王思磊

1903年，萊特兄弟設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)有動(dòng)力的飛行器，飛行員頭朝前趴在下機(jī)翼上操縱這架飛機(jī)，并通過(guò)移動(dòng)搖架來(lái)牽動(dòng)纜線使機(jī)翼扭曲，從而達(dá)到改變飛行方向的目的。人類(lèi)航空史上首個(gè)人機(jī)交互行為由此產(chǎn)生。隨著民用航空技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互的界面和環(huán)境不斷改善，作為駕駛員運(yùn)作決策和發(fā)布操作指令的場(chǎng)所，駕駛艙設(shè)計(jì)的重要性日益凸顯。

“以人為本”的產(chǎn)品導(dǎo)向

在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，飛機(jī)不斷向快速、遠(yuǎn)程和大型化發(fā)展，機(jī)載設(shè)備漸趨復(fù)雜，駕駛艙設(shè)備也發(fā)展成復(fù)雜的機(jī)械儀表和旋鈕。20世紀(jì)70年代以前，一架商用飛機(jī)駕駛艙中要安裝近一百個(gè)獨(dú)立的機(jī)械儀表，每一個(gè)儀表基本上只能指示一種信息，飛行機(jī)組需要人工識(shí)別、判斷信息間的關(guān)聯(lián)性以及飛機(jī)的工作狀態(tài)來(lái)操縱飛機(jī)。因此，為了完成飛行任務(wù)，一架飛機(jī)的機(jī)組人員除駕駛員外，還增設(shè)隨機(jī)機(jī)械員、隨機(jī)報(bào)務(wù)員、領(lǐng)航員等，一度形成 5人制飛行機(jī)組。

隨著計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的廣泛運(yùn)用，集成顯示器取代了傳統(tǒng)的機(jī)械儀表界面，駕駛艙操縱器件數(shù)量明顯減少。同時(shí)，數(shù)字化的圖形顯示和高度自動(dòng)化的控制功能大大降低了飛行機(jī)組的操縱負(fù)擔(dān)，飛行員的注意力從操縱飛機(jī)轉(zhuǎn)移到監(jiān)控飛機(jī)及其運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)上來(lái)，飛行機(jī)組也由5人制變成了2人制。

但是，盡管駕駛艙集成化、自動(dòng)化程度越來(lái)越高，目前仍有70%以上的飛行事故源于人為因素。因此，人為因素在駕駛艙的設(shè)計(jì)中越來(lái)越受到國(guó)際航空界的重視。

20世紀(jì)90年代，F(xiàn)AA（美國(guó)聯(lián)邦航空管理局）和EASA（歐洲航空安全局）針對(duì)駕駛艙人為因素問(wèn)題聯(lián)合成立了協(xié)調(diào)工作組。經(jīng)過(guò)近十年的研究，工作組于2004年完成了研究報(bào)告，形成了駕駛艙人為因素專門(mén)條款建議稿和咨詢通告草稿。2007年，EASA在其適航標(biāo)準(zhǔn)第三次修訂時(shí)正式增加CS25.1302條款。2013年，F(xiàn)AA在第137號(hào)修正案中正式增加FAR25.1302條款，并同時(shí)發(fā)布咨詢通告AC25.1302-1。

在此之前，適航條款僅僅對(duì)駕駛艙特定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)定，沒(méi)有涉及駕駛艙所有設(shè)備綜合性地防止和處理人為差錯(cuò)的規(guī)定，新增的25.1302條款就是為了解決這一問(wèn)題，它不僅包含駕駛艙功能與飛行任務(wù)相匹配的設(shè)計(jì)要求，還規(guī)定了包括防止和處理機(jī)組差錯(cuò)在內(nèi)的有關(guān)人為因素的更直接的設(shè)計(jì)要求。

從傳統(tǒng)駕駛艙設(shè)計(jì)更多地關(guān)注軟硬件的更新?lián)Q代，到現(xiàn)代駕駛艙設(shè)計(jì)更多地考慮人為因素，在設(shè)計(jì)流程上，從自下而上的綜合布置，到把駕駛艙作為一個(gè)整體自上而下進(jìn)行研制，駕駛艙設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了由技術(shù)導(dǎo)向到“以人為本”的產(chǎn)品導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變。

設(shè)計(jì)中的“人為因素”

“隨著機(jī)械儀表被大屏幕顯示器取代，駕駛員所要觀察的信息往往是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)顯示在大屏幕上，但是，什么時(shí)候給出什么樣的信息，如何讓駕駛員很好地理解并使用這些信息，根據(jù)信息作出正確的決策，并且準(zhǔn)確地執(zhí)行，是C919駕駛艙設(shè)計(jì)中考慮人為因素的關(guān)鍵問(wèn)題?！敝袊?guó)商飛上飛院駕駛艙部部長(zhǎng)馬顯超說(shuō)。

在C919駕駛艙正副駕駛員的前面，有5塊大屏幕顯示器，分別顯示飛行狀態(tài)、導(dǎo)航信息、告警信息、簡(jiǎn)圖頁(yè)等。當(dāng)飛機(jī)處于不同階段時(shí)，飛行員需要關(guān)注的信息各有不同，比如滑行階段，飛行員需要關(guān)注起落架的胎溫、胎壓，而在巡航階段，這些信息不再是飛行員關(guān)注的重點(diǎn)。因此，在C919飛機(jī)駕駛艙顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員充分對(duì)顯示信息進(jìn)行了梳理分類(lèi)，通過(guò)邏輯編程，將飛機(jī)在滑行、起飛、爬升、巡航、下降、著陸等各個(gè)階段飛行員不需要關(guān)注的信息進(jìn)行抑制，需要關(guān)注的信息進(jìn)行排序。“這樣一來(lái)，屏幕上只會(huì)顯示飛行員需要關(guān)注的信息，通過(guò)這些信息，飛行員可以第一時(shí)間了解飛機(jī)的狀態(tài)，不再需要手動(dòng)調(diào)取信息，也不需要篩選最需要的信息，既減輕了飛行員的工作負(fù)荷，也避免了人為因素引起的誤操作。”中國(guó)商飛上飛院電子集成部航電總體室主任許健說(shuō)，“同時(shí)，C919飛機(jī)還備份了30種屏幕失效情況下重新構(gòu)建顯示區(qū)域的方案，好比說(shuō)，如果其中有一塊屏幕忽然失效了，關(guān)鍵信息會(huì)立即進(jìn)行重構(gòu)，顯示在其他屏幕上?！?/p>

除了顯示系統(tǒng)，駕駛艙設(shè)計(jì)中另一個(gè)充分考慮“人為因素”的設(shè)計(jì)就是告警系統(tǒng)。在飛機(jī)各個(gè)專業(yè)告警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，出于安全考慮，在出現(xiàn)故障時(shí)，每個(gè)專業(yè)都希望盡可能多地顯示告警信息，但對(duì)于全機(jī)來(lái)說(shuō)，并不是每個(gè)告警都需要立即操作，飛行員希望系統(tǒng)能夠提示哪個(gè)故障是最緊急的，可以通過(guò)什么方式處理。

“在告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們主要關(guān)注兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是對(duì)告警信息進(jìn)行等級(jí)分配，一個(gè)是如何引導(dǎo)飛行員去處理故障，”中國(guó)商飛上飛院駕駛艙部人因工程和仿真評(píng)估室劉洪濤說(shuō)，“站在全機(jī)的角度考慮，飛機(jī)的故障有等級(jí)之分，對(duì)于災(zāi)難性的故障，比如客艙失壓和發(fā)動(dòng)機(jī)著火，一定要在最短的時(shí)間內(nèi)、以最高效可靠的形式告知飛行員采取行動(dòng)。因此，這類(lèi)故障告警出現(xiàn)在EICAS（告警信息顯示屏）的最上層，并以紅色標(biāo)記，同時(shí)伴有燈光和音響告警。其他故障根據(jù)危險(xiǎn)等級(jí)依次排列，由重到輕，對(duì)于暫時(shí)不會(huì)危及飛機(jī)安全的故障排在最后，有些甚至?xí)簳r(shí)不會(huì)出現(xiàn)告警。另一方面，對(duì)于這些故障，系統(tǒng)還要提示飛行員進(jìn)行處理，這些提示要具有很強(qiáng)的引導(dǎo)性，不能太復(fù)雜，要讓飛行員能夠在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確操作，處置故障?！?/p>

評(píng)估工作至關(guān)重要

“如何讓‘以人為本的駕駛艙設(shè)計(jì)理念落地，除了要在設(shè)計(jì)中充分考慮人為因素外，飛行員的評(píng)估工作也至關(guān)重要?！敝袊?guó)商飛上飛院駕駛艙部駕駛艙集成設(shè)計(jì)室主任劉海燕說(shuō)，“由于設(shè)計(jì)人員普遍不具備真實(shí)駕駛飛機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出來(lái)的駕駛艙是否符合實(shí)際的駕駛習(xí)慣，還需要飛行員進(jìn)行評(píng)估。波音777型飛機(jī)的駕駛艙采用了與波音傳統(tǒng)駕駛艙不同的設(shè)計(jì)方案，在交付之前，波音公司邀請(qǐng)了大量來(lái)自不同航空公司的飛行員進(jìn)行評(píng)估，完善設(shè)計(jì)方案?！?/p>

為了確保C919飛機(jī)的駕駛艙設(shè)計(jì)能充分滿足客戶要求，除了廣泛開(kāi)展航空公司調(diào)研和內(nèi)部飛行員評(píng)估外，2017年8月17日，中國(guó)商飛公司邀請(qǐng)東方航空公司飛行員參與C919飛機(jī)的駕駛艙評(píng)估工作。評(píng)估工作由中國(guó)商飛上飛院駕駛艙集成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)牽頭開(kāi)展，各專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、東方航空公司飛行員、中國(guó)商飛試飛中心和客服中心的試飛員共同參加，局方也作為觀察員參與其中。

在評(píng)估工作開(kāi)展之前，駕駛艙集成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)制定了駕駛艙評(píng)估準(zhǔn)則，確定了“靜態(tài)評(píng)估”和基于任務(wù)的“平臺(tái)評(píng)估”兩個(gè)階段。靜態(tài)評(píng)估主要通過(guò)會(huì)議的方式，將駕駛艙的設(shè)計(jì)方案逐條進(jìn)行評(píng)估，形成意見(jiàn)；進(jìn)而開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)平臺(tái)，讓飛行員在模擬器上進(jìn)行實(shí)際操作，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案。

中國(guó)商飛上飛院駕駛艙部駕駛艙集成設(shè)計(jì)室張垠博表示：“在駕駛艙設(shè)計(jì)方案評(píng)估過(guò)程中，我們充分考慮了飛行員的意見(jiàn)，對(duì)駕駛艙布置、顯示、告警等設(shè)計(jì)不合理的地方進(jìn)行完善。同時(shí)，為了保證完善的方案符合適航要求，我們還邀請(qǐng)局方代表參與評(píng)估過(guò)程。更改后的設(shè)計(jì)方案需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，證明其既滿足人為因素要求，也滿足適航條款要求。”