鄒付群+++韋克昌

摘要：針對(duì)航空維修實(shí)踐教學(xué)中出現(xiàn)的弊端，提出了基于虛擬維修技術(shù)的教學(xué)改革。通過對(duì)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(shí)踐教學(xué)的重要意義，并詳細(xì)闡述了改革的一些具體措施，對(duì)航空維修實(shí)踐教學(xué)的改革方向有很大的參考意義。

關(guān)鍵詞：虛擬維修 實(shí)踐教學(xué) 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(jì)算機(jī)建立實(shí)時(shí)的、三維的虛擬模擬環(huán)境，維修人員可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行維修預(yù)處理，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行分析、維修處理。利用虛擬維修環(huán)境對(duì)維修人員進(jìn)行維修培訓(xùn)，相對(duì)于傳統(tǒng)維修培訓(xùn)方式，突破了時(shí)間和空間的限制，可以實(shí)現(xiàn)逼真的設(shè)備拆裝、故障維修等操作，對(duì)于提高維修人員能力，降低維修培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)效率等具有重要意義。

二、航空維修實(shí)踐教學(xué)的弊端

目前航空院校的實(shí)踐教學(xué)基本都是基于實(shí)物開展，它存在很多弊端：

（一）設(shè)備更新速度慢，新機(jī)型的維修訓(xùn)練嚴(yán)重滯后。由于航空設(shè)備價(jià)格昂貴，多數(shù)航空院校的教學(xué)設(shè)備都比較陳舊，只能使用已經(jīng)淘汰的機(jī)型進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，例如“三叉”、“運(yùn)七”等等。從而導(dǎo)致維修訓(xùn)練只能停留在舊的飛機(jī)結(jié)構(gòu)和技術(shù)層面，缺少新機(jī)型維修能力的訓(xùn)練。

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

（三）實(shí)踐教學(xué)只能在固定的時(shí)間和場(chǎng)所進(jìn)行。由于實(shí)踐教學(xué)需在實(shí)物設(shè)備上進(jìn)行，出于設(shè)備和人身方面的安全考慮，學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)只能限制在課堂內(nèi)，課外一般不允許學(xué)生進(jìn)入場(chǎng)地自己練習(xí)。

（四）工位有限。由于院校的實(shí)踐教學(xué)設(shè)備不足，實(shí)踐教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)“僧多粥少”的情況，從而導(dǎo)致學(xué)生排隊(duì)等候的情況，降低學(xué)習(xí)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(jìn)行維修培訓(xùn)相對(duì)傳統(tǒng)維修培訓(xùn)具有很大的優(yōu)勢(shì)，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(duì)事物認(rèn)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(duì)于航空維修培訓(xùn)中的理論與實(shí)踐問題，能比較方便解決，還可隨時(shí)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(xùn)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(gè)F-16項(xiàng)目的金屬樣機(jī)，轉(zhuǎn)而實(shí)行虛擬維修。波音公司于20世紀(jì)90年代末建立了一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，主要用于對(duì)“聯(lián)合攻擊機(jī)”（JSF）的保障性進(jìn)行評(píng)估和試驗(yàn)，該項(xiàng)目的研究主要采用數(shù)字樣機(jī)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(xùn)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(cè)與維修訓(xùn)練資料的一部分，可以實(shí)現(xiàn)在一次仿真中完成多項(xiàng)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(guó)空軍某學(xué)院設(shè)計(jì)的“航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬維修培訓(xùn)系統(tǒng)”是虛擬維修培訓(xùn)系統(tǒng)較典型實(shí)例，該系統(tǒng)通過CATIA軟件建立發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬樣機(jī)，可實(shí)現(xiàn)拆裝演示、仿真訓(xùn)練等功能。軍械工程學(xué)院郝建平等采用沉浸式和非沉浸式2種方式實(shí)現(xiàn)維修過程仿真，提出了完整的虛擬維修系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了建立維修任務(wù)樣機(jī)、動(dòng)作仿真、任務(wù)仿真、障礙分析、拆卸時(shí)間估算等功能。

目前虛擬維修在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，國(guó)內(nèi)對(duì)于這塊的研究主要集中在軍事、航空航天領(lǐng)域，對(duì)于虛擬仿真在航空實(shí)踐教學(xué)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(shì)，開發(fā)基于虛擬仿真的民航職業(yè)院校實(shí)踐教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，對(duì)于提高學(xué)生的技能，提升學(xué)校的教學(xué)水平和競(jìng)爭(zhēng)力有很大的意義。

四、實(shí)踐教學(xué)改革的具體措施

鑒于目前職業(yè)院校實(shí)踐教學(xué)中存在的種種弊端，通過引入虛擬維修技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，改善現(xiàn)有教學(xué)弊端，提升教學(xué)質(zhì)量。

（一）實(shí)踐教學(xué)方式的改革

改變傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”方式，大力開展“工學(xué)結(jié)合”的教學(xué)方式，創(chuàng)造與航空維修專業(yè)學(xué)生將來工作情景相關(guān)的教學(xué)情景，從而為學(xué)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?？梢誀I(yíng)造基于工作的、模仿從業(yè)者真實(shí)工作的虛擬學(xué)習(xí)場(chǎng)景，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。此外，還應(yīng)積極探索情景體驗(yàn)教學(xué)的有效方式，開展“項(xiàng)目教學(xué)”、‘“生產(chǎn)式實(shí)習(xí)”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)”等多種情景式體驗(yàn)教學(xué)的活動(dòng)，使學(xué)生在面對(duì)各種情景問題的過程中形成職業(yè)意識(shí)，提升職業(yè)素質(zhì)和能力。

（二）實(shí)踐教學(xué)安排的改變

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)學(xué)生往往沒有任何準(zhǔn)備就來到了實(shí)踐場(chǎng)所進(jìn)行練習(xí)，甚至還存在學(xué)生事先理論課都沒上，一點(diǎn)都不懂的情況進(jìn)入實(shí)踐環(huán)節(jié)。這種情況下的實(shí)踐教學(xué)一般需要較長(zhǎng)時(shí)間的鋪墊，否則容易造成設(shè)備的損壞，練習(xí)的效果也不好。

基于這種情況，在學(xué)生實(shí)踐課之前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，預(yù)習(xí)任務(wù)以虛擬拆裝練習(xí)為主，中間穿插一些的問題，學(xué)生在答題的過程便同時(shí)完成了相關(guān)理論知識(shí)的獲取，讓學(xué)生知其然，還知其所以然。在課堂內(nèi)，虛擬拆裝與實(shí)物拆裝同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生交替練習(xí)。這對(duì)于緩解工位緊張的局面，提升學(xué)習(xí)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(dāng)虛擬練習(xí)任務(wù)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

（三）更新考核方式

飛機(jī)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)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(xué)生上交一個(gè)作品，作品的好壞作為判定的依據(jù)；此外實(shí)踐練習(xí)過程中往往也是多人合作才能完成各項(xiàng)目，不能進(jìn)行單個(gè)人的實(shí)踐考核。以往的考核主要又兩部分組成，一是學(xué)生的平時(shí)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(xué)生實(shí)踐的過程中判定，表現(xiàn)為實(shí)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(xué)生的真實(shí)水平，況且很多時(shí)候由于每個(gè)教師所帶學(xué)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(bǔ)充，彌補(bǔ)現(xiàn)有的不合理部分。

虛擬維修平臺(tái)設(shè)置考核模塊，學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行虛擬拆裝，并完成相關(guān)的問題，系統(tǒng)記錄學(xué)生的考試情況，并將結(jié)果反饋給教師，作為整個(gè)課程部分考核成績(jī)。該考核方法能比較客觀反應(yīng)學(xué)生對(duì)拆裝步驟的掌握情況，并檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)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(duì)學(xué)生做出評(píng)價(jià)。

五、結(jié)語(yǔ)

虛擬維修技術(shù)在航空維修培訓(xùn)方面的發(fā)展比較快，而且目前的市場(chǎng)環(huán)境也比較火。但在職業(yè)院校的實(shí)踐教學(xué)中，往往還只停留在實(shí)物教學(xué)層面。因此，充分利用虛擬維修技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在職業(yè)院校開展虛擬維修實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，對(duì)于學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平都有很大的提高，對(duì)職業(yè)院校的實(shí)踐教學(xué)改革也有較大的指導(dǎo)意義。

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（作者簡(jiǎn)介：[1]鄒付群，廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 飛機(jī)維修工程學(xué)院，實(shí)驗(yàn)師，機(jī)務(wù)維修；[2]韋克昌，廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 飛機(jī)維修工程學(xué)院。）