模拟机在维修培训中的应用和评定标准

□ 安 辉 王海鹏 代一丰/文

中国民航的快速发展，对行业持续提出更高的要求，对于维修系统而言，人力资源分布的转变、大量应届毕业生的引进，传统的培养模式受到革命性的挑战，开拓创新、利用新技术手段全面提升培养效果势在必行，“虚拟维修”“维修模拟训练”由此而生。

本文通过对该项新技术目前在民航维修以及维修机型培训中的应用现状进行调研、分析，以解决维修现场实际问题为导向，通过系统培训分析方法得出具有普遍实用意义的机型培训实习项目清单制定方法指导。结合国内某航维修培训机构利用该方法实施的实习项目内容，量化得出模拟设备在机型培训中的实用价值及意义。同时，针对行业目前各类模拟设备的在维修培训中的应用现状及存在的问题，提出评定标准以及与之相对应的规章、指导文件修订建议。

背景和前言

随着近二十年来中国民航的飞速发展，维修从业人员的人才结构已产生了根本性的变化。由早期部队转业人员为主逐步转变为以航空院校专业毕业生为主的分布态势。这一现象最直观的表现就是整体维修从业人员学历水平、英语能力显著提高，而平均年龄呈明下降趋势，受引进速度和数量的影响，整体维修队伍技术水平稀释现象严重，且近年来愈加凸显。截至2018年7月，我国民用航空维修从业人员数量已接近12万，其中持有维修人员基础执照（含部件项目签署）4.5万余人。

再来看行业运行数据和安全保障情况，截至2018年7月，中国民航机队运输类航空器数量3433架，通用类航空器2984架。2017年全年共计发生事故征候602起，比上一年度同期增加54起，其中运输类航空事故征候583起，同比增加61起；运输类航空事故征候万时率0.550，同比上升0.11%；航空器地面事故征候万架次率0.013，同比上升5.09%；全年发生严重事故征候20起，同比增加2起。

通过以上数据我们可以看出，机队数量的快速增加，整体安全运行形势的预加严峻，是当前民航全行业面临的最大挑战。而对于维修系统而言，从业人员的整体能力提升、梯队结构持续优化是亟待解决的问题。传统的培养模式显然已经不能满足当前的需求，创新培养模式、利用新技术手段全面提升培养效果势在必行。通过行业调研，目前国内维修人员能力提升的主要途径有三种，一是通过人员轮岗等方式，以维修工作经历推动工作能力的提升；二是通过专项培训，针对其维修工作过程中所处的不同岗位，设置能力提升课程；三是雇佣有从业经历的合格人员。其中以第二种方式存在最为普遍，内容也多种多样，本文主要针对维修人员培养中最为重要的机型培训项目进行论述。

模拟维修技术及在维修培训中的应用

（一）课题研究的意义

民用飞机的先进性及现代化，使得其自身系统越来越集成化，复杂程度越来越高，对于维修人员的能力要求也越来越苛刻。因此，通过有效的培训，提高飞机维修人员的专业技能水平，对于保证飞机维修的效率和质量，保障民用航空器运行安全，起着至关重要的作用。而航空器维修作为应用型工种，高强度、高频次的操作和实践，是保证培训效果的核心环节，受在役航空器安全运行管理的限制，保质保量在运行飞机上完成如此庞大的训练任务显然不现实，“虚拟维修”“维修模拟训练”的概念应运而生。

（二）国内外研究现状

所谓虚拟维修，是一种新兴的科学技术，它以虚拟现实技术为基础，通过计算机生成虚拟的维修环境，直观表达真实世界的飞机维护和维修相关工作现场。虚拟维修中“虚拟”一词是指对真实世界的数字化、虚拟化，而不是所谓的“虚幻”或者“虚无”。虚拟维修具备沉浸感强，人机交互性强的特点。

飞机维修模拟训练，是指在以虚拟现实技术为基础而研制的飞机维修模拟训练器上，对维修人员实施教学培训。具有可重复性、安全性和经济性，且不受外界环境变化干扰等特点。无论是正常操作，还是故障模拟，维修训练器都可以在一定程度上满足培训维修人员对各类知识与技能的需求，是一种在培训过程中给被培训者以启发性的培训手段，进而培训效果得以保证。

目前，先进的机型培训已经开始从以计算机辅助培训CBT(BT(Computer Based Training)为主的模式向以模拟机辅助培训SBT (Simulation Based Training)为主的新模式转变，通过对虚拟维修训练技术的研究与掌握，研制各类虚拟维修训练系统环境，对于节约培训成本、提高飞机维修人员的维修能力具有非常重要的现实意义。因此，模拟训练器越来越被世界各国的民用航空企业和民用航空维修部门所重视。

1.虚拟维修应用现状

虚拟维修作为崭新的科学技术，最初是由于一些大型复杂的系统对于维护以及维修相关工作的要求而产生，一出现便引起了国际各相关行业和学者的高度与持续关注。其在维修培训中的应用，也打破了传统维修实践培训的多重障碍，实用性、经济性持续显著体现，具体表现在以下方面：

一是培训效率显著提升。摆脱时间、区域限制，打破“白天教室理论、晚上机上实践”的传统教学模式，实现“理论实践同步学”的新模式。通过教员控制台可同时指导多个学员席位，进行各系统模拟操作和测试，突破了以往一对一的带教方式，培训效率显著提升。

二是培训质量得以保证。通过教员控制台，可实现“教”与“学”实时互动，教员可随时检查学员操作过程，并由系统辅助进行分析，可全面掌握学员操作和实践效果，实现了由粗旷型培训向精细型培训的转变。通过轻松演示飞机系统部件联动，动态分析电路、油路、气路、机械作动等系统原理，使学员更容易掌握，培训质量得以保证。

三是培训风险大幅降低。例如“襟翼收放”等危险性工作，可由学员在模拟设备中熟悉原理、把握风险、熟练步骤后再上机操作，培训风险大幅降低。同时，在模拟设备上练习部件拆装工作，可减少机上真实操作，从而降低培训造成航材及设备损耗成本。

飞机维修模拟训练器作为虚拟维修训练系统环境的一种最具实用性和沉浸感的表现形式，越来越被世界各国航空企业和民航学者所重视，在当前飞机维修培训领域中已占据主导地位，且广泛应用。

2.飞机维修模拟训练器种类及组成情况

维修模拟设备依据维修手册（AMMTSMAWMASMAWL）、维修大纲(MPD)、飞行操作手册(FCOM、零件图解目录IPC)等技术资料，进行逆向建模设计，并覆盖飞机系统原理、系统结构、故障诊断与隔离、应急处置、ME L、勤务工作、例行工作、维修步骤、维修工具设备、手册查询等内容。通过索引系统章节号ATA，按照故障现象跟踪呈现、逐个实现故障判断、检查测试、故障排除、功能测试的全工作流程。设计模拟仿真模型、开发系统功能及嵌入软件，使整套模拟设备实现维修操作过程的逼真再现。

维修培训实作项目通常包括操作、功能测试、故障判断、排除四个方面内容。模拟设备可实现飞机各系统的操作与功能测试，模拟故障报警，实现灯光、色彩、位置、尺寸、手感、开关、旋转、插拔、显示等逼真的模拟。模拟设备通过C A N总线或T C P/I P数据传输协议，采用模块化、标准化、实时性、在线方式的设计原则。

目前，能够进行仿真环境培训的方式主要有三种：C B T软件培训、2 D桌面模拟维修环境和3 D飞机维修模拟训练器。

CBT (Computer Based Training),即计算机辅助培训方式，将飞机各个系统按照飞机维修手册分为不同的章节，包括系统原理介绍、正常与非正常操作方式、模拟练习等内容，多以图片配合语音讲解的形式进行培训，侧重于机载设备的外观、位置、原理、使用等方面，能够使初级人员快速熟悉和掌握飞机维修知识。但是在维修培训方面，有着明显的不足之处，主要体现为缺少模拟故障行为方式、飞机在各个状态阶段可能出现的故障现象、故障效应，以及故障状态下如何进行维护和维修等培训内容，在C B T中并不能展示出来，缺乏综合性及整体性的维修概念。

2 D桌面模拟维修环境是以计算机为基础，硬件设备通常包括一台计算机主机及多个显示器。软件部分包含了飞机系统虚拟仿真技术、三维立体数字模型技术、虚拟现实技术以及动画交互技术等，共同完成飞机虚拟维修训练环境平台。2 D桌面模拟维修环境能够进行飞机功能测试、操作检查、故障分析和排除、部件识别与拆装演示等训练，让学员以一种安全、经济、有效的方式积极参与到课堂教学中，激发学员的学习积极性，提高教学效率。其中VMT（Virtual Manufacturing Technology）是国内外普遍使用的一种2 D设备。

3 D飞机维修模拟训练器同样是以计算机为基础，其与2 D桌面模拟维修环境的区别在于，对于飞机运行和维修的核心驾驶舱部分，是以高分辨率的触摸屏为操作方式，同时对于需要实际操作体验的部分，如M C D U、遮光板、油门杆、侧杆等，以仿真硬件的形式搭建，全面仿真飞机驾驶舱各部分的位置以及操作，同时配有教员台、飞机外场维修3 D模型、原理图展示和维修手册展示等部分，是一种实际操作的训练形式。

目前，国际上面向机务维护的实际操作训练分为系统操作、系统测试、故障诊断和排故四个层面。加拿大CAE公司研制的IPT，是一种基于多触摸屏和驾驶舱结构的维修训练系统，具有一定的沉浸感和实际操作仿真，但只能进行系统操作与测试，并不能仿真系统故障诊断，且因大量使用航材而造价昂贵。FAROS公司生产的A320 MTD(A 320维护训练设备），同样是一种全仿真飞机驾驶舱的模拟结构，还包括控制管理端和动态原理图等部分，具有一系列的控制操作以及故障诊断功能，内置空客公司完整的数据包结构，但不足之处在于不能仿真排故过程，各个模块之间也没有建立起有效的通信。

现阶段机型培训中模拟设备应用存在的问题及分析

目前机型培训中实习项目使用适航飞机无法全面、深入实施，而使用飞行模拟器又因成本高、投入大、飞行员训练任务重等因素维修人员培训可用时间无法保证。这些都导致按照C C A R-147部咨询通告所要求的实习课时及项目要求无法满足，理论授课体验度不高、培训没有针对性、培训质量低。模拟设备在培训中的应用，很大程度上可以解决这一问题，帮助维修人员掌握飞机系统原理和各种维修操作、测试、故障分析、排除等技能，但就行业目前应用情况来看，问题仍然存在。

（一）模拟设备在培训环节中应用所占的比重没有明确要求

A C-147-07第七条提出，模拟设备和实际航空器的等效替换性，但对于如何落实模拟设备在培训环节中的使用及所占学时比例没有具体的要求。

（二）模拟设备在培训项目实现方式方面缺乏统一标准

A C-147-F S-2017-004-R 2第5.2.3条“实习培训应当覆盖相关机型的具有代表性的维护内容，且应当覆盖机体、航空电子和动力装置。实习培训项目应当分为以下工作类型：LOC部件位置识别、FO T功能测试/操作测试、SG H地面勤务/操作、R/I拆卸/安装、M E L项目、T S排故”。对于模拟设备在实习中的实现方式进行类别划分，但就目前国内培训机构具体实施而言，大部分是根据各自实际情况使用CBT软件培训、2D桌面模拟维修环境、3D飞机维修模拟训练器，或者飞行模拟机等，随意性强。各机型、各专业、具体A T A章节，实习项目、内容也是千差万别，即使同一实习项目其实现的手段或者方式也存在很大的差异性，缺乏统一标准。

国内某公司模拟设备在机务培训中的应用

维修机型培训的目的是通过理论和实践两个环节，加强对机型知识的掌握和实际动手能力的提升，以解决在岗工作中的实际维修问题。实习项目是对理论培训知识的强化，通过设置操作、实践环节将理论和实践有机联系起来，最终达到提升在岗工作能力的目的。通过以上分析，各公司即使运营的航空器不同，工作项目各异，但就维修机型培训、在岗工作能力提升重点而言，目的是一致的。主要解决两个方面的问题，一方面是例行性工作，另外一方面是解决突发性问题。那么是否可以考虑探索或者推荐一种方法论，力求找到一种适用于各类机型培训，具有普遍应用性的方法，进而指导制定机型培训实习项目内容。

基于实习培训关注的重点是理论联系实际，目的是提升解决实际问题的能力，所以我们可以根据公司飞机维护的大数据，针对性地找到实际工作中需要实际动手去解决的项目，逆向推导出实习项目清单内容的一般性方法。对于第一部分例行性维修工作，这些工作主要来自M P D和公司维修实践总结的自编工卡；第二部分非例行性工作，主要包括维修中的勤务性工作，例如加注液压油或者滑油、轮胎和刹车更换、各种灯光设备的更换等，此外就是突发故障的排除工作。我们可以将各公司维修数据收集起来，界定一个逻辑判断标准，根据二八原则，尽可能锁定对维修工作影响比较大的百分之二十的工作，例如可以这样界定：

是否是多发性（包含例行性工作和非例行性工作）维修工作；

表1：各类型模拟设备实习项目完成比例

表2：模拟设备类别及符合性对照

表3：各实习项目模拟设备实现方式

根据S M S方法分析，是否具有较多的危险源；

是否对操作人员能力有较高的要求；

通过以上逻辑判断对收集的维修数据进行筛选，得到一个初步的维修任务清单（包含例行性工作和非例行性工作）。在这个清单的基础上，再结合培训目标和理论大纲的课时安排进行二次筛选，选出在每个章节中具有代表性的维修工作，这些维修活动无论是对航空器运行还是对所执行的人员都有较大影响和要求，这正是我们需要通过培训来解决的问题，进而再根据这些维修活动编制成实习项目工卡。

按照上述方法，国内某公司培训单位针对B 737-700/800机型制作C C A R-147机型培训专业实习清单（M E专业详见表4，A V专业详见表5）。通过清单内容进行数据统计，M E专业模拟设备在实习环节所占的比重大约是44%，其中2 D模拟设备占比大约29%，3 D模拟设备占比大约15%。A V专业模拟设备在实习环节所占的比重大约是56%，其中2 D模拟设备占比大约20%，3 D模拟设备占比大约36%，如表1所示。电子专业由于实习项目多侧重于测试性操作，因此使用模拟设备的比例相对较高。

以上数可以看出，通过实习培训环节和实践有机结合起来，不仅可以达到提升培训效果，还有助于更好的达成培训目标。

机型培训模拟设备的评定标准

通过对国内两家培训机构应用模拟设备完成咨询通告相关要求实施机型培训，其大纲理论和实习项目符合性的逐项评估和统计得出，应用2 D、3 D模拟培训设备使用可以满足40～75%的符合性要求，2 D、3 D模拟培训设备配套真机使用则符合性可以达到95%以上，详细各项目数据如表2所示。

表4：某公司机电(ME)专业实习项目清单

通过上述方法，结合目前行业应用数据分析，结合各类型模拟设备特点，得出在机型培训实施中针对不同类型的实习要求，模拟设备的实现方式推荐如表3所示。

此外，针对目前模拟设备供应市场无明确统一技术标准的现状，结合广泛应用调研分析，本文推荐的用于维修人员培训模拟设备评定标准：

规章要求方面应满足A C-147-F S-2017-004-R 2培训大纲所要求的项目、内容、课时；A C-147-7第8.1条机型培训所要求设备的标准。

具体到各类型模拟设备，1）C B T系统应覆盖飞机所有系统包括系统原理、正常与非正常操作、模拟练习等内容；2）2 D桌面模拟培训系统应具备飞机各系统功能测试、操纵、故障诊断和隔离、排故、部件识别与拆装、考试题库、教员设置故障现象等模拟训练功能。同时具备软件、数据包不断升级、人机基本交互、音效等功能；3）3 D维修模拟器，应具有与同型号飞机驾舱尺寸、位置、颜色、灯光、高度相一致的面板、仪表、显示器、操纵部件、座椅复制品（可以采用触摸屏的方式）。同时具备软件、数据包不断升级、人机完全交互、考试题库、教员设置故障现象、音效等功能。实现系统操作、系统测试、故障诊断和排故四个方面的实操训练；4）真机应系统完整或者至少某一A T A章节系统完整或者在不造成单个实习项目分割实施的完整部段；系统部附件完好、标牌清晰，与维护资料相符合，管路导线连接正常，连接件和标准件没有损伤和缺失。在真机实习部位、高度、难度、接近方式与适航飞机没有差异。

结束语：

目前我国民航处于快速发展阶段，我们已经由世界民航规则的追随者逐步转变为制定者，本文通过对国内目前民航维修及人力资源现状进行分析，提出“模拟维修技术”的概念以及“维修模拟培训设备应用”的想法，结合行业实际问题现状通过系统培训分析方法得出模拟设备在机型培训中具有普遍实用意义的实习项目设置方法及应用样例。通过行业运行数据分析得出各类模拟设备在维修培训中的应用特点、评定标准以及与之相对应的规章、指导文件修订建议。（其他作者：冯炯晖、李钢、丁捷）