- 相关推荐
浅谈基于虚拟仿真的机载电子系统教学素材库设计的论文
一、引言
目前，民航机务人员培训包括理论培训、实践培训、在岗培训，理论培训采用课堂教学方式，实践培训在模拟维修环境进行模拟维修操作培训，而在岗培训是在飞机维修现场进行，但是由于维修成本以及维修安全的要求，学员在岗培训过程中大部分都是以参观的形式进行的，因此在培训结束后，学员对飞机结构、操作以及工作过程了解甚少。为了提高培训效果，减少培训成本，在理论培训过程中引入虚拟维修，将实践培训与在岗培训过程中部分内容转移到虚拟操作中。随着虚拟现实技术的蓬勃发展和广泛应用，民航机务人员的培训转入以模拟机辅助教学为主的模式，利用虚拟现实技术将需要在维修现场进行的维护训练操作转入虚拟维修系统，大大降低培训成本，避免培训过程中出现工作失误，提高飞行安全。当前世界的虚拟维修模拟器主要有美国Aerosim Mechtronix、加拿大CAE以及法国Faros三家公司，虚拟维修系统涵盖机载系统，按照空客公司和波音公司的数据包提供的系统设计文档进行仿真建模。但是，这些虚拟维修系统的采购与维护等成本巨大，不适用于教学过程中。本文提出的机载电子系统教学素材库以民航行业需求为导向，分析目前主流机型(例如B737NG、A320等)的机载电子系统逻辑，基于虚拟仿真技术实现机载系统原理、基本操作等内容，能够应用于课堂教学过程中，同时适用于课外自学机载系统的相关知识，方式灵活，大大降低了维修模拟机的教学成本。
二、民航维修培训关于机载电子系统内容的需求分析
机载电子系统的教学内容的制订应以民航行业需求为导向，以民航规章要求的专业知识为着眼点，以培养应用型人才为目标，在适度的基础知识和理论体系覆盖下延伸工程技术应用的内容和关键点。因此机载电子系统教学素材库建设内容设计过程中需要注重理论的应用，引入专业基础课程理论，实现专业课程与基础课程的纵向链接，达到理论和实践统一。
(一)基于民航法规的机载电子系统培训需求
民航作为国际性运营行业，从机载电子设备的设计到机载电子设备的报废整个生命周期都必须满足国际通用标准，作为机载电子设备使用和维护者的培养也不例外。在机务维护领域，所有维护工作必须遵从飞机注册国的民航规章与标准，我国范围内的飞机维护人员资质要符合CCAR-66部的要求，民航培训机构在培养机务维护人员时要满足CCAR-147部的要求，这些民航规章的制定必须遵从国际规范ATA-100。因此，机载电子系统素材库的建设内容，必须符合CCAR-66部、CCAR-147部和ATA-100规范的内容要求。综合各民航规章总结民航飞机的机载电子系统主要包括：通信与监视系统、导航系统、飞行管理与自动飞行控制系统以及机载维护系统。
(二) 机载电子系统教学素材库内容设计
通过分析机载电子系统的组成、工作原理、操作逻辑等内容，总结任何电子系统都是由输入输出接口、电源管理、核心计算机等部分组成。输入接口实现模拟信号、数字信号、离散信号等输入，包括来自导航系统以及通信系统的无线电模拟信号、来自飞行控制系统控制机构的离散信号、来自控制面板的数字信号等内容。
输出接口以灯光、音频、数字显示等方式将机载电子系统参数、状态等内容呈现至机组人员，包括控制面板的各种状态灯、飞机各站位的声音提示以及驾驶舱电子飞行仪表系统的显示等内容。
电源管理实现仿真电子组件电源供应以及系统通电逻辑，实现各种电源供应状态的仿真。计算机是机载电子系统的核心组件，在通电正常情况下，根据输入接口的信号，生成输出信号，其中包括正常信号处理、故障处理以及自测试逻辑。
三、基于虚拟仿真技术的教学素材库设计
(一)虚拟仿真对象建模
虚拟维修仿真对象建模主要包括几何建模和物理建模两个部分。
1.几何建模。首先通过3dmax、Creator、AC3D等三维视景建模软件构建机载系统各组件的外观，在设计与实现中按照机载系统实际尺寸进行构建，实现三维的几何模型，然后通过OpenSceneGraph系统实现几何模型渲染，该系统支持VRML2，AC3D，DXF等不同3D文件格式，使呈现出的模型与实际机载系统各组件外观相近，达到真实感官效应。
2.物理建模。物理建模准确反映机载电子组件的物理运行状态和物理特征，仿真机载电子组件在不同外部环境和电源条件下的正常和异常操作。机载电子组件功能复杂多样，依赖的物理原理也各不相同，需要根据实际研究对象建立相应的组件仿真模型，利用数值方法来进行模拟计算。通过分析机载电子组件，分别从组件输入输出接口、电源接口、故障处理逻辑接口、自测试逻辑接口、音频警告接口和系统功能接口等几部分进行物理建模，实现真实飞机环境中机载电子系统运行状态的复现。
(二)三维虚拟场景生成
基于虚拟仿真的机载电子系统教学素材库系统采用一台计算机、一个显示器、音箱等组成，通过计算机图形技术仿真驾驶舱的仪表系统显示、各控制面板的模拟操作、电源跳开关的闭合状态、头顶面板操作与灯光显示灯内容。(1)计算机是系统控制中心，包含几何模型、物理模型、系统工作逻辑等内容的仿真以及信号源的模拟，计算机对模拟信号源以及来自于其他系统的模拟输入进行处理，生成输出信号，分别与其他系统接口、显示输出、音频输出等相连;(2)显示器实现驾驶舱各仪表板显示以及控制面板、电源面板的操作，显示器所呈现的仪表、控制面板等按照实际机载系统的位置进行仿真，使学生能够直观了解驾驶舱仪表、系统操作等相关内容。
四、结语
基于虚拟仿真技术的机载电子系统教学素材库系统呈现出以下特点：
1.系统能够直观呈现机载电子系统的显示、布局以及操作，课堂教学过程中能够为学生展示实际机载系统的相关内容，学习效果较好。
2.占用场地较小，解决了实习场地不足的问题。仿真系统采用一台电脑与一个显示器组成，比传统的维护训练器的体积大大减小。
3.维修成本很低。由于采用了仿真技术，实际维护过程中仅需要解决软件的bug以及部分硬件出现的问题，相对比维护训练器维修成本大大降低。
【浅谈基于虚拟仿真的机载电子系统教学素材库设计的论文】相关文章：
浅谈基于数字星球系统的地理的教学设计07-04
浅谈基于嵌入式的汽车防盗系统的设计论文07-02
基于μSOS的智能家居系统设计论文07-04
基于Web的网络考试系统设计与实现论文07-03
基于SSH的科研管理系统设计与实现论文06-27
基于RFID学生考勤管理系统的设计论文06-28
浅谈基于ZigBee 嵌入式智能家居控制系统的设计与实现论文07-03
关于基于C的在线考试系统设计与实现论文07-04