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摘 要：结合飞机机电设备维修专业教学特点，在专业教学中使用飞机虚拟维护训练系统实施教学，本文首次介绍虚拟维护训练系统的组成、功能及特点，然后以飞机燃油系统的教学为例，从熟悉飞机燃油系统部件组成及功能、飞机燃油系统的勤务操作、故障排查训练三个方面介绍了虚拟维护训练系统在课程教学中的应用思路，实践证明， 将虚拟维护训练系统应用于课程教学中有利于调动学生学习积极性，提高教学质量。
关键词：虚拟维护训练系统；任务驱动；燃油系统；课程教学
本文引用格式： 梁海峰，王镇，李阿敏 . 虚拟维护训练系统飞机构造与系统课程教学中的应用 [J]. 教育现代化 ,2021,8(35):26-29.
The Application of Virtual Maintenance Training System on Teaching of Aircraft Structure and System
LIANG Haifeng，WANG Zhen，LI A'min(Jiangsu College of Engineering and technology，Nantong Jiangsu)
Abstract: Combining with the teaching characteristics of Professional Airplane Mechanical and Electrical Equipment Maintenance, use aircraft virtual maintenance training system in professional teaching implementation of teaching. This paper first introduces the composition, function and characteristics of virtual maintenance training system. Then teaching of aircraft fuel system as an example, introduce the application of virtual maintenance training system in teaching ideas from three aspects that the familiar with aircraft fuel system components and fuction, the service operation of aircraft fuel system ,troubleshooting and training. Practice has proved that the virtual maintenance training system applied in the teaching was favorable to arousing the initiative of student learning, improving the quality of teaching.
Keywords: virtual maintenance training system; task-drivingteaching; airplane fuel system; course teaching
一 引言
近几年，随着中国民航业的快速发展，航空类专业成为热点，很多学校开设都开设了飞机机电设备维修专业 [1]，按照民航飞机维修技术领域的岗位能力要求，培养具备从事飞机航线维护、飞机定检等实际工作能力，能够在航空公司、机场及航站的机务工程部从事航线维护工作，在飞机 MRO 企业或附件维修单位，从事飞机定检、系统维护或附件检测与修理工作的高素质技能型人才。
飞机机电设备维修专业的许多实训项目的实施必须依托民用航空器展开，由于受限于民用航空器的使用频率、维护成本，所以在教学应用中难以普及 [2-3]。随着信息化技术的发展，模拟仿真技术应用在各个领域，飞机虚拟维护训练系统应运而生，在虚实结合模式下进行维修实训教学，并凭借其仿真程度高、维护成本低的特点，逐渐应用于航空公司内部培训机构、以及开设飞机机电设备维修等专业的院校中 [4-5]。
《飞机构造与系统》是飞机机电设备维修专业一门重要的核心必修课程，该课程旨在使学生掌握飞机的构造及飞机各系统的组成、工作原理；并掌握飞机的结构及各系统进行检查及维护的方法 [6]。我校与相关企业合作研发了空客 A320 飞机虚拟维护训练系统，并将飞机虚拟维护训练系统用于课程专业教学，将虚拟维护训练系统与真实的飞机相结合实施课程教学。
二 飞机虚拟维护训练系统
（一） 虚拟维护训练系统概述
飞机虚拟维护训练系统以中国民航 AC-147- 04R1 规章为基础，结合维修人员培训需要，满足维修人员飞专项培训 / 复训、飞机系统工作和飞机实习培训及学员的要求而开发。依据飞机生产厂家技术资料，按照 A320 飞机维护手册及维护程序设计，系统中飞机维修方法、维护程序和模拟逻辑与真实的A320 飞机一致。
（二） 虚拟维护训练系统布局
维护训练系统采用一台主机配备三台显示屏布局，如图 1 所示左屏为虚拟三维飞机控制区，中屏主要用于显示飞机的驾驶舱，右屏主要用于实现功能选择及手册调用显示。
虚拟三维飞机控制区，主要展示三维飞机 ( 包括飞机内部结构和外部结构 ) 模型。可以显示不同的飞机维护场景以及飞机设备组件，可以对三维飞机的进行视角操作，包括定位、旋转、缩放、接近等动作，还可以实现外场可更换组件 (LRU) 的接近、测试、测量与更换的操作。用户可通过鼠标点击选择飞机部位，打开飞机上的各个舱门，进入相应飞机设备舱，查看舱内设备及器件，而且还可以对具体的设备组件进行维护、维修操作。
中屏真实再现飞机的驾驶舱，由头顶板、主仪表板及中控台、跳开关板三大部分构成，提供良好的人机交互界面，用户可在通过鼠标点击相应电门、手柄等部件完成对该部件的相关操作，实现对飞机的模拟控制；能够在飞机处于正常状态、故障状态或通电检查时，模拟真实飞机驾驶舱内相应的控制和显示。
右屏主要用于显示系统主控界面，分为两大区域，右侧区域为功能按钮键，左侧区域为功能显示区域，可以完成调用飞机维修手册、显示飞机系统原理图、进行维修训练科目设定等功能，通过右屏不但可以进行培训项目设置，而且可以进行具体的故障设置。系统动态原理图支持与虚拟驾驶舱内各系统状态的联动，学生在操作设备的同时能看到相应系统的原理图，系统动态原理图界面清晰，部件形象，系统数据能动态显示，使得学生更容易理解和掌握飞机各系统的功能原理和工作逻辑。
三 虚拟维护训练系统在课程教学中的应用
依托飞机维修虚拟维护训练系统，深化“以工作过程为导向的教学模式”的改革，以任务为驱动，将维修教学和模拟仿真相结合，精心设计维修情景， 从系统组成→系统原理→系统测试→手册查询和故障处理实际维修过程的全模拟，培养和提升学生的实际工作能力，提高飞机机电设备维修专业人才培养质量 [7]。这里我们以飞机燃油系统的操作维护模块为例，介绍如何利用虚拟维护训练系统实施课程教学。
飞机燃油系统的操作维护以 A320 飞机燃油系统为载体进行教学，燃油系统是飞机上十分重要的一个系统，飞机燃油系统包含的部附件多，一旦出现故障将会影响飞行安全 [8]，因此通过教学，学生要掌握飞机燃油系统功用、组成，理解飞机燃油存储系统、燃油指示系统、燃油供油系统、以及抽油和倒油系统的工作原理，熟悉飞机燃油系统的勤务操作规范，能够通过燃油指示系统了解飞机燃油系统的状态，能够进行飞机燃油加油、倒油的勤务操作， 能够借助手册按照维修工卡对飞机燃油系统进行故障排查，具体教学内容见表 1，根据不同工作任务灵活使用虚拟维护训练系统实施课程教学。
（一） 利用虚拟维护训练系统掌握飞机燃油系统的功用及组成
通过中屏驾驶舱燃油系统控制面板（图 2）、SD系统显示燃油信息页面（图 3）以及右屏燃油系统的原理图（图 4），可以让学生轻松了解 A320 飞机燃油系统的油箱分布、各油箱的燃油剩余油量以及交输活门等部件的功能。
飞机燃油系统原理图真实再现了燃油系统结构组成及工作原理，而且原理图与控制面板实现了联动，当燃油控制面板燃油泵阀打开时，原理图中的相应燃油泵示意图会转动起来，动态演示让学生更加直观地理解燃油系统的工作原理。
学生在掌握了燃油系统的基本原理的基础上， 还可以结合左屏的三维虚拟飞机，了解各部件的位置、例如可以在轮舱看到燃油交输活门作动器，可以在机身右侧整流罩上看到加油勤务面板，可以在机翼上表面看到重力加油口等。
（二） 利用虚拟维护训练系统实施燃油系统勤务操作
利用虚拟维护训练系统可以完成 A320 飞机加油、串油、抽油等勤务操作。例如，当左翼油箱油量过多，为了确保飞机的横向平衡，需要将左大翼油箱的燃油串入到右大翼油箱，通过驾驶舱头顶燃油控制面板（图 2）和外部机身整流罩处加油 / 抽油控制面板（图 5）实现串油操作。
首先，使用参数设置功能，设置左侧油箱和右侧油箱油量，出现左侧油箱油量过多现象。其次， 使用模拟机左屏虚拟三维控制区接近外部机身整流罩处加油 / 抽油控制面板，将工作模式选择电门置于DEFUEL/XFR位，打开油量过少的右侧油箱加油活门； 然后，使用中屏驾驶舱区域，通过驾驶舱头顶燃油控制面板，打开油量过多的左侧燃油泵，打开燃油交输活门，系统进行串油操作，左侧油箱燃油开始流向右侧油箱；最后，等两侧油箱平衡后，关闭左侧燃油泵、加油活门，电门开关恢复原状，完成串油操作。
利用虚拟维护训练系统，通过操作训练学生可以熟练地掌握飞机燃油系统的勤务操作，为学生走上飞机维修工作岗位从事飞机燃油勤务工作奠定了基础。
（三） 利用虚拟维护训练系统实施燃油系统故障排查训练
虚拟维护训练系统还可以进行故障排查训练， 囊括了空客 A320 飞机常见的故障 282 项；例如飞机燃油系统就包括左机翼 1 号燃油泵故障、右侧燃油泵区间转换活门故障和两个中央油箱转换活门失效 3 项故障排查训练，通过这些故障训练项目，可以实际训练学生排查故障、解决问题的能力，而且在排查故障过程中还可以考核学生对飞机各系统工作原理的理解程度。这里以左机翼 1 号燃油泵故障排查训练为例。
首先，学生按照操作步骤，将虚拟训练系统启动到飞机正常工作状态，此时飞机各项参数显示正常。然后，通过右屏的项目设置可以进入故障训练模块，然后点击可以快速设置故障，故障设置后， 在飞机驾驶舱 SD 系统显示面板上就会有相应的故障提示；学生操作驾驶舱多功能控制面板（MCDU），调用 CFDS 系统打印出航后报告。根据航后报告的故障代码及描述，通过右屏调出 A320 飞机 FIM 故障隔离手册，查找相应的故障处理程序。最后，按照故障处理程序要求，在中屏驾驶舱及左屏虚拟飞机，逐步完成操作，直到最后故障消失。
四 结束语
以虚拟维护训练系统教学和空客 A320 飞机为载体，在飞机机库和飞机虚拟训练实训室实施任务驱动教学。学生分组团队协作勤务操作任务、故障排查任务，严格按照维修手册逐步完成故障排查工作，并按照要求填写任务实施工卡，实现了学习即工作、工作即学习，在培养学生从事飞机勤务工作、飞机定检工作的专业能力的同时培养学生的劳动思维、提高学生的劳动能力 , 以及团队协作能力 [9]。
实践证明，通过使用虚拟维护训练系统进行飞机构造与系统课程教学，学生能够更加清晰地掌握飞机各系统的功能及组成，具备进行飞机日常勤务操作的能力，以及常见故障的排查能力，教学效果大大提高。
虚拟维护训练系统不仅可以用飞机构造与系统课程的教学，还可以应用于飞机电气系统、飞机电子系统等飞机机电设备维修专业相关课程的教学， 通过教学可以培养满足行业一线生产需求的高素质技能型人才。此外，虚拟维护训练系统还可以用于民航维修人员飞机机型能力培训，不断提升民航企业飞机维修技术人员的专业能力。
参考文献
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[4]杨梦娜 .A320 飞机维护模拟机在高职机务维修专业的应用 [J]. 教育现代化 ,2019,6(A0):127-128.
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[8]杨 宗 卫 . 民 航 飞 机 燃 油 系 统 的 分 析 [J]. 内 燃 机 与 配件 ,2019(17):44-45.
余正泓 , 王红梅 . 论“教学媒体创新”对技能型人才团队协作能力培养的启示——以虚拟现实 / 增强现实技术在工业机器人技术专业的运用为例 [J]. 教育现代化 ,2017,4(23):11-
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