网络化航空维修实践平台的建设和教学

杨 军， 齐 鸣， 徐文君

(中国民航大学 工程技术训练中心，天津300300)

0 引 言

随着航空技术的迅速发展，特别是A380、B787 等新一代飞机和GP7000、Trent1000 等发动机投入航线运营，航空维修培训理念正在逐渐发生变革。现代航空维修业不仅需要能够按照维修工作单要求执行例行检查、调节、润滑和更换等工作的航空维修机械员(Aviation Maintenance Technician，AMT)，更加需要能够根据飞机故障现象，分析故障原因，制定维修排故方案的高级AME。在实际的航空维修培训过程中，无论是理论培训还是实践培训，对于飞机驾驶舱显示或指示、各系统操作测试以及实际系统部件位置布局都有着强烈的需求。因此，借助互联网技术，触摸显示技术和Web3D 模拟技术构建网络化的航空维修教学设备开展航空维修排故教学研究，培养满足现代航空业维修要求和国家卓越计划要求的高水平维修工程师，是现代民航教育道路上的一次有益尝试和探索。

1 国内航空维修实践教学方式和现状

网络技术、仿真技术和软件技术的迅速发展，使得航空维修培训技术和手段也在不断更新。出现了计算机辅助教学(Computer Based Training，CBT)，网络辅助教学(Web Based Training，WBT)和模拟机辅助教学(Simulation Based Training，SBT)等新的培训方式。这些航空维修培训方式已经逐渐取代传统依靠纸质教材+教师课堂讲授的授课方式。

CBT 教学克服了传统纸质培训普遍存在的理论教学互动性差、实践实习组织困难、风险高和针对性不强的缺点［1］。但也存在先天不足，CBT 教学系统在实际教学过程中存在人机互动性差，学生只能通过鼠标点击不能实际动手操作，学习过程中容易分散注意力等缺点［2］，同时CBT 所演示、模拟的系统操作只局限于设计者事先设好的逻辑和范围，它所演示和展现的内容，无论是深度还是广度都是很有限［3］。

相比CBT 教学，WBT 教学具有下述三个显著特点:①一个WBT 软件一般包含了文本、图像、视频和音频等，很大程度上可以代替一般课堂所使用的纸质挂图以及实物模型，因此训练成本小;②图文并茂、声色俱全的效果，可以将复杂的理论形象表示出来，加深学生的理解，人机互动的效果要比单纯的书本更加吸引学生的兴趣，因此训练效率高［4］;③借助网络化的WBT 可以获得最新机型的培训材料，同时减少教师“书写”工作负担，使教师可以将精力集中在教学上，提高教学的水平。在网络迅速发展的现代，基础信息的在线及时更新保证了学习内容的先进性。正是由于这些特点，在航空维修培训领域WBT 正在逐步替代传统的CBT 训练手段［5-6］。

SBT 的核心是维修训练模拟机(MTD)。①能够用于对机务人员进行日常维护与排除故障的训练，以提高其实际工作技能。②当飞机在外站甚至飞行中出现故障时，通过在维修训练模拟机上对故障进行模拟，结合故障报告手册(FRM)、故障隔离手册(FIM)、飞机维护手册(AMM)等技术资料，就可以获得真实情况下维护与排故的情景模拟，从而指导外站机务维修人员具体的排故步骤，达到准确及时地排除故障的目的［7-8］。然而目前MTD 主要由CAE、FAROS 等公司提供，价格昂贵，主要针对的是航空公司飞行人员和机务维修人员培训，并不适用于航空类高校的实践教学。

目前，国内航空院校维修培训实践教学主要以B707，B727，B737-200，MD-82 和运-7 等退役的老旧飞机为主，在排故实践教学过程中主要存在问题:①多数飞机老化，不能进行完整的通电测试，或存在安全隐患，部分飞机机体破坏严重，部件缺失较多，仅能进行拆装练习。②部分新引进的飞机虽然系统完整，但还未能有效利用，且驾驶舱内可容纳的实习学生数有限，长期高负荷实践教学会加速飞机老化或故障。③现有教学实践用机型与航空公司现役机型差距较大，且实习机型比较单一。学生对于现役机型的学习只能通过教室上课理论讲解+CBT 操作练习的方式进行［9］。

针对上述问题，充分利用波音，空客和AVSOFT 等网络航空维修培训资源，开发基于网络的航空维修实践教学设备。该教学设备可以完成现役机型B737NG、A320 的机型理论讲解、实践操作测试、航线绕机检查、飞机驾驶舱指示和显示以及模拟排故等。

2 网络化航空维修教学平台的建设

网络化航空维修实践教学设备是利用全球最大的航空维修培训资料网AVSOFT 的维修培训资源，中国民航大学授权的波音网络平台(Myboeingfleet. com)，Airbus|World 空客在线系统，法国赛峰集团MCDU 软硬件和A320 3D Viewer 等软件，结合触摸显示技术，搭载Window 8 操作系统进行二次开发的四屏显示互动式航空维修实践培训设备。计算机处理中心通过网络接口连接波音网络平台(Myboeingfleet.com)获取实时有效的航空技术参考资料和数字化维修管理软件(Maintenance Performance Toolbox，MPT);Airbus |World 空客在线系统和飞机维修分析软件AIRMAN(AIRcraft Maintenance ANalysis);Avsoft. com WBT 和DEMO 等航空维修培训资料。通过USB 接口连接赛峰MCDU 软硬件设备。通过HDMI 连接多屏显示处理组件输出交互式驾驶舱触摸显示屏，Wed3D 部件显示屏，ECAM 显示屏和系统工作原理图及AMM，FIM等技术资料显示屏(见图1)。

图1 网络化航空维修实践教学设备结构图

AVSOFT 的WBT(Systems Simulations)可用于对现有机型主要系统的操作测试进行模拟和讲解;Walk Around WBT 可用于对现有机型进行航前或过站的绕机检查实践练习;Pilot Demos，Maintenance Demos(B737-700 APU 和Dash-8-400 Landing Gear)等深度培训WBT 交互式课件可用于机型培训或系统培训等。在AVSOFT WBT 和Demos 中，学员可以通过触摸显示屏下部的选择键在驾驶舱和系统框图之间进行切换，在驾驶舱显示页面，通过点击相应按钮或仪表，会有相应语音提示或文字说明，便于学员加深对驾驶舱指示和显示的理解。同时为方便学员学习，在下部选择框区还配备有字典，笔记本等小工具便于学员学习时使用。搭载在网络化航空维修实践设备上的AVSOFT 培训资源目前主要用于学生对飞机的认知教学，航线绕机检查实践练习，驾驶舱指示和显示的认知，主要系统框图和功能的讲解和演示说明，部分操作测试和B737-700APU 部分的机型培训等。

波音MPT(Maintenance Performance Toolbox)是建立在波音网络平台(Myboeingfleet.com)上的专业化维修系统，能为航空器运营商提供实时的智能维修文件和可视化信息解决方案。新培训系统可以复制整架飞机而不仅仅是驾驶舱，能将实时的性能信息提供给维修人员。因此，在维修培训过程中可以采用实时模拟方式。在实际的排故教学过程中，主要利用MPT 的排故工具:可以根据飞机各个系统的2D 图形，在航线紧急排故时，快速查找相应的技术信息;对相似故障修复经验进行收集及分析，建立排故数据库，实现不同维修团队的实时共享。MPT 采用2D 图标标识飞机各个系统(见图2)，通过鼠标点击获得飞机特殊位置或零件的相关信息，这种智能化图标用户界面可使维修人员迅速获得飞机需要维修的准确位置，然后结合中央维护计算机信息、故障代码、驾驶舱故障显示和飞行页面检查，来制定维修方案［10］。同时，MPT 还引入了3D结构立体图，配合最新的虚拟现实(VR)和Web3D 技术，使用普通的IE 浏览器就可以实现在线的实时3D浏览。建立在J2EE 格式标准上网页化的MPT，降低了运营商的基础设施成本，减少了更新IT 的负担，现代数字化维修平台MPT 培训工具不仅可以提供及时的培训信息，而且还给教学人员提供开发新培训项目的平台，以及辅助搜集关于飞机系统和维护需要的教学资料。它可以给指导老师在课堂讲授知识时提供先进的培训工具，加强学生对复杂飞机系统的理解记忆，有助于飞机系统及手册应用的交叉培训［11-12］。

图2 波音公司数字化维修管理软件MPT

飞机维修分析AIRMAN(AIRcraft Maintenance ANalysis)主要帮助维修基地对整个机队的维修信息进行跟踪管理，简化和优化排故维修工作，提高排故效率。在实际排故教学过程中，主要利用AIRMAN 排故工具知识数据库实现电子化排故 (Etroubleshooting)［13］。通过查看飞机航后报告(PFR)上列出的一系列故障信息，点击其中一条故障信息，则与之属于同一系统的其他故障信息也将同时从故障列表中被标识，双击列表中的故障信息，会出现该故障信息的详细内容页面，该页面左侧设有AIRMAN 分析区、警告区、故障信息区和故障原因等。并在排故手册列表中给出该故障所涉及的章节号代码和排故程序标题等信息［14-15］。

3 航空维修排故教学的设计

民用航空器维修排故是一项高级维修技能，合格的维修排故工程师必须具备以下技能:了解系统主要部件功能、位置和部件的相互连接关系;了解故障指示器并验证飞机故障指示;使用故障诊断策略分析故障;使用系统自检测试设备或其他设备;读取并分析自检结果;统计分析总结系统哪些部件容易出现故障;使用维修技术资料执行故障隔离程序和维修任务等。因此，培养维修排故工程师的难点在于教会学员合理的使用故障诊断策略、设备和方法来进行排故。本节以网络化航空维修实践教学设备为载体，从故障案例选取原则、故障指示、排故流程和策略等方面论述如何设计排故教学过程。

(1) 故障案例选取原则。飞机上的故障一般分为三种类型:部件或系统问题;系统及其环境相关的问题;两个或更多系统相关的问题［16］。在确定具体的故障案例时，需要满足以下几点要求:

选取明确的故障案例:即要清楚的告诉学生，飞机出现了什么故障指示或故障现象，学生根据该特定的故障指示或现象进行具体问题具体分析。

故障案例的选择应遵循由浅入深的原则:在进行排故教学过程中，先设置系统或部件级故障，该类故障通常参阅FIM(故障隔离手册)或TSM(排故手册)可找到标准化的排故流程，再选择综合性高或与运营环境有关的故障案例供学生深入分析进行排故。

选择可以应用到具体排故策略的故障案例:应该选取各种级别的故障案例，以便学生最终完成所有排故过程时可以应用到所有的排故策略和方法。

选择排故步骤简单易懂的故障案例:对于复杂的故障案例排故，教师应该将整个排故程序分解为各个小程序进行分阶段排故。

制定排故方案过程需要有时间限制:航空维修培训的最终目的是提高飞机可靠性，缩短飞机停飞时间。

(2) 故障指示。选取合适的故障案例后，第一步应该向学生讲解如何获取故障指示(见表1(1)、(2))，以及针对具体故障案例的故障指示是什么?并理解每一种操作模式下，哪些显示或指示应该出现，而哪些显示不应该出现。还应该知道系统运作需要哪些电路保护装置、保险丝以及辅助系统(液压、气动、电气系统)。排故人员作为飞机的维修者，应当了解飞行员如何使用飞机各个系统以及在使用过程中期望值是什么。飞行员的使用，不管是正确还是错误，都会影响系统的运行和排故过程。

(3) 排故流程和排故策略。排故是维修经验+排故手册综合应用的过程。故障隔离手册是飞机制造商根据飞机的设计特点向航空公司提供的部分故障的排除方法。由于排故书册的不完善和不灵活，单纯依靠排故手册进行排故，在航线维修过程中有可能造成航班延误，影响航空公司的声誉和直接运营成本。同时依据排故手册排故容易引起无故障发现率和NFF 误拆率(No Fault Found)升高，严重影响排故效率和直接维修成本。仅依靠维修经验进行排故，当故障源不同时，往往使排故过程陷入困境，排故顺序错误还有可能引起飞机的额外损伤或其他潜在故障。因此，排故过程应该综合应用经验和排故手册，同时应用故障树分析，失效模式与影响分析，失效概率风险评估，部件拆装便利性评估等排故策略(见表1)。

表1 排故流程和策略

(续表1)

对于造成航班延误或取消的故障，有必要从技术上进行总结和分析，尽量避免再次出现相同的情况。总结和分析的内容应为:延误的原因;针对延误原因有无改进措施;如不能改进可否避免该故障发生;难以判断故障是否造成延误，事后应进行故障分析，看能否改进故障隔离方法，实现快速准确的故障隔离。

4 结 语

目前，网络化航空维修实践教学平台主要应用于本科机务专业卓越工程师班的教学和新加坡学员的教学服务，还承担了航空公司在职人员的部分机型培训工作。通过精心设计故障案例、故障指示、排故流程和排故策略四个环节开展航空维修高级排故教学，在教学过程中，学员一致认为该网络化平台不仅真实、直观地反映了实际排故流程，同时节约了培训时间，提高了培训效果，基本满足行业对于高水平航空维修工程师和卓越工程师的培训要求。

［1］ 王 宇.维修训练模拟器引发的机型培训变革［J］. 航空维修与工程，2010(4):28-29.WANG Yu. Type training innovation caused by Maintenance Training Device［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2010(4):28-29.

［2］ 官 颂.波音757 飞机维护CBT 课件的开发与研制［J］.中国民航学院学报，2001，19(2):48-51.GUAN Song. Development of the CBT Courseware for the Maintenance of the Boeing 757 Aircraft［J］.Journal of Civil Aviation University of China，2001，19(2):48-51.

［3］ 吴 军. 多媒体CBT 教育技术探讨［J］. 中国民航学院学报，1997，15(3):75-77.WU Jun. A Probing Study of the Multimedia CBT Education Technology［J］. Journal of Civil Aviation University of China，1997，15(3):75-77.

［4］ 杨 刚.机务WBT 系统框架设计与研究［D］.南京:南京航空航天大学，2012.

［5］ 苏 彬.CBT 的新发展［J］. 中国民航飞行学院学报，2000(2):27-29.SU Bing. The New Development of CBT［J］. Journal of Civil Aviation Flight University of China，2000(2):27-29.

［6］ 何丰如，罗晓奔. 基于Web 的全程教学环节网上教学系统的设计与实现［J］.计算机工程与设计，2002，23(7):41-45.HE Feng ru，Luo xiao ben. Design and implementation of teaching system for whole teaching-process based on web［J］. Computer Engineering and Design，2002，23(7):41-45.

［7］ 张 煜.航空器维护训练器在飞机维修工作的应用［J］. 航空维修与工程，2009(5):88-89.ZHANG Yu. Application of Aviation Maintenance Training Device in Aircraft Maintenance［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2009(5):88-89.

［8］ Henry Canaday.数字化培训［J］. 航空维修与工程，2010(4):26-27.Henry Canaday. Toward the Digital Classroom ［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2010(4):26-27.

［9］ 樊智勇，王 娟，王 勇.多功能飞机维护训练器的建设和教学实践［J］.实验技术与管理，2012(5):182-183.FAN Zhi-yong，WANG Juan，WANG Yong. Construction and teaching practice of multifunctional aircraft maintenance training device［J］. Experimental Technology and Management，2012，29(5):182-183.

［10］ 晓 诚.波音787 的维修培训［J］. 航空维修与工程，2010(4):30-31.XIAO Cheng. B787 Training for Mechanics ［J］. Aviation Maintenance ＆ Engineering，2010(4):30-31.

［11］ 雷克斯 道格拉斯.维修性能软件包［J］.波音航空，2007(1):22-27.Rex Douglas.Maintenance Performance Toolbox［J］. Boeing AERO，2007(1):22-27.

［12］ 许冀威，赵 铭. 波音的数字化维修管理软件MPT［J］. 国际航空，2010(9):68-69.XU Ji-wei，ZHAO Ming.Boeing’s Maintenance Performance Toolbox［J］.International Aviation，2010(9):68-69.

［13］ 顾 铮. 空中客车公司数字化排故及维修管理软件AIRMAN［J］.航空维修与工程，2005(6):39-41.GU Zheng. Airbus Digital Troubleshooting and Maintenance Management Software AIRMAN［J］. Aviation Maintenance ＆Engineering，2005(6):39-41.

［14］ 李-安-泰格梅尔.航空维修培训的转变［J］.国际航空，2008(1):46-48.LI An tiger mayer.Redefining Maintenance Training［J］.International Aviation，2008(1):46-48.

［15］ 罗 飞.应用空客AIRMAN 系统保障深航A320 机队安全运行［J］.科技创新导报，2012(22):81-82.LUO Feng. Apply Airbus AIRMAN to ensure Shenzhen airline A320 fleet safety operation［J］.Science and Technology Innovation Herald，2012(22):81-82.

［16］ Harry A.Kinnision，李建媚，李真译.航空维修管理［M］.北京，航空工业出版社，2007:249-262.