前言：虚拟维修技术是以现代计算机技术为依托的一种新兴维修技术，在飞机维修行业有着广阔的应用前景和发展空间。本文在吸收和借鉴现有的关于虚拟维修技术研究成果的基础上，从微观层次探讨了其在民航中应用的系统设计以及关键技术，为进一步推进虚拟维修技术在民航维修业中的应用提供成熟的理论指导和经验借鉴。
1、虚拟维修技术的概念
虚拟维修技术是通过计算机，给设备维修人员提供一个实时的三维仿真虚拟环境，这样随着维修者的动作变化，仿真环境中的听觉、视觉、触觉等也会随之变化。这种实时模拟就可以使维修人员可以依据模拟的结果，科学合理的对施工计划进行安排，最大程度上保证维修的质量，也使得维修资源在计划中被最优分配，有利于减少维修资源的浪费，同时对环境的破坏也会大大减少，符合了我国可持续发展的战略方针。虚拟维修技术不是单纯的一种新技术，而是许多技术的集大成者，比如包括虚拟现实技术、数字样机技术、机械设计、可视化技术仿真技术、人机工程等，都在虚拟维修技术中得到了体现。虚拟维修技术的应用主要是要达成两个目标计划：首先是在维修工程施工前，要对预先制定的工程可行性进行验证，以便尽快发现维修计划中的漏斗，更好的去完善维修设计，避免在实际施工中出现不可控的影响因素出现。其次，虚拟维修技术可以帮助维护人员的辅助维修流程制定工作，制定最为科学有效的维修流程，更好的指导维修人员的设备维修工作。另外，利用虚拟维修技术，也可以对刚从业的维修工程师进行维修培训，以便更好的提高他们的专业维修技能。
2、 虚拟维修训练的优势
虚拟维修训练以计算机技术为核心，虚拟现实应用为基础，虚拟的数字样机和场景为操作对象，以行业特点及专业需求为导向。创建具有高逼真度的维修训练任务场景，与传统的实体设备训练相比具有以下优势：
（1）安全性——高风险维护工作在实体训练中难以开展，且需要人员具备相关资质
（2）经济性——虚拟维样机训练比物理样机训练的使用和维护成本低
（3）系统性——传统航空维修训练中各项目之间往往比较孤立，整体流程也难以进行训练，虚拟维修训练环境下可形成系统的综合训练体系
（4）灵活性——可不受场地、时间和天气等因素影响，并且可以和实体设备组成半虚拟半物理的混合训练方式，具有较强的灵活性
3、虚拟维修技术
3.1三维虚拟环境创建技术
利用虚拟现实技术创建相关的虚拟环境，为用户提供良好的沉浸感、自然的交互性及一定的想象空间;例如:在设计A380的过程中，空客公司通过模拟仿真机务人员在机舱内的维修操作和情景来验证维修步骤的正确性、舒适性和可达性。
3.2人机交互技术
利用相关的交互手段或设备将场景可视化并提供视觉、听觉、触觉等信息输出，实现信息的获取与反馈;例如:Andrea充分利用头盔跟踪器、数据手套和沉浸式力反馈系统，对面向航空航天产品维修培训的VIＲsteperson系统添加了触觉感知接口，操作者不仅有视觉上流程演示还能体验到维修工具与维修部件的动态受力。
3.3虚拟样机技术。利用计算机仿真技术进行面向对象的虚拟建模，不仅在外型上与物理样机保持高度相似、实现功能再现，还能为将来的运用提供准确、充足的信息;例如:英国的AＲＲL(先进机器人研究实验室)为罗尔斯－罗伊斯公司飞机发动机建模，用于设计阶段评估发动机常见问题的维修性。
3.4过程仿真技术
统筹规划动素分类、任务描述、交互行为模型并对各状态进行管理，实现过程仿真。例如:美国空军阿姆斯特朗实验室与宾夕法尼亚大学联合创建DEPTH(DesignEvaluationforPersonnelTrainingandHumanFactor)项目，利用可视化技术和虚拟现实技术进行维修与保障分析，确定维修过程内容与人力资源需求。
4、虚拟维修及其关键技术在民航中的运用
4.1系统结构设计
针对民航虚拟维修系统功能设计，体系结构划分应包含四个层次。一是界面层，分为输入界面和输出界面。前者接收用户的输人命令，同时包括虚拟外设（头盔显示器、数据手套等）的输入。后者向用户反馈应用层的处理结果。二是应用层。该层是整个民航虚拟维修系统的核心，涉及管理、建模、仿真、协同、分析、评估与报告多项应用功能。管理指的是对系统任务、维修资源以及数据的管理，建模即针对维修产品建立数字模型，仿真指的是对维修样机以及维修操作流程的仿真处理，协同指的是针对虚拟维修过程中的冲突进行交流、协调，分析即是应用各种维修性分析工具对维修样机进行分析，评估与报告即对定制维修进行综合评估。三是对象层。由虚拟维修过程中涉及的维修样机模型、维修资源模型、协同信息文件、评估和总结报告等各种数据组成。四是技术支持层。指的是各类数据库、操作系统等支持系统运行的软硬件基础。
4.2虚拟样机的运用
传统的物理样机存在生产周期长、成本高、利用率低等缺点，虚拟样机作为物理样机的替代则有效地规避了上述不足，消除了生产实践对物理样机的依赖，显著提高了工作效率。为了构建飞机虚拟维修训练系统，实现对机务工程人员的虚拟维修训练，美国的Aerosim科技公司专门研发了VirtualAircraft(VA)虚拟飞机系统和VirtualFlightDeck(VFD)虚拟驾驶舱系统。作为虚拟维修系统重要的组成部分，VA和VFD可以为维修运用提供充足、准确的信息。VirtualAircraft(VA)系统对飞机及其系统和相关部件进行仿真(涵盖的机型有A320、A330、B737NG)，将飞机完全、真实地虚拟化。在VA系统中，工程技术人员可以对虚拟飞机进行环视检查、系统运行测试与自检，可以执行飞机维护手册和排故手册/故障隔离手册中的任务工卡以及最小设备清单上的维修程序。VirtualFlightDeck(VFD)系统实现了对驾驶舱环境和功能的仿真(涵盖的机型有B757、B767、MD－11)，真实地再现了飞机显示系统和相关电子设备的指示系统及控制面板，是一款可以实现维修操作的桌面训练系统。VFD系统有助于提升维修人员对驾驶舱面板和断路器面板的熟悉程度，可以模拟仿真系统运行和针对特定航线可更换组件的自检测试，能够用于发动机启动(包括正常启动、热启动和启动悬挂)和发动机试车训练。
4.3 虚拟维修在航空维修训练
虚拟维修在航空维修培训领域具有很好的应用前景，从20世纪90年代出现和普及的CBT（Computer Based Training）技术，到后来出现的MTD（Maintenance Training Device）模拟器软件产品和目前以SBT（Simulator Based Training）为代表的航空维修培训新方式，都体现着虚拟维修技术的内涵。虚拟维修技术可以弥补传统航空维修训练中存在的理论与实践脱节、理论讲解不够生动、实践操作危险及困难等问题，同时能实现传统维修实训难以实现的复杂系统性工作的训练。
4.4 对虚拟维修训练系统提出的要求
虚拟维修训练系统以虚拟场景和数字样机为操作对象，通过计算机来实现人机交互。受到硬件设备条件和仿真技术的限制，在实现手段和操作方法上都与实际操作有差别，为完成操作者和虚拟操作对象更好的交互，保持与真实维修过程较好的一致性从而增强训练效果，虚拟维修训练系统应具有以下特征：
（1）模型真实度高
（2）训练过程表达准确
（3）能对训练过程进行优化
（4）能对训练质量进行评估
（5）界面友好，易于操作
结束语：虚拟维修技术的应用能够大大提高民航维修的自动化程度，保障维修工作的质量和效率。但是，这项技术的推广和应用需要完善的系统设计、专业的人才支撑。因此，有必要加强对虚拟维修技术系统设计和关键技术的研究，以这项技术为支撑，推进民航维修业工作内容、流程和方式的变革。这不仅是计算机时代背景下民航维修业发展的现实需求，也是促进我国民航业可持续发展的重要手段。
参考文献：
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