曲鸣飞 张鑫
北京电子科技职业学院机电工程学院 北京 100176）
摘要：传统的飞机维修专业实训教学主要依靠实体飞机相关设备。本文提出将模拟飞行软件技术应用于飞机维修实训的教学中，它能克服现有教学中存在的一些弊端，充分满足实践教学的要求，提升教学质量，节约成本，成效显著，为飞机维修实训教学的改革提供了一个方向。
关 健 词：模拟飞行软件；飞机维修；实训教学
机务维修专业的实训课教学主要是通过老师现场讲解进行的，是一种学徒制的教学方式。这种方法有一定的优点，但也存在一些弊端。例如，教师在现场很难直观形象地将系统的结构、原理讲解清楚，而且这种教学方法也会随着教师所面对学生人数的增加而大打折扣。因此我们还需要其他合理的辅助教学方式，才能保证授课质量。
一、机务维修专业辅助教学方式
（一）CBT
基于计算机的训练cbt（computer based training）是近年来发展较快的一种教学方式，它广泛应用于航空领域的培训和航空院校的专业课教学。cbt采用图像、文字、声音、动画及虚拟仿真技术等多种媒体手段，为学员创设直观的软件培训情境，该系统具有操作交互性，可满足飞机维修实践性教学的需要。飞机cbt软件系统是一个单机运行或网络运行的软件系统，主要用于飞机维修的教学与训练，既可直接作为教员讲课的课件，又可用于学员自学；既可进行仿真训练，又可进行自我测试。虽然cbt软件和模拟训练器材在飞机维修教学训练过程中发挥着重要作用，但飞机实装教学训练设备仍具有重要意义。实装设备仍然是最形象、最直接的教学设备，它的真实感目前是其他教学形式所无法比拟的。
（二）模拟机
飞行模拟机是指用于驾驶员飞行训练的航空器飞行模拟机。它是按特定机型、型号以及系列的航空器座舱一比一对应复制的，它包括表现航空器在地面和空中运行所必需的设备和支持这些设备运行的计算机程序、提供座舱外景像的视景系统以及能够提供动感的运动系统（提示效果至少等价于三自由度运动系统产生的动感效果），并且最低满足A级模拟机的鉴定性能标准。
飞行模拟机的一般要求包括如下几个方面：
（1） 功能要求
能按照所模拟飞机和要求完成下列操作科目：飞行前准备、地面操作、起飞、爬升、巡航、下降、进近、中断进近、地面可视段和着陆、风切变、地面操纵（着陆后）、发动机关车及停机。
（2） 仿真计算机用到的建模源数据要求
仿真计算机是飞行模拟器的核心部分，其数学建模用到的数据一般应为模拟目标飞机的真实数据。在确实没有飞机源数据的情况下，允许采用经验数据。对于新型号飞机尚未进行试飞的情况下，运行采用预测数据。当具备飞机的试飞数据后，应及时对经验数据和预测数据进行修改。建立的数学模型必须经过验证，通过与真实系统响应特性和数据的比较来进行验模的工作。
（3） 对人感系统的要求
受训飞行员的感觉有操纵力感、眼睛对窗外视景和舱内仪表的感觉、耳朵对声音的感觉和身体对飞机运动的感觉。为给飞行员造成一个真实的飞行环境，飞行模拟器通常要求具体如下人感系统:
操纵负荷系统：模拟飞机的操纵感觉和配平感觉。
视景系统：模拟飞机座舱外的景象，是飞行员判断飞行品质十分重要的视觉信息。
仪表系统：在座舱仪表板按所模拟飞机座舱的布局按照飞行仪表和多功能显示设备，其外形、表盘和静、动态性能应与所模拟的飞机仪表完全一致。
运动系统：用于驱动整个模拟座舱运动，模拟飞机的空中和地面运动。通常希望采用六自由度运动系统反映飞机的三个角位移和三个直线位移的运动。
过载感觉系统:飞行员在空中感受的过载只靠运动系统是不能实现的，可采用抗负荷和过载座椅来实现。
由于航空器材价格昂贵、技术更新也比较快，各民航高职院校受制于资金、场地等原因，不能购置成套的在役航空器提供给实训教学。只能使用一些退役的机型进行教学，例如三叉、运7等。由于实训设备的落后，实训内容也往往跟不上行业的发展，甚至远远滞后于实际工作。鉴于实训设备与实训内容的落后，学生在学校所学到的技能与实际工作有很大的差异，学生上岗后并不能立马上手，而是感觉学非所用。
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（三）模拟飞行软件
模拟飞行是依托计算机硬件和软件技术，应用互联网、局域网环境，进行近似于真实的真飞机（如波音737等）的仿真飞行操作技术的运动。高度仿真和互动性强是模拟飞行最显著的特点。它把深奥的航空理论知识和日常生活中人们难以接触到的飞行技术介绍给普通人，还能令人尝试到现实生活中无法再现的“实弹”空中格斗和“危险”的多机编队特技飞行，充满乐趣和刺激，显示出体育运动鲜明的竞技性。而模拟飞行和真实飞行的基础训练具有融通性。
二、虚拟仿真在飞机维修专业实训教学中的应用
实训资源有限、现场教学成本高等问题，很大程度上制约了飞机维修专业的教学发展。而利用模拟飞行软件，能够仿真出飞机飞行的虚拟场景，实现飞机的真实功能。这样教师只需在计算机房就能完成飞机仪表、通讯、导航、飞控等飞机系统教学，学生也可随时进行各系统的虚拟仿真训练，大大提高了教学效果，省去了实地教学的麻烦。
虽然虚拟仿真在职业教育的实训教学中已经广泛应用，但在民航院校的飞机系统实训课程的教学中应用很少，因此开展基于虚拟仿真的民航职业院校实践教学培训系统，对于提高学生的技能，提升学校的教学水平和竞争力有很大的意义。
目前，机务高职教育普遍存在理论与实践教学失衡的现象，很多高职院校都偏重理论课的教学，实训课程的学时往往较少。有些机务高职院校的人才培养方案中，整个实训教学所占的比重还达不到1/3，远不能满足实训教学的需要。这与高职教育培养技能型、实践型人才的目标相矛盾。相比西方职业教育发达的国家，实训课程能占整个教学任务的一半，甚至还超过理论课时，我们的实训教学量还很不足。因此在现有情况下应想办法延长实训教学的时间和空间，提升学生课堂实训的效率。
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基于虚拟仿真软件开展飞机维修教学过程示意图
（一）课程内容方面
根据课程的实训内容，设置737机轮拆装、737刹车装置拆装、737轮胎分解和737刹车组件分解等实训项目，学生可完成每个项目的虚拟拆装练习，掌握737起落架的具体结构及每一步的拆装要领。为学生将来的工作打下坚实的基础。
（二）课程安排方面
实训不再局限于课堂内完成，现有的实训练习只能在固定的时间和固定的场所，处于安全的考虑，课前课后一般都不允许学生自己进去实训场所自己练习。利用虚拟仿真平台学生可在课前预习，对拆装的结构及步骤有比较清晰的了解，能提升课堂内的学习效率，课后还可进行巩固练习，学生可不断反复练习，直到完全掌握实训内容。
（三）利用虚拟仿真平台进行实训考核
当前，飞机系统实训课程的考核缺少一个比较好的方式。可利用虚拟维修平台设置考核模块，学生在虚拟仿真平台上进行虚拟拆装，并完成相关的问题，系统记录学生的考试情况，并将结果反馈给教师，作为整个课程部分考核成绩。该考核方法能比较客观反应学生对拆装步骤的掌握情况，并检验学生对拆装过程中涉及的理论是否掌握，这种方式可与目前的考核办法结合，从而更加全面、客观地对学生做出评价。
三、虚拟仿真技术在飞机实训教学中的意义
将虚拟仿真技术应用于飞机维修实训课程的教学中，能让学生增加新的学习途径，多方位进行学习，对于职业院校和学生本人都有较大的益处：
（一）提高效率
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虚拟仿真拆装虽然不能代替真实的实物拆装练习，但它能够让学生进去实物拆装前对整个实物的结构、拆装流程、注意事项等都有比较全面的认识，这样学生再进入实物操作后能做到胸有成竹，这大大提高了课堂上教学的效率，学生花更少的时间便能掌握实训内容。
（二）降低损耗
实践教学过程中，造成设备损坏主要有两种情况，一是学生的操作失误造成的非正常损坏；二是反复拆装练习产生的正常损耗。现有的实训方式，学生进行实训前往往并不清楚拆装的要点和注意事项，易造成结构的损坏。而且为了更好地掌握实训内容，学生需要反复练习，加剧设备和耗材的使用，带来较大的损耗。而利用虚拟仿真学生可先在虚拟平台上反复练习，缩短实物练习的时间，易不容易造成实物的损坏。
（三）增加安全可靠性
学生在使用虚拟实训系统出现误操作时，不会造成设备和人身的伤害，不存在资源的浪费。通过虚拟实训后，学生可以很好地掌握各项目的操作流程及所包含的原理，日后上岗将应对自如。
（四）考评结合，提升教学效果
利用虚拟实训平台可以完成对学生进行考核，每个学生在平台上单独完成项目的虚拟拆装，并回答相关的理论知识。平台能比较客观反应学生对拆装步骤的掌握情况，并检验学生对拆装过程中涉及的理论是否掌握，这对于提升教学质量有很大的帮助。
五、结语
现有的飞机维修实训教学完全依赖实物，造成了实训教学中存在较多的弊端，虚拟仿真技术的引入，它能较好地改善现有的实训教学，提高民航类职业院校的教学质量和行业竞争力，为民航类院校的实训教学改革提供了一个方向。
参考文献
【1】飞机维修模拟机在机务维修专业中的教学研究 袁忠大，李航，张勇，《装备制造技术》 2019.7
【2】基于CATIA的模拟仿真在飞机维修实训教学中的应用研究 王江，文韬，李向新 《长沙航空职业技术学院学报》 2014.9
【3】A320飞机维护模拟机在高职机务维修专业的应用 杨梦娜 《教育现代化》 2019.5
【4】飞机维修类专业实践教学体系建设的研究与实践 吴正茂，李思海，吴勇 论文 《成都航空职业技术学院学报》 2016.9
注：
课题编号及名称2021Z065-SXY模拟飞行软件在飞机维修教学中的应用研究