引言
飞机维修是一项复杂，专业性强且容错率极低的工作，包含了譬如飞机结构、飞机调试、飞机故障检测等专业内容，需要人才对于专业知识的高度掌握以及丰富的实践经验累计才能够胜任该项工作。目前为止，中国国家航空通用运输体系已初具规模，但其运输网络的连接、覆盖和通达的能力非常有限，与欧美相对发达的运输网络相比起步更慢、进展更慢、规模更小。而这种规模增长乏力直接影响了通用航空的发展，这主要是由于航空维修行业的快速发展和需求增长，而培养维修人员的系统不完善导致的。[4] 为了解决这个问题，引进VR和AR技术可以提供全新的解决方案。随着近些年炙手可热的技术，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的快速兴起与发展，这两项技术在飞机维修领域为维修人员提供了全新的解决方案。VR技术旨在用虚拟的方式来展现现实，而AR是使用实体的设备在现实中呈现虚拟的效果。
本文将从多个方面去着手于如何利用VR/AR技术进行飞机维修建模，以提高飞机的维修效率和培养技术人才的问题。第一部分本文将基于VR技术在飞机模型上的创建入手讲述如何构建虚拟场景与飞行模拟建模；第二部分深入探讨VR模拟与数据库构建的整合，强调利用这种技术降低人工差错，提高飞机模型与模拟的准确性；第三部分通过阐述AR技术在交互界面上的功能，旨在实现更好的反馈和用户体验；第四部分，本文讨论了人才培养计划中的问题, 并以此提出解决人才短缺问题的解决方案。
一、 基于VR技术的飞机模型创建
随着计算机图形学和模拟技术的发展，飞机建模得到了极大的改进和提升。利用计算机辅助设计（CAD）软件和三维建模工具，可以更加快速和准确地创建飞机的几何模型。通过建立精确的飞机模型，可以对飞机的结构、外形和组件进行详细的分析和仿真。飞机模型的构建可以依靠AR模型建模来进行实现，可以通过AR建模构建出精细的场景，机械结构，飞机模型等。基于如3dsmax，Blender等3D建模软件，以及Unity3D，Unreal Engine等3D场景软件进行建模。通过构建3d场景，以及模型之间的交互反馈，验证飞机模型结构的实际可信性与可靠性成为了可能。首先使用激光扫描仪或摄像机等设备对飞机的机身进行全面的扫描，从而获取飞机的几何形状、铆接结构等飞机设计信息，也可以高效的为后续的机械缺陷查补提供直观的数据，以生成精准的3D模型。接着，将采集到的数据进行处理和重建，生成精确3D模型，包括外部结构、内部系统和组件，并将其以数字化的形式呈现。
随后，细化并渲染模型，对模型进行细节处理，譬如添加刻线以及铆栓结构等真实细节，以及航空飞行器的标识与编号，以此对其进行更为真实的细节处理。并且同时借用3D引擎对模型进行渲染，以达到逼近真实的高质量展示效果。最后将完成的建模精修微调，对模型的精度进行进一步加工细化，反复调整，以达到最终的预期效果，并投入使用。飞机的模型包括机身、规则集、传感器、通信设备等，选择不同的设备可以构成不同的机型。每个部件在建模上都是独立的，而将这些独立的部件整合在一起就可以形成一个完整的模型。通过这种方法，就能够构建不同种类的飞机，通过调整其系数和规则集便可以使飞机表现出不同的特性。飞机的飞行建模主要用于速度方向的确定，加速度的计算以及基于地球曲率的速度方向向量的特殊处理法。[1]
真实模拟类型的航空模拟器有不少，里面都有非常真实飞机建模与场景建模供维修人员。
图1和图2则是军事航空模拟器DCS World的建模与场景，展示机型为苏联时期的攻击机Su-25攻击机，以及其精密仪表的展示。
图1——军事航空模拟器DCS World中Su-25攻击机的建模
图2——Su-25舱内仪表盘的建模展示
在此类模拟系统的帮助下，对于人员的培训，维修技能的运用，抽象概念的理解以及维修实践模拟都有极大的提升。
二、 维修过程的VR模拟与数据库体系的构建
飞机的维修工作需要海量的经验以及足够的人才去驱动，并且需要不多的试错才能达到真正的效果。用于培训的航空工程技术模拟器一般分为两类，即研究型模拟器和维修训练模拟器，维修训练模拟器主要是针对机载系统及设备的运行以及机身结构等进行模拟，以达到飞机维修训练的效果。目前的航空器维修模拟器主要是基于VR技术来进行多媒体展示与培训，此种模拟方式可以多次的，无风险，不受客观物理条件限制的进行训练，可谓是大大降低了进行维修训练的难度。模拟训练系统的搭建需要根据飞机的维修手册和历史数据，建立大规模的故障数据库，以模拟各种可能的故障情况, 并且将维修步骤转化为虚拟场景，模拟维修人员的操作过程。
其中，飞机的维修手册是相当重要的，它是保障飞机安全运行的底线。员工清楚掌握手册结构体系是确保员工正确使用手册、避免人为维修差错的重要前提。[2]据统计，人为差错因素是所有不安全事件主要原因之一。
首先，在世界上所有的航空事故当中，航空维修事故占比为85%（来自国际民航组织的数据统计）
统计图1——航空维修事故中不同事故占比图
统计图2——航空维修差错事故的总占比图
从统计图1可以看到航空维修在各个事故中的占比，空中停车的占比在20—30%，坠机事故与偏离跑道事故均有80%，而航班延误或取消有50%；由统计图2可见，在所有这些航空维修差错事故中，人为差错占了航空维修差错80%之多。因此，手册管理和员工对手册知识的掌握非常关键，也是降低人为差错的一大重要因素。
此外，在维修手册的基础上，涵盖手册内容进行数据库和故障维修管理系统也相当有效，这关乎飞机维修的常见故障分析以及其管理对策，方便维修人员快速精准的对故障进行排查。
说到航空维修的数据库，就不得不提在空难中具有极高意义的部件，即“黑匣子”。 “黑匣子”不仅可以对飞机的飞行质量进行全面的监控，同时也有对航空器维修质量，系统故障和维修等进行检测与监督，结合航空器运行中的事件发生判断航空器的状况优劣及寿命长短，以提前对相应可能发生的状况做出对策——维修，替换部件，系统调试等，最终达到安全飞行的最终目的。这样做能够在提高航空器效率的同时，很好的消除维护过程的盲目性，并节约所有与航空器修理相关的成本。[5]
三、AR交互界面的设计：
基于增强现实（AR）技术旨在用现实中的反馈，交互，来达到普通技术达不到的效果。其中包括航空维修和汽车智能化座舱。这些应用能够直观的把虚拟信息叠加到现实场景当中，使维修人员能够通过手势、语音或控制器等方式与虚拟场景进行交互。从而提高维修效率和减少人为错误。
在航空维修领域，AR技术可以通过虚拟操作界面实现智能交互系统。维修人员可以通过手势、语音或控制器等方式与虚拟场景进行交互，使维修工作更直观易用。此外，利用AR眼镜记录维修数据并进行分析也是一种常见的应用方式。AR眼镜一般分为两种，视频透视式和光学透视式两类。前一种是利用摄像机对真实世界进行拍摄，将接收到的信号传输到计算机进行分析，以图像和UI的形式输出到相应的头戴式显示器外设。而后一种则是利用光学仪器的组合原理将虚拟的物体在肉眼面前进行直接的投影，实现对真实场景的增强。[6] 而之于航空维修，AR眼镜能够使机械的维护更加方便，并且能够更准确的指导产品的制造工序，可以改善飞机维修工程的智能化水平。AR外设投入实际应用后，可以大幅度提高维修效率，减少人为差错发生的概率概率，并收获更佳的经济效益。[7]
类似地，汽车智能化座舱也可以借助AR技术实现更好的用户体验。智能数字化座舱具有大型的数字仪表盘、先进的信息娱乐系统、虚拟助理功能、云交互功能、自动泊车系统、车载智能终端系统、智能情景语音等特点。这些功能可以将车辆整合到基础通信设施中，并集成头上显示器（HUD）或增强型现实系统，使驾驶员能够更方便地获取车辆信息和导航指引。[8]
图3为特斯拉Model 3车内座舱展示
以特斯拉旗下的电动汽车的智能数字化座舱为例，中控台上的大屏会显示大量的行车信息，同时提供电控的交互，以取得更多车辆的控制权。左侧区域为使用者提供车辆信息，胎压，刹车，电池续航状况等，而内容区则提供车辆的辅助系统，导航等功能。这样的设计使驾驶员能够更方便地获取所需信息，并进行操作。
图3
四、 培训与技能发展：
航空维修业对于人才一直持有极大的需求量，国际机场协会表示，中国已然成为世界上机场数目增长最快的国家。在未来20 年内，我国民航类人才的需求量预计将达到48万人。[9]在这种需求量极大的情况下，就可能产生培训方面不严谨，只求量的不良情况。众所周知的是，在航空维修事故中人为差错的事故率高达百分之七十以上。人为差错具备以下特性，即必然性，突变型，可传递性，可逆性，不确定性。[10]人为差错几乎不可能被完全消除，而不够严谨的培训手段和错误的技能教授也是其中不可或缺的原因之一。传统来说，有两种方法减少这种不确定事故：一是制定统一的培训标准和课程体系，确保培训内容全面而系统，并符合行业要求。培训机构应获得相关认证，提供经验丰富且专业的师资以确保培训质量，并对这些师资进行定期的培训与评估；其次便是强化实践层面的训练，提供真实的维修场景和模拟器设备，让学员能够亲身参与维修任务，培养实际操作技能也是强化人才素质的方法之一。
航空维修领域的技术进步也需要全新的技术来进行人才的培训与技能的强化，其中一个非常典型的训练手段便是虚拟训练系统，即利用VR技术创建虚拟训练环境，让维修学员通过模拟维修任务进行实践训练，提高技能水平和应对复杂情况的能力。引入此类新锐的VR技术为人才的严格筛选与技术的训练培训提供了全新的思路，用一种全新且严谨的方式驱动着培训的进行。
下图为空管模拟器“我是航空管制官4”，一个非常典型的航空模拟器，的飞机降落场景模拟，其为主打民航客机模拟的航空模拟器。
图4
图4为空管模拟器的民航客机降落模拟，以及各项参数
此类VR模拟器可以细致的展现飞机的结构，飞行原理，航空管制，地勤维修等实景模拟。其作为培养人才与维修人员的培训工具，具备了低成本，可重复，专业性强的特点，不受场地，时间，环境，天气的影响。所以对于专业知识的培训，此类VR模拟系统可以起到重要的作用。最后则是关于安全意识方面的培养。在培训过程中，注重培养学员的安全意识和风险管理能力，使其能够在维修过程中始终保持高度的安全意识，能够减少人为差错的发生。据国际民航组织统计，大部分的航空事故源自人为差错，而在其中，有相当一部分的事故归根结底可以归结于航空人员安全意识淡薄，安全措施疏漏等。
五．结论与展望
传统航空维修业对于专业领域人才的需求量极高，并且对维修人员的专业素养要求也日益提高，这导致目前传统航空维修业面临许多问题和困境。本文从新兴的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术出发，分析了航空维修业的现状，并提出了多项解决方案，以应对这些挑战。首先，我们可以利用VR/AR技术来建模飞机维修过程。通过将飞机的各个部件和系统以虚拟的形式呈现，维修人员可以在虚拟环境中进行模拟维修，提前熟悉维修流程和操作步骤。这样可以减少实际维修中的错误和风险，提高维修效率和准确性。其次，利用VR技术进行维修过程的模拟和数据库的构建。通过记录和存储各种飞机故障和维修案例的数据，建立一个维修数据库。维修人员可以通过VR技术在虚拟环境中模拟各种故障情况，并根据数据库中的信息进行故障诊断和维修操作。这样可以提高维修人员的专业知识和技能水平。此外，利用AR技术设计交互界面并辅助维修。通过AR技术，维修人员可以在实际维修过程中通过头戴式显示器或其他AR设备，获得实时的维修指导和信息展示。这样可以提高维修人员的工作效率和准确性，减少错误和失误。通过以上方案的实施，可以解决航空维修业对专业人才的需求量大和对专业知识掌握要求高的问题。同时，新技术的应用也将使航空维修业的人才培训更加多元化、形象化和严谨化。展望未来，随着技术的不断发展，VR/AR技术在飞机维修领域的应用将会得到进一步普及和应用，为航空维修行业带来新的发展前景和运作模式。我们应积极推动这些技术的应用和发展，以提高航空维修业的效率和质量，推动行业的创新和进步。
参考文献
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[3] 吴春宝，飞机维修工作中信息化管理的重要性[J]，工程科技Ⅱ辑;经济与管理科学， 2011,30(14)，171-172
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[5] 任和, 看得见的飞行：从“黑匣子”到飞行品质监控[J], 工程科技Ⅰ辑;工程科技Ⅱ辑;经济与管理科学，2022(12) ,61-63
[6] 霍家道, 一种基于AR眼镜的装备辅助维修系统设计, 工程科技Ⅱ辑·武器工业与军事技术,2022(0817),784-788
[7] 孙武, 基于AR技术的飞机维修可视化远程协助系统研究, 信息科技·计算机软件及计算机应用；·工程科技Ⅱ辑·航空航天科学与工程；《电子技术与软件工程》, 2021(19),132-133
[8] 骆玲莉,智能数字化座舱[J]，工程科技Ⅱ辑,汽车工业，2020(12),111
[9] 张咏梅，学飞机维修拿美国执照[J]，北京人才市场报，2008（0607），1
[10] 邢威，论飞机维修中的人为差错[J]，工程科技Ⅱ辑，2009（0901），102-104+119
