VR 技術在民用航空器維修人員執照培訓（TA 專業）中的可行性分析

江蘇航空職業技術學院 郭昊宇

Virtual Reality（VR）虛擬現實技術是多媒體技術發展的最高形態，是利用電腦模擬產生一個三維的虛擬世界，向使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。目前該技術已經應用于醫療、應急演練、室內設計、汽車仿真、學歷教育等領域。

1 VR 技術簡介

Virtual Reality（VR），即我們通常所說的虛擬現實技術，由美國思想家Jaron Lanier 于20 世紀80 年代提出。該項技術是指在計算機軟硬件及各種傳感器（如高性能計算機、圖形圖像生成系統，以及特制服裝、特制手套、特別眼鏡等）的支持下生成一個逼真的、三維的，具有一定的視、聽、觸、嗅等感知能力的環境，使用戶在這些軟硬件設備的支持下，能以簡捷、自然的方法與這一由計算機所生成的“虛擬”的世界中對象進行交互作用。它是現代高性能計算機系統、人工智能、計算機圖形學、人機接口、立體影像、立體聲響、測量控制、模擬仿真等技術綜合集成的成果，目的是建立起一個更為和諧的人工環境[1]。

2 民用航空器維修人員執照培訓國內外現狀

目前國際上民用航空器維修人員執照培訓影響最廣泛規章是由美國聯邦航空局（FAA）頒布的FAR-147規章和歐洲航空安局（EASA）頒發的 EASA-147 規章，中國民航局在充分借鑒了FAR-147 和EASA-147的基礎上，結合我國民航發展特色，制定了符合中國國情的CCAR-147 部規章，即《民用航空器維修培訓機構合格審定規則》。CCAR-147 部規章從“人、機、料、法、環”五個方面，對民用航空器維修培訓機構從機構申請標準到人員培訓要求進行了詳細的說明，是中國民用航空維修培訓的綱領性文件。

3 民用航空器維修人員執照培訓硬件成本問題

根據現行有效的CCAR-147 規章要求，培訓機構必須具備與培訓執照類別對應的真實航空器及其維修手冊。航空器可以使用非適航狀態的報廢航空器，但其停放條件和狀態應當能夠按照維修手冊開展航空器及其發動機維修實踐，包括采用部分模擬設備開展相關的維修實踐，維修手冊可以使用非現行有效的版本，但應當保持其完整可用并注明僅供培訓使用[2]。例如，若某單位想要進行安裝有渦輪發動機（TA）的民用航空器維修人員培訓，除了人員需要符合局方規章要求外，還需要面對以下問題。

3.1 教學用機的高昂投入

由于適航飛機售價昂貴，所以目前國內的民用航空器維修培訓機構，普遍采購已經退役的民航客機/貨機作為教學用機，但即使是退役的不適航飛機，其售價也高達數百萬人民幣。

3.2 教學用機場地的高昂投入

教學用機采購回來后，為了保證飛機能夠長期使用，所以像在役適航飛機那樣露天停放顯然是不行的，培訓機構還需要為這架教學用機搭建機庫，以波音737-300型飛機為例，這款機型的機身長33.4m，翼展28.9m，機身高度4.01m，如此龐大的機身，加上其他附屬工裝、消防設備等，機庫面積基本在1400m2（40m×35m）左右。為了有效利用空間，培訓機構基本上采用機庫上方蓋培訓樓的模式，即整個培訓大樓一樓為機庫和庫房，其余樓層為辦公室、教室、考場。

3.3 航材備件的持續性投入

根據局方規章要求，一個培訓班至多24 名學員，按照每年4 個培訓班，每名學員培訓時拆卸、安裝2 次成品估算，在實際培訓時，教學用機上的某一部件將被拆卸、安裝192 次/年，在如此高頻率的拆卸安裝環境下，想要長期保證一架退役飛機成品的完好性是非常難以實現的。除了機載成品外，標準件的損耗和結構件的防腐也是培訓機構需要持續投入的項目。

綜上所述，在疫情防控期間、民航市場萎縮以及民用航空器維修人員需求量減少的大環境下，民用航空器維修培訓機構如果沒有穩定的生源，前期巨大的硬件投入及運行期間持續的航材備件投入，隨時都可能成為壓死駱駝的最后一根稻草。

4 VR 技術在民用航空器維修人員執照培訓領域的可行性分析

VR 技術有3 個基本特征，又被稱為3I，分別為Immersion（沉浸）、Interaction（交互）和Imagination（構想）[3]，彼此間的關系如圖1 所示。

圖1 3I 關系圖Fig.1 3I relationship

VR 技術的沉浸式特征，會使用戶有一種置身于虛擬世界之中的感覺，利用頭戴式設備把用戶的視覺、聽覺封閉起來，產生虛擬視覺。同時，它利用手部穿戴設備把用戶的手感通道封閉起來，產生虛擬觸動感[4]。而VR技術的交互式特征主要以三維界面的形式呈現，通過眼動追蹤、語音控制、慣導設備、動作識別、物理空間定位等體感交互技術的應用讓用戶能通過自然動作在三維空間里與計算機進行交互[5]。民用航空器維修培訓工作是向民航業輸送合格維修人員的重要渠道，其培訓質量的高低、培訓效果的好壞，將會對民航運營安全產生深遠的影響。因此，將VR 技術引入民用航空器維修培訓領域之前，需要針對民用航空器維修培訓工作的特點展開分析，并針對這些特點，進行VR 教學平臺的搭建。

4.1 民用航空器維修培訓工作分類

CCAR-147 部規章將民用航空器維修人員執照培訓工作分為理論部分和實操部分，其中理論部分總共有M1（航空概論）、M2（航空器維修）、M3（飛機結構和系統）、M5（渦輪發動機）4 個子模塊，以課堂講授為主，實操部分有M7（航空器維修基本技能）、M8（航空器維修實踐）2 個模塊，以現場實踐為主，但是，現行規章要求參訓學員在未完成理論部分培訓并考試合格時，不得進行實操部分的考試評估。

4.2 民用航空器維修培訓生源分類

隨著最新版《民用航空器維修人員執照管理規則》（CCAR-66R3）于2020 年7 月1 日正式實施，理工類應屆畢業生也可以參加民用航空器維修培訓，經考試合格后，即可申請民用航空器維修人員執照。在新規章頒布之前，只有已經參加工作，并且有一定工作經驗的人員才能考取民用航空器維修人員執照，新規章的施行打破了以往民用航空器維修培訓生源單一的弊端，讓廣大立志從事民航維修工作的理工類應屆大學生實現“帶照畢業”。但是由于新規章頒布時間尚短，目前民用航空器維修培工作的生源依然分為應屆畢業生和在職人員兩類。應屆畢業生生源穩定，但是沒有工作經驗，相比較在職人員，他們學習能力更強，而在職人員雖然工作經驗豐富，但是學習能力相對較弱，且在職生源將會隨著時間的推移，逐步萎縮。

4.3 VR 教學可行性分析

（1）VR 硬件要求。相較于游戲、電影等傳統VR 應用領域，由于民用航空維修培訓工作的特殊性，除了配備VR 設備主機、頭戴式設備等傳統設備外，還需要根據培訓內容，定制所需的手持式設備，例如扳手、螺刀、鉗子等。同時培訓機構應配備適用的備份設備，除了保存每次考試的考試數據外，在特殊情況下（如斷電、設備故障等）能夠及時恢復考試。

（2）VR 軟件要求。根據《航空器維修基礎知識和實作培訓規范》（AC-66-FS-002 R1）中對M7（航空器維修基本技能）、M8（航空器維修實踐）兩個模塊的培訓要求，結合實際培訓內容分析得出，M7 模塊中的M7.1.2（航空緊固件介紹、拆裝和保險）、M7.1.3（硬/軟管路施工）、M7.1.4（傳動部件的檢查與校裝）、M7.1.8（標準線路施工）、M8 全部模塊均可引入VR 技術，軟件要求如下：

1）與局方批準的培訓類別相一致的機型數據庫，例如某培訓機構進行TA 類別培訓，其VR 軟件僅需要安裝一款有渦輪發動機的固定翼飛機即可，如波音系列、空客系列、安博威系列、ARJ 系列等機型中任意一款即可；2）機型數據庫中的機型數據必須包含整機所有系統、部件的三維模型，且必須是1:1 真實還原的模型；3）數據庫中的機型可以是已經退役的機型，但必須是現實中真實存在的；4）軟件需要根據局方M7、M8 考核評估要求設定最低終止考核標準，即考生在考核過程中若存在可能導致嚴重后果的違規操作，系統將自動終止考核；5）軟件需設置學員（考生）通道、教員（考試員）通道、局方檢察員通道（可遠程連接）。學員（考生）通道用于學員的日常培訓與考試；教員（考試員）通道用于教員（考試員）在日常培訓中的指導以及考試過程中的考核評估；局方檢察員通道用于局方對考試過程的監控；6）軟件應具即時錄制功能，且在保證影像資料清晰度的前提下，盡可能的縮小視頻文件大小，便于機構保存。

（3）其他要求。除了配備滿足培訓要求的VR 設備外，培訓機構還應當根據自身培訓規模，合理的設置培訓教室、應急通道、防火設施等。

5 兩種檢查方法的對比

兩種檢查方法的對比如表1 所示。

表1 傳統培訓與VR 培訓對比Tab.1 Comparison of traditional training and VR training

通過表1 對比我們不難看出，雖然傳統培訓存在前期投入大、占地面積大、維持飛機狀態困難等諸多不便，但是由于其培訓過程真實，受外部影響較小，對于年齡較大、計算機水平較低的大齡學員來說更加方便，目前國內的民用航空器維修培訓機構基本上還是采用這種培訓形式。

VR 技術作為新興技術，目前國內的VR 廠家更多專注于娛樂、影音、傳統學歷教育等方向的技術開發，而對于民用航空器維修人員執照培訓這類職業技能培訓還未特別關注，這導致了適用于該培訓的VR 硬件和軟件的可選擇性都較小，也從軟、硬件基礎上就對VR 技術在民用航空器維修人員執照培訓領域的應用發展進行了一定的限制。同時，在法律法規層面，目前中國民航局還未就VR 技術在民用航空器維修人員執照培訓工作中的應用進行相關說明，這也從法規方面將VR 技術拒之于民用航空器維修人員執照培訓的大門外。

雖然目前國內的培訓機構還無法開展基于VR 技術的民用航空器維修人員執照培訓，但是南航、海航技術等國內航司的維修部門，都已于2022 年開展了基于VR 技術的機型培訓并取得了優秀的培訓效果，這也為VR 技術在民用航空器維修培訓領域的應用打開了一扇窗戶。隨著技術的發展，民航法規的完善，我們相信VR 技術將會對民用航空器維修培訓人員執照培訓工作帶來新的變革。

引用

[1] [美]海姆.從界面到網絡空間:虛擬實在的形而上學[M].金吾倫,劉鋼,譯.上海:上海科學普及出版社,2000.

[2] 民用航空器維修培訓機構合格審定規則[J].中華人民共和國國務院公報,2022(15):23-32.

[3] 徐素寧,韋中亞,楊景春.虛擬現實技術在虛擬旅游中的應用[J].地理學與國土研究,2001(3):92-96.

[4] 喻曉和.虛擬現實技術基礎教程[M].北京:清華大學出版社,2015.

[5] 安穎.基于支架式教學法的VR實訓軟件交互界面設計研究[D].天津:天津職業技術師范大學,2019.