基于虚拟现实的航空装配培训研究

基于虚拟现实的航空装配培训研究

孙建来王建旗

中航西安飞机工业集团股份有限公司  陕西省西安市  710089

摘要:随着航空工业的快速发展和飞机制造技术的不断进步，对航空装配领域的人才培养提出了更高的要求。传统的航空装配培训方式存在着时间和空间上的限制以及成本较高的问题，而虚拟现实技术的出现为解决这些问题提供了新的途径。

关键词：虚拟现实;航空装配;培训研究

引言

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术作为一种全沉浸式的交互体验技术，已经在各个领域展现出巨大的潜力和应用价值。在航空装配培训领域，基于虚拟现实的教学设计正日益受到关注和重视。通过虚拟现实技术，学员可以在近乎真实的装配环境中进行实践操作和培训，提高他们的技能水平和应对能力。随着虚拟现实技术的不断发展和完善，我们可以期待更加高效、智能和个性化的航空装配培训体验，为培养优秀的航空装配技术人才做出更大的贡献。

1.航空装配培训现状及问题

1.1传统航空装配培训模式及其问题

传统的航空装配培训模式通常采用实际飞机或模型进行培训，学员需要亲自操作工具和设备来进行实践训练。这种培训模式存在以下问题：高昂的成本，实际飞机或模型的购买和维护成本很高。时空限制，学员需要到特定的培训场地进行培训，存在时间和空间上的局限。安全风险，培训过程中存在事故风险，可能对实际飞机或模型造成损坏。

1.2虚拟现实技术及其在教育领域的应用

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是指通过计算机生成的虚拟环境，利用特殊的设备（如头戴式显示器、手柄等）让用户身临其境地感受虚拟世界。虚拟现实技术在教育领域得到了广泛应用，通过虚拟现实技术可以模拟真实的航空装配环境和操作过程，让学员进行实践训练。虚拟现实技术还可以实现学员之间的远程互动和交流，促进合作学习和知识分享。虚拟现实技术可以提供身临其境的学习体验，增强学员的参与度和学习效果。

1.3虚拟现实技术在航空装配培训中的潜力

虚拟现实技术在航空装配培训中有着巨大的潜力，可以解决传统培训模式存在的问题，使用虚拟现实技术可以免去购买实际飞机或模型的成本，降低培训费用。学员可以在任何时间、任何地点进行虚拟现实培训，解决传统培训模式的时空限制问题。虚拟现实技术可以模拟各种复杂和危险的航空装配环境，为学员提供安全的实践训练。传统航空装配培训模式存在诸多问题，而虚拟现实技术在教育领域的广泛应用为航空装配培训带来了新的可能性。在接下来的研究中，我们将深入探讨如何利用虚拟现实技术改进航空装配培训，以提高学习效果和降低成本。

2.基于虚拟现实的航空装配培训教学设计

2.1虚拟现实技术在航空装配培训中的应用场景

虚拟现实技术可以在多个航空装配培训场景中应用，例如零部件装配、系统调试、故障排除等。通过虚拟现实技术，学员可以模拟在真实环境中进行各种操作和处理，包括使用工具、拆卸和安装零部件、连接管线等。这样可以使学员更好地理解和掌握装配过程中的具体步骤和要求。

2.2选择合适的虚拟现实设备和软件平台

在设计基于虚拟现实的航空装配培训教学时，需要选择适合的虚拟现实设备和软件平台。常见的虚拟现实设备包括头戴式显示器、手柄、定位设备等。软件平台可以根据需求选择商用平台或自定义开发平台。确保设备和软件能够提供高质量的图形和交互体验，以便学员获得真实感的装配操作。

2.3制定有效的航空装配培训教学方案

在基于虚拟现实的航空装配培训中，需要制定一个有效的教学方案。该方案应明确培训的目标、内容和过程，并包括适当的评估方式。教学方案可以按照课堂教学和实践训练相结合的原则进行设计，充分利用虚拟现实技术提供的沉浸式体验，让学员在模拟环境中学习和练习装配技能。

2.4设计互动式虚拟实验与操作模拟

在航空装配培训中，通过设计互动式虚拟实验和操作模拟可以提高学员的参与度和学习效果。例如，设计虚拟实验场景，让学员在模拟环境中进行实际操作，如装配特定的零部件或处理异常情况。通过虚拟现实技术，学员可以获得实时的反馈和指导，纠正错误和完善操作。

基于虚拟现实的航空装配培训教学设计可以提供更真实的装配体验和操作模拟，对于提升学员的装配技能和应对能力具有重要作用。然而，在设计过程中需要考虑教学目标、设备选择、教学方案和互动设计等关键因素，以确保教学效果和学员的学习体验。

3.对基于虚拟现实的航空装配培训研究的展望

基于虚拟现实的航空装配培训在过去几年取得了显著的进展，然而仍然存在一些挑战和改进的空间。

3.1改进技术与设备

随着虚拟现实技术不断发展，我们可以期待更高分辨率、更广阔的视场、更逼真的图形以及更快的反应速度。未来的研究可以集中于改进虚拟现实设备的性能和功能，以提供更真实和沉浸式的装配体验。

3.2联网和协作功能

未来的研究可以探索如何利用虚拟现实技术实现多用户的联网和协作功能。通过连接远程学员和专家，他们可以共同参与虚拟装配过程，交流意见和经验，进一步提升培训效果。

3.3个性化学习

虚拟现实技术可以根据学员的需求和能力进行个性化的学习体验。未来的研究可以探索如何根据学员的特定背景和目标，设计适合他们的虚拟现实场景和任务，以最大程度地促进学习效果和知识转移。

3.4教学效果评估

虚拟现实技术在航空装配培训中的有效性仍然需要更多的评估和研究。未来的研究可以探索如何设计和实施有效的评估方法，以确定虚拟现实培训对学员的装配技能、任务完成能力和错误处理能力的影响。

3.5成本效益分析

虚拟现实技术的成本是一个重要的考虑因素。未来的研究可以专注于成本效益分析，比较虚拟现实培训与传统培训方法之间的差异，并确定在不同情况下虚拟现实培训的经济可行性。

基于虚拟现实的航空装配培训具有巨大的潜力，在未来将继续发展和创新。通过持续的研究和改进，我们可以预期虚拟现实技术将在提升航空装配培训效果、降低成本、个性化学习和促进协作等方面发挥更大的作用。

4.探索虚拟现实技术与其他教学方法的结合

4.1翻转课堂

将虚拟现实技术应用于预习和自主学习阶段，让学员在虚拟环境中提前了解装配流程和操作技巧，然后在课堂上进行实践训练和互动交流。

4.2群体学习

通过虚拟现实技术搭建多人协同学习环境，让学员进行团队合作的装配训练，提高沟通和合作能力，并鼓励知识分享和互助学习。

4.3混合现实

将虚拟现实技术与增强现实（Augmented Reality，简称AR）相结合，提供虚拟装配环境与真实装配场景的融合，使学员在真实装配过程中获得虚拟辅助和指导。

结束语

综上所述，通过更真实、交互性更强的教学环境，基于虚拟现实的航空装配培训能够提高学生的学习动机和参与度，同时降低培训过程中的风险和成本。然而，虚拟现实技术在航空装配培训中的应用还面临一些挑战，例如设备和软件平台的选择、教学内容的设计等。因此，未来的研究可以探索虚拟现实技术与其他教学方法的结合，进一步优化航空装配培训的效果和效率。

参考文献

[1]马凯.基于虚拟现实技术的航空发动机虚拟装配交互设计与优化研究[D].东南大学,2022.

[2]闫梦娜.基于虚拟现实的飞机平尾装配仿真技术研究[D].沈阳航空航天大学,2022.

[3]王晓慧,王佳雨,赵凯等.航空航天虚拟装配培训情境下的情感交互设计[J].包装工程,2022,43(02):10-16.

[4]杨姣.基于Unity3D的航空发动机虚拟现实设计与研究[D].西华大学,2018.

[5]黄务莎.基于虚拟现实的油泵车虚拟培训系统的研究与实现[D].南京大学,2013.