模擬機在維修培訓中的應用和評定標準

□ 安 輝 王海鵬 代一豐/文

中國民航的快速發展，對行業持續提出更高的要求，對于維修系統而言，人力資源分布的轉變、大量應屆畢業生的引進，傳統的培養模式受到革命性的挑戰，開拓創新、利用新技術手段全面提升培養效果勢在必行，“虛擬維修”“維修模擬訓練”由此而生。

本文通過對該項新技術目前在民航維修以及維修機型培訓中的應用現狀進行調研、分析，以解決維修現場實際問題為導向，通過系統培訓分析方法得出具有普遍實用意義的機型培訓實習項目清單制定方法指導。結合國內某航維修培訓機構利用該方法實施的實習項目內容，量化得出模擬設備在機型培訓中的實用價值及意義。同時，針對行業目前各類模擬設備的在維修培訓中的應用現狀及存在的問題，提出評定標準以及與之相對應的規章、指導文件修訂建議。

背景和前言

隨著近二十年來中國民航的飛速發展，維修從業人員的人才結構已產生了根本性的變化。由早期部隊轉業人員為主逐步轉變為以航空院校專業畢業生為主的分布態勢。這一現象最直觀的表現就是整體維修從業人員學歷水平、英語能力顯著提高，而平均年齡呈明下降趨勢，受引進速度和數量的影響，整體維修隊伍技術水平稀釋現象嚴重，且近年來愈加凸顯。截至2018年7月，我國民用航空維修從業人員數量已接近12萬，其中持有維修人員基礎執照（含部件項目簽署）4.5萬余人。

再來看行業運行數據和安全保障情況，截至2018年7月，中國民航機隊運輸類航空器數量3433架，通用類航空器2984架。2017年全年共計發生事故征候602起，比上一年度同期增加54起，其中運輸類航空事故征候583起，同比增加61起；運輸類航空事故征候萬時率0.550，同比上升0.11%；航空器地面事故征候萬架次率0.013，同比上升5.09%；全年發生嚴重事故征候20起，同比增加2起。

通過以上數據我們可以看出，機隊數量的快速增加，整體安全運行形勢的預加嚴峻，是當前民航全行業面臨的最大挑戰。而對于維修系統而言，從業人員的整體能力提升、梯隊結構持續優化是亟待解決的問題。傳統的培養模式顯然已經不能滿足當前的需求，創新培養模式、利用新技術手段全面提升培養效果勢在必行。通過行業調研，目前國內維修人員能力提升的主要途徑有三種，一是通過人員輪崗等方式，以維修工作經歷推動工作能力的提升；二是通過專項培訓，針對其維修工作過程中所處的不同崗位，設置能力提升課程；三是雇傭有從業經歷的合格人員。其中以第二種方式存在最為普遍，內容也多種多樣，本文主要針對維修人員培養中最為重要的機型培訓項目進行論述。

模擬維修技術及在維修培訓中的應用

（一）課題研究的意義

民用飛機的先進性及現代化，使得其自身系統越來越集成化，復雜程度越來越高，對于維修人員的能力要求也越來越苛刻。因此，通過有效的培訓，提高飛機維修人員的專業技能水平，對于保證飛機維修的效率和質量，保障民用航空器運行安全，起著至關重要的作用。而航空器維修作為應用型工種，高強度、高頻次的操作和實踐，是保證培訓效果的核心環節，受在役航空器安全運行管理的限制，保質保量在運行飛機上完成如此龐大的訓練任務顯然不現實，“虛擬維修”“維修模擬訓練”的概念應運而生。

（二）國內外研究現狀

所謂虛擬維修，是一種新興的科學技術，它以虛擬現實技術為基礎，通過計算機生成虛擬的維修環境，直觀表達真實世界的飛機維護和維修相關工作現場。虛擬維修中“虛擬”一詞是指對真實世界的數字化、虛擬化，而不是所謂的“虛幻”或者“虛無”。虛擬維修具備沉浸感強，人機交互性強的特點。

飛機維修模擬訓練，是指在以虛擬現實技術為基礎而研制的飛機維修模擬訓練器上，對維修人員實施教學培訓。具有可重復性、安全性和經濟性，且不受外界環境變化干擾等特點。無論是正常操作，還是故障模擬，維修訓練器都可以在一定程度上滿足培訓維修人員對各類知識與技能的需求，是一種在培訓過程中給被培訓者以啟發性的培訓手段，進而培訓效果得以保證。

目前，先進的機型培訓已經開始從以計算機輔助培訓CBT(BT(Computer Based Training)為主的模式向以模擬機輔助培訓SBT (Simulation Based Training)為主的新模式轉變，通過對虛擬維修訓練技術的研究與掌握，研制各類虛擬維修訓練系統環境，對于節約培訓成本、提高飛機維修人員的維修能力具有非常重要的現實意義。因此，模擬訓練器越來越被世界各國的民用航空企業和民用航空維修部門所重視。

1.虛擬維修應用現狀

虛擬維修作為嶄新的科學技術，最初是由于一些大型復雜的系統對于維護以及維修相關工作的要求而產生，一出現便引起了國際各相關行業和學者的高度與持續關注。其在維修培訓中的應用，也打破了傳統維修實踐培訓的多重障礙，實用性、經濟性持續顯著體現，具體表現在以下方面：

一是培訓效率顯著提升。擺脫時間、區域限制，打破“白天教室理論、晚上機上實踐”的傳統教學模式，實現“理論實踐同步學”的新模式。通過教員控制臺可同時指導多個學員席位，進行各系統模擬操作和測試，突破了以往一對一的帶教方式，培訓效率顯著提升。

二是培訓質量得以保證。通過教員控制臺，可實現“教”與“學”實時互動，教員可隨時檢查學員操作過程，并由系統輔助進行分析，可全面掌握學員操作和實踐效果，實現了由粗曠型培訓向精細型培訓的轉變。通過輕松演示飛機系統部件聯動，動態分析電路、油路、氣路、機械作動等系統原理，使學員更容易掌握，培訓質量得以保證。

三是培訓風險大幅降低。例如“襟翼收放”等危險性工作，可由學員在模擬設備中熟悉原理、把握風險、熟練步驟后再上機操作，培訓風險大幅降低。同時，在模擬設備上練習部件拆裝工作，可減少機上真實操作，從而降低培訓造成航材及設備損耗成本。

飛機維修模擬訓練器作為虛擬維修訓練系統環境的一種最具實用性和沉浸感的表現形式，越來越被世界各國航空企業和民航學者所重視，在當前飛機維修培訓領域中已占據主導地位，且廣泛應用。

2.飛機維修模擬訓練器種類及組成情況

維修模擬設備依據維修手冊（AMMTSMAWMASMAWL）、維修大綱(MPD)、飛行操作手冊(FCOM、零件圖解目錄IPC)等技術資料，進行逆向建模設計，并覆蓋飛機系統原理、系統結構、故障診斷與隔離、應急處置、ME L、勤務工作、例行工作、維修步驟、維修工具設備、手冊查詢等內容。通過索引系統章節號ATA，按照故障現象跟蹤呈現、逐個實現故障判斷、檢查測試、故障排除、功能測試的全工作流程。設計模擬仿真模型、開發系統功能及嵌入軟件，使整套模擬設備實現維修操作過程的逼真再現。

維修培訓實作項目通常包括操作、功能測試、故障判斷、排除四個方面內容。模擬設備可實現飛機各系統的操作與功能測試，模擬故障報警，實現燈光、色彩、位置、尺寸、手感、開關、旋轉、插拔、顯示等逼真的模擬。模擬設備通過C A N總線或T C P/I P數據傳輸協議，采用模塊化、標準化、實時性、在線方式的設計原則。

目前，能夠進行仿真環境培訓的方式主要有三種：C B T軟件培訓、2 D桌面模擬維修環境和3 D飛機維修模擬訓練器。

CBT (Computer Based Training),即計算機輔助培訓方式，將飛機各個系統按照飛機維修手冊分為不同的章節，包括系統原理介紹、正常與非正常操作方式、模擬練習等內容，多以圖片配合語音講解的形式進行培訓，側重于機載設備的外觀、位置、原理、使用等方面，能夠使初級人員快速熟悉和掌握飛機維修知識。但是在維修培訓方面，有著明顯的不足之處，主要體現為缺少模擬故障行為方式、飛機在各個狀態階段可能出現的故障現象、故障效應，以及故障狀態下如何進行維護和維修等培訓內容，在C B T中并不能展示出來，缺乏綜合性及整體性的維修概念。

2 D桌面模擬維修環境是以計算機為基礎，硬件設備通常包括一臺計算機主機及多個顯示器。軟件部分包含了飛機系統虛擬仿真技術、三維立體數字模型技術、虛擬現實技術以及動畫交互技術等，共同完成飛機虛擬維修訓練環境平臺。2 D桌面模擬維修環境能夠進行飛機功能測試、操作檢查、故障分析和排除、部件識別與拆裝演示等訓練，讓學員以一種安全、經濟、有效的方式積極參與到課堂教學中，激發學員的學習積極性，提高教學效率。其中VMT（Virtual Manufacturing Technology）是國內外普遍使用的一種2 D設備。

3 D飛機維修模擬訓練器同樣是以計算機為基礎，其與2 D桌面模擬維修環境的區別在于，對于飛機運行和維修的核心駕駛艙部分，是以高分辨率的觸摸屏為操作方式，同時對于需要實際操作體驗的部分，如M C D U、遮光板、油門桿、側桿等，以仿真硬件的形式搭建，全面仿真飛機駕駛艙各部分的位置以及操作，同時配有教員臺、飛機外場維修3 D模型、原理圖展示和維修手冊展示等部分，是一種實際操作的訓練形式。

目前，國際上面向機務維護的實際操作訓練分為系統操作、系統測試、故障診斷和排故四個層面。加拿大CAE公司研制的IPT，是一種基于多觸摸屏和駕駛艙結構的維修訓練系統，具有一定的沉浸感和實際操作仿真，但只能進行系統操作與測試，并不能仿真系統故障診斷，且因大量使用航材而造價昂貴。FAROS公司生產的A320 MTD(A 320維護訓練設備），同樣是一種全仿真飛機駕駛艙的模擬結構，還包括控制管理端和動態原理圖等部分，具有一系列的控制操作以及故障診斷功能，內置空客公司完整的數據包結構，但不足之處在于不能仿真排故過程，各個模塊之間也沒有建立起有效的通信。

現階段機型培訓中模擬設備應用存在的問題及分析

目前機型培訓中實習項目使用適航飛機無法全面、深入實施，而使用飛行模擬器又因成本高、投入大、飛行員訓練任務重等因素維修人員培訓可用時間無法保證。這些都導致按照C C A R-147部咨詢通告所要求的實習課時及項目要求無法滿足，理論授課體驗度不高、培訓沒有針對性、培訓質量低。模擬設備在培訓中的應用，很大程度上可以解決這一問題，幫助維修人員掌握飛機系統原理和各種維修操作、測試、故障分析、排除等技能，但就行業目前應用情況來看，問題仍然存在。

（一）模擬設備在培訓環節中應用所占的比重沒有明確要求

A C-147-07第七條提出，模擬設備和實際航空器的等效替換性，但對于如何落實模擬設備在培訓環節中的使用及所占學時比例沒有具體的要求。

（二）模擬設備在培訓項目實現方式方面缺乏統一標準

A C-147-F S-2017-004-R 2第5.2.3條“實習培訓應當覆蓋相關機型的具有代表性的維護內容，且應當覆蓋機體、航空電子和動力裝置。實習培訓項目應當分為以下工作類型：LOC部件位置識別、FO T功能測試/操作測試、SG H地面勤務/操作、R/I拆卸/安裝、M E L項目、T S排故”。對于模擬設備在實習中的實現方式進行類別劃分，但就目前國內培訓機構具體實施而言，大部分是根據各自實際情況使用CBT軟件培訓、2D桌面模擬維修環境、3D飛機維修模擬訓練器，或者飛行模擬機等，隨意性強。各機型、各專業、具體A T A章節，實習項目、內容也是千差萬別，即使同一實習項目其實現的手段或者方式也存在很大的差異性，缺乏統一標準。

國內某公司模擬設備在機務培訓中的應用

維修機型培訓的目的是通過理論和實踐兩個環節，加強對機型知識的掌握和實際動手能力的提升，以解決在崗工作中的實際維修問題。實習項目是對理論培訓知識的強化，通過設置操作、實踐環節將理論和實踐有機聯系起來，最終達到提升在崗工作能力的目的。通過以上分析，各公司即使運營的航空器不同，工作項目各異，但就維修機型培訓、在崗工作能力提升重點而言，目的是一致的。主要解決兩個方面的問題，一方面是例行性工作，另外一方面是解決突發性問題。那么是否可以考慮探索或者推薦一種方法論，力求找到一種適用于各類機型培訓，具有普遍應用性的方法，進而指導制定機型培訓實習項目內容。

基于實習培訓關注的重點是理論聯系實際，目的是提升解決實際問題的能力，所以我們可以根據公司飛機維護的大數據，針對性地找到實際工作中需要實際動手去解決的項目，逆向推導出實習項目清單內容的一般性方法。對于第一部分例行性維修工作，這些工作主要來自M P D和公司維修實踐總結的自編工卡；第二部分非例行性工作，主要包括維修中的勤務性工作，例如加注液壓油或者滑油、輪胎和剎車更換、各種燈光設備的更換等，此外就是突發故障的排除工作。我們可以將各公司維修數據收集起來，界定一個邏輯判斷標準，根據二八原則，盡可能鎖定對維修工作影響比較大的百分之二十的工作，例如可以這樣界定：

是否是多發性（包含例行性工作和非例行性工作）維修工作；

表1：各類型模擬設備實習項目完成比例

表2：模擬設備類別及符合性對照

表3：各實習項目模擬設備實現方式

根據S M S方法分析，是否具有較多的危險源；

是否對操作人員能力有較高的要求；

通過以上邏輯判斷對收集的維修數據進行篩選，得到一個初步的維修任務清單（包含例行性工作和非例行性工作）。在這個清單的基礎上，再結合培訓目標和理論大綱的課時安排進行二次篩選，選出在每個章節中具有代表性的維修工作，這些維修活動無論是對航空器運行還是對所執行的人員都有較大影響和要求，這正是我們需要通過培訓來解決的問題，進而再根據這些維修活動編制成實習項目工卡。

按照上述方法，國內某公司培訓單位針對B 737-700/800機型制作C C A R-147機型培訓專業實習清單（M E專業詳見表4，A V專業詳見表5）。通過清單內容進行數據統計，M E專業模擬設備在實習環節所占的比重大約是44%，其中2 D模擬設備占比大約29%，3 D模擬設備占比大約15%。A V專業模擬設備在實習環節所占的比重大約是56%，其中2 D模擬設備占比大約20%，3 D模擬設備占比大約36%，如表1所示。電子專業由于實習項目多側重于測試性操作，因此使用模擬設備的比例相對較高。

以上數可以看出，通過實習培訓環節和實踐有機結合起來，不僅可以達到提升培訓效果，還有助于更好的達成培訓目標。

機型培訓模擬設備的評定標準

通過對國內兩家培訓機構應用模擬設備完成咨詢通告相關要求實施機型培訓，其大綱理論和實習項目符合性的逐項評估和統計得出，應用2 D、3 D模擬培訓設備使用可以滿足40～75%的符合性要求，2 D、3 D模擬培訓設備配套真機使用則符合性可以達到95%以上，詳細各項目數據如表2所示。

表4：某公司機電(ME)專業實習項目清單

通過上述方法，結合目前行業應用數據分析，結合各類型模擬設備特點，得出在機型培訓實施中針對不同類型的實習要求，模擬設備的實現方式推薦如表3所示。

此外，針對目前模擬設備供應市場無明確統一技術標準的現狀，結合廣泛應用調研分析，本文推薦的用于維修人員培訓模擬設備評定標準：

規章要求方面應滿足A C-147-F S-2017-004-R 2培訓大綱所要求的項目、內容、課時；A C-147-7第8.1條機型培訓所要求設備的標準。

具體到各類型模擬設備，1）C B T系統應覆蓋飛機所有系統包括系統原理、正常與非正常操作、模擬練習等內容；2）2 D桌面模擬培訓系統應具備飛機各系統功能測試、操縱、故障診斷和隔離、排故、部件識別與拆裝、考試題庫、教員設置故障現象等模擬訓練功能。同時具備軟件、數據包不斷升級、人機基本交互、音效等功能；3）3 D維修模擬器，應具有與同型號飛機駕艙尺寸、位置、顏色、燈光、高度相一致的面板、儀表、顯示器、操縱部件、座椅復制品（可以采用觸摸屏的方式）。同時具備軟件、數據包不斷升級、人機完全交互、考試題庫、教員設置故障現象、音效等功能。實現系統操作、系統測試、故障診斷和排故四個方面的實操訓練；4）真機應系統完整或者至少某一A T A章節系統完整或者在不造成單個實習項目分割實施的完整部段；系統部附件完好、標牌清晰，與維護資料相符合，管路導線連接正常，連接件和標準件沒有損傷和缺失。在真機實習部位、高度、難度、接近方式與適航飛機沒有差異。

結束語：

目前我國民航處于快速發展階段，我們已經由世界民航規則的追隨者逐步轉變為制定者，本文通過對國內目前民航維修及人力資源現狀進行分析，提出“模擬維修技術”的概念以及“維修模擬培訓設備應用”的想法，結合行業實際問題現狀通過系統培訓分析方法得出模擬設備在機型培訓中具有普遍實用意義的實習項目設置方法及應用樣例。通過行業運行數據分析得出各類模擬設備在維修培訓中的應用特點、評定標準以及與之相對應的規章、指導文件修訂建議。（其他作者：馮炯暉、李鋼、丁捷）