

(1) 故障案例選取原則。飛機(jī)上的故障一般分為三種類型:部件或系統(tǒng)問(wèn)題;系統(tǒng)及其環(huán)境相關(guān)的問(wèn)題;兩個(gè)或更多系統(tǒng)相關(guān)的問(wèn)題［16］。在確定具體的故障案例時(shí)，需要滿足以下幾點(diǎn)要求:

選取明確的故障案例:即要清楚的告訴學(xué)生，飛機(jī)出現(xiàn)了什么故障指示或故障現(xiàn)象，學(xué)生根據(jù)該特定的故障指示或現(xiàn)象進(jìn)行具體問(wèn)題具體分析。

故障案例的選擇應(yīng)遵循由淺入深的原則:在進(jìn)行排故教學(xué)過(guò)程中，先設(shè)置系統(tǒng)或部件級(jí)故障，該類故障通常參閱FIM(故障隔離手冊(cè))或TSM(排故手冊(cè))可找到標(biāo)準(zhǔn)化的排故流程，再選擇綜合性高或與運(yùn)營(yíng)環(huán)境有關(guān)的故障案例供學(xué)生深入分析進(jìn)行排故。

選擇可以應(yīng)用到具體排故策略的故障案例:應(yīng)該選取各種級(jí)別的故障案例，以便學(xué)生最終完成所有排故過(guò)程時(shí)可以應(yīng)用到所有的排故策略和方法。

選擇排故步驟簡(jiǎn)單易懂的故障案例:對(duì)于復(fù)雜的故障案例排故，教師應(yīng)該將整個(gè)排故程序分解為各個(gè)小程序進(jìn)行分階段排故。

制定排故方案過(guò)程需要有時(shí)間限制:航空維修培訓(xùn)的最終目的是提高飛機(jī)可靠性，縮短飛機(jī)停飛時(shí)間。

(2) 故障指示。選取合適的故障案例后，第一步應(yīng)該向?qū)W生講解如何獲取故障指示(見(jiàn)表1(1)、(2))，以及針對(duì)具體故障案例的故障指示是什么?并理解每一種操作模式下，哪些顯示或指示應(yīng)該出現(xiàn)，而哪些顯示不應(yīng)該出現(xiàn)。還應(yīng)該知道系統(tǒng)運(yùn)作需要哪些電路保護(hù)裝置、保險(xiǎn)絲以及輔助系統(tǒng)(液壓、氣動(dòng)、電氣系統(tǒng))。排故人員作為飛機(jī)的維修者，應(yīng)當(dāng)了解飛行員如何使用飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)以及在使用過(guò)程中期望值是什么。飛行員的使用，不管是正確還是錯(cuò)誤，都會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行和排故過(guò)程。

(3) 排故流程和排故策略。排故是維修經(jīng)驗(yàn)+排故手冊(cè)綜合應(yīng)用的過(guò)程。故障隔離手冊(cè)是飛機(jī)制造商根據(jù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)向航空公司提供的部分故障的排除方法。由于排故書冊(cè)的不完善和不靈活，單純依靠排故手冊(cè)進(jìn)行排故，在航線維修過(guò)程中有可能造成航班延誤，影響航空公司的聲譽(yù)和直接運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)依據(jù)排故手冊(cè)排故容易引起無(wú)故障發(fā)現(xiàn)率和NFF 誤拆率(No Fault Found)升高，嚴(yán)重影響排故效率和直接維修成本。僅依靠維修經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行排故，當(dāng)故障源不同時(shí)，往往使排故過(guò)程陷入困境，排故順序錯(cuò)誤還有可能引起飛機(jī)的額外損傷或其他潛在故障。因此，排故過(guò)程應(yīng)該綜合應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和排故手冊(cè)，同時(shí)應(yīng)用故障樹(shù)分析，失效模式與影響分析，失效概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，部件拆裝便利性評(píng)估等排故策略(見(jiàn)表1)。

表1 排故流程和策略

(續(xù)表1)

對(duì)于造成航班延誤或取消的故障，有必要從技術(shù)上進(jìn)行總結(jié)和分析，盡量避免再次出現(xiàn)相同的情況?？偨Y(jié)和分析的內(nèi)容應(yīng)為:延誤的原因;針對(duì)延誤原因有無(wú)改進(jìn)措施;如不能改進(jìn)可否避免該故障發(fā)生;難以判斷故障是否造成延誤，事后應(yīng)進(jìn)行故障分析，看能否改進(jìn)故障隔離方法，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的故障隔離。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前，網(wǎng)絡(luò)化航空維修實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)主要應(yīng)用于本科機(jī)務(wù)專業(yè)卓越工程師班的教學(xué)和新加坡學(xué)員的教學(xué)服務(wù)，還承擔(dān)了航空公司在職人員的部分機(jī)型培訓(xùn)工作。通過(guò)精心設(shè)計(jì)故障案例、故障指示、排故流程和排故策略四個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展航空維修高級(jí)排故教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)員一致認(rèn)為該網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)不僅真實(shí)、直觀地反映了實(shí)際排故流程，同時(shí)節(jié)約了培訓(xùn)時(shí)間，提高了培訓(xùn)效果，基本滿足行業(yè)對(duì)于高水平航空維修工程師和卓越工程師的培訓(xùn)要求。

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