簡介
航空(飛機)模擬器的套用已有幾十年的歷史。按照不同的用途，可以分為操作訓練模擬器和工程技術模擬器兩大類型。工程技術模擬器又可分為研究型模擬器和維修訓練模擬器。由於各種因素的限制，維修模擬器一直滯後於其它兩種類型的模擬器。維修模擬器主要用於對飛機各系統(機載設備)的運行過程、操作規律、技術性能和結構特徵進行模擬，以適應對其技術原理、結構特徵和維護過程進行模擬訓練的需要。維修模擬器對於提高航空維修訓練水平，降低壽命周期內的使用費用，具有十分重要的意義。
飛機維修模擬訓練，是指飛機維修訓練是在模擬訓練器/系統上進行。模擬訓練裝備包括模擬訓練器材、模擬訓練軟體以及虛擬現實訓練系統等。 維修模擬訓練以安全、經濟、可控、可多次重複、無風險、不受氣候條件和場地空間限制，既能常規操作訓練，又能培訓處理各種事故（包括災難性事故）的應變能力，具有訓練的效率高、成本低等獨特優勢，一直受到各國民航維修企業的高度重視，特別是面對當前既要提高機務維修人員的維修能力又要降低培訓成本的今天，世界各國民航維修企業和學校均將模擬訓練視為維修訓練必不可少的甚至是唯一安全、經濟而有效的工具和手段，加以重點發展。
我國的飛機維修訓練模擬器
飛機維修訓練模擬器，從20世紀50年代末起步到現在，大致經歷了三個階段:
從50年代末到80年代初，以機電和物理模擬為主的發展初級階段。這個階段主要採用初級的機電計算機與物理模擬相結合技術，研製了飛機單系統的“示教板”、“訓練器”和“練習器”，結構簡單、功能單一。如:“發動機起動和狀態系統練習器”和“燃油系統工作情況演示板”等。
80年代特別是1984年以後幾年，進入了以計算機技術為主的全面發展階段。航空維修訓練模擬器從簡易的物理模擬，進入了以機械、電動式模擬為主要技術手段的模擬。這一階段，模擬器的功能己由單一的“演示型”發展為通電、測試和分析的“多功能型”.如:“發動機試車練習器”和“飛機操縱系統模擬器”等.
90年代以來，以數字計算機仿真技術為主，多媒體技術、計算機成像技術、網路通信技術和人工智慧技術等高新技術的廣泛套用，使航空維修訓練模擬器的研究進入了新的發展階段。這個階段的模擬器，功能強、任務覆蓋率高，技術較為先進，效益較為突出，逐步形成了航空維修訓練模擬器材體系。如:“某型飛機維護模器”和“多型飛機飛控系統綜合模擬器”等。
分類
對飛機維修模擬器的分類方法，目前尚無統一的標準和規範。大致可以按照結構特點、套用目的和配置方式進行分類。
1根據訓練要求和訓練目的的分類
根據訓練任務的不同，維修模擬器可以分為綜合模擬器、專業模擬器和任務模擬器三種。綜合模擬器可對飛機全部(或多個)系統的維修工作進行綜合的模擬訓練;專業模擬器可對機械、特設、武器、電子等單一專業的維修工作進行模擬訓練;任務模擬器則主要對一個分系統(或一種機載設備)的維修工作進行模擬訓練。
2根據安裝環境和配置方式的分類
主要分為三種類別:地面固定式模擬器、移動(機動)式模擬器和嵌入(結合)式模擬器。地面固定式模擬器主要安裝在院校、模擬訓練中心的固定實驗室(教室)中;移動式模擬器通常將模擬器安裝在可移動的載體中，利用專用電纜和無線通訊鏈路，實現與分布位置不同的設備，或與外場的飛機系統的連線，進而構成完整的模擬系統;嵌入式模擬器則是將模擬器整體嵌入飛機(機載設備)實裝中，或者作為武器系統的一個組成部分，或者作為其外部擴展的一個子系統。
3根據結構特點和實現技術的分類
(1)全尺寸模擬器
具有與實裝完全相同的外形，設備(機件)的安裝位置及連線關係與實裝完全一致，如以色列IAI公司的Kfir C2維修模擬器和美國ECC公司的C-17A發動機維修模擬器。維修人員可以真實的工具和儀器(或模擬儀器)進行維修訓練，獲得與實裝完全一致的維修模擬環境。這種模擬器逼真度最高，但體積大、造價高，不利於對系統(設備)工作原理的理解。
(2)半尺寸模擬器
大部分維修模擬器屬於這一類型。對於重要的維修操作環境與實裝保持一致(如座艙)，各系統(設備)的機件則安裝在模擬面板上，採用機上連線或原理性連線方式。如加拿大Atlantis公司的F-15、F-18、S-70維修模擬器和美國ECC公司的F/A-18電子設備維修模擬器。這種模擬器既減小了體積，又保證了主要操作環境的一致性.
(3)桌面模擬器
又可稱為軟模擬器，使用計算機螢幕或頭盔顯示器來顯示模擬維修操作界面。如英國Pennant的Hawk CBT系統。這種模擬器體積小、成本低、可移動或嵌入式使用，同時，還可方便地擴展為遠程模擬訓練系統。
主要技術
全尺寸和半尺寸模擬器屬於半物理仿真，桌面模擬器則接近於數學仿真.三者在技術上基本一致，特別是核心部分數學模型是完全一致的，主要在模擬操作界面上存在差別。
建模
數學模型的建立是以飛機維修仿真系統為基礎，是模擬系統逼真度的關鍵。飛機維修模擬器的數學模型主要包括飛機系統仿真模型和環境仿真模型.
飛機系統仿真模型，包括發動機、液壓、燃油、操縱、環控、電氣、儀表、飛控和武器等系統，以及機載電子設備。為滿足維修的需要，這類模型除具有各種邏輯控制關係，並直接與各種開關(旋鈕)和儀表(顯示器)連線外，還必須按系統/子系統/成附屬檔案的層次，逐級劃分到可維修的模組，並建立測試點與調整點和更換件之間的控制關係。環境仿真模型則主要是音響系統，用於仿真各種設備的工作聲音，如發動機的起動、工作和停車的聲音。
資料庫
維修模擬器的資料庫由數據表系統、數據存儲區、公共變數區與符號字典組成。數據表系統包括所有常量和變數名以及仿真程式所套用的有關數據(包括原始數據和實時仿真結果數據)。實時仿真程式模組之間的數據傳遞是通過全局符號變數和公共數據區實現的。符號字典則需對這些數據傳遞進行統一管理，對整個資料庫起著封裝的作用，為模型庫和調試環境對數據的訪問提供數據接口。維修仿真資料庫管理系統需實現原始數據格式的轉換、數據管理、符號字典管理和系統管理四項功能。
飛機顯示裝置仿真
飛機顯示裝置是性能參數的顯示視窗，給維修技術人員提供各種視覺信息.維修模擬所需的飛機顯示裝置包括:各種信號(燈)指示、儀表和電子顯示器(EDU)。
(1)信號(燈)指示裝置的仿真
採用實裝信號燈(盒)，由控制計算機的D/O直接驅動。
(2)仿真儀表
模擬器上的儀表，有三種仿真方法:直接引用儀表、改裝儀表和計算機實時圖形仿真儀表。由機載計算機控制的儀表，如：導航和飛控儀表、大氣數據計算機儀表等，當模擬器的接口與機載系統相應接口相同時，可直接採用該類儀表。對於指示器與感測器合為一體的儀表或模擬式計算機控制的儀表，需在內部改裝成直流或交流驅動後使用。採用計算機實時圖形圖像技術在顯示器(CRT、LCD)上生成的數字式圖形儀表，由於成本低，便於使用和維護，因此在維修模擬器套用最為廣泛。
(3)電子顯示器
機載電子顯示器，如EFIS、平顯、EDU等，均採用相近的CRT或LCD仿真.
音響模擬
在維修工作中，設備的工作聲音是判斷其工作是否正常的重要依據，因此，必須提供逼真的音響效果。要逼真地模擬飛機的音響，必須保證模擬音響與真實設備的各種音響具有一致的頻寬和幅值，以及一致的變化規律。音響數據一般都是經實錄獲取。對於變化簡單的音響，可以採用分段固定的聲音檔案，根據輸入的控制信號，調用回放相應的聲音檔案。對於複雜的工作音響，如發動機試車的音響，則需分析其頻譜，獲得生成各種聲音的數據，建立相應的音響數據檔案。在模擬器中，判斷不同的狀態和條件，實時計算不同聲音的頻率和幅值，並進行必要的修正。然後再將不同波形聲音的頻率和幅值輸出到音響發生器上。
發展趨勢
以電子信息技術為代表的高新技術的發展，為研製高技術含量的維修模擬器提供了強有力的技術支撐.新一代的維修模擬器將廣泛採用人工智慧、專家系統、’VR等技術，向多功能、虛擬化、通用化、訓練一任務一體化和遠程分散式的方向發展。
虛擬裝備
所謂虛擬裝備(Virtual Equipment VE )，是指根據裝備的構造原理、採用數字仿真技術建立針對實裝的，細化到可維修(更換)部件級的高精度數學模型，通過VR技術構建三維可視化、可互動的維修工作環境，以滿足實裝使用、維護、性能測試、故障隔離和排除等模擬訓練的需要。
虛擬裝備在功能上，應滿足三個層次的需求:
(1)能實現裝備功用、組成、工作原理和性能分析等演示型模擬；
(2)能實現裝備的維修程式、測試與調整、故障設定、故障隔離和排除等操作型模擬；
(3)加上適配器，能實現與實裝的對接，作為系統的一個組成部分，參與設備迴路，完成移動訓練和測試功能。
虛擬裝備的技術關鍵點是構建維修夠用的虛擬裝備模型，分為幾何數據和非幾何數據兩類模型。幾何模型主要是指裝備的外形和內部結構;非幾何模型則包括裝備的功能、行為運動規律以及維修操作規律。同時，還必須建立兩類模型之間的關聯資料庫。
虛擬裝配
虛擬裝配(Virtual Assembly VA)是指在虛擬的工程環境中，建立“虛擬樣機”，真實地仿真其運動過程，發現新設計產品在裝配中的問題，並可以迅速地分析、比較多種設計方案，測試並改進裝配工藝流程，直至達到最最佳化。
虛擬裝配同樣可以套用於模擬訓練，其主要特徵包括:
(1)真實感的裝備(包括成附屬檔案)模型的三維可視化；
(2)裝備(包括成附屬檔案)拆裝程式的虛擬再現；
(3)簡單的人與虛擬維修環境的自然互動。
虛擬裝配的關鍵是建立裝備、成附屬檔案，直至維修(更換)所必需零件級實體模型庫;還需要拆裝過程、修理工藝、零部件信息等信息庫;以及維修裝配時的裝配關係與物體的運動規則庫，同時還應考慮阻擋、碰撞、摩擦等干涉檢查。
嵌入式模擬
嵌入式模擬(Embed Simulation ES )是指將模擬器整體嵌入到機載設備或測試設備等實裝中，或者作為武器系統的一個組成部件，或者作為其外部擴展的一個子系統(模組)。以滿足工作崗位的培訓需要。
嵌入式模擬的主要形式包括：
(1)綜合到電子設備中，類似互動式電子技術手冊(IETM ) ,可以線上顯示使用、維護程式和故障隔離程式；
(2)綜合到測試設備，如ATE, BITE中，可以進行測試程式的線上模擬訓練；
(3)安裝在一個攜帶型機箱內，通過標準接口裝置，能夠方便地與機上設備(如雷達)相連線，實時生成各種所需信號，在實裝上模擬出各種使用情況和故障狀態。
嵌入式模擬需要與實裝進行綜合(結合)設計，預留標準接口。同時，還必須研究攜帶型計算裝置、嵌入式信號生成器、嵌入式作業系統和多媒體界面的仿真程式。
作用和意義
1，滿足現役機型培訓教學的需要
但目前，航空企業在機型培訓中教師只能靠維護手冊、圖片等方式來開展，難以在學員頭腦中形成生動的實物模型與維修場景，教學效果事倍功半。引入模擬訓練器將虛擬駕駛艙、虛擬三維飛機、動態原理圖及飛機手冊展現在課堂上，相當於將飛機直接搬到課堂上。學員根據教學內容隨時隨地進行飛機系統功能測試、操作檢查、故障分析和排除、部件識別與拆裝等訓練，讓學員以一種安全、經濟、有效的方式積極參與到課堂教學中，激發學員的學習積極性，提高教學效率。
2，是更新實訓課程內容，提高實訓實效，節約實訓成本的需要
在現役飛機上開展維修訓練是不現實的。維修訓練只能在已經退役飛機上進行或者乾脆只做課堂講解。引入維護/飛行訓練器可以大大的改變現有的實訓條件。首先，實現了實訓機型與現役機型同步；其次，實訓可以增加測試、故障隔離等真正有用的內容。可見，使用模擬訓練器可以克服當前訓練教學組織困難、風險高、效果差的缺點，使長期困擾航空維修企業機務人員培訓中諸如機型培訓針對性差、實戰性不強的老毛病得到徹底的改觀。同時，由於不需要實際使用真實設備，可以大大降低實訓成本。
3，是實現以工作過程為導向培訓教學模式的需要
引進機務維修模擬訓練器，模擬出飛機系統測試、發動機試車、系統狀態監測和故障隔離等真實的機務維修工作場景，提高學員實際工作能力，使學員能自主的發現問題，解決問題，提高培訓質量，為今後的維修一線工作打下良好的基礎。
