通用飛機(jī)人為因素適航審定要求研究

項(xiàng) 勇

（中航工業(yè)洪都650所， 江西 南昌 330024）

2008年NALL報(bào)告[1]《2007年航空事故趨勢和原因分析》）中將2007年所有通用航空固定翼飛機(jī)（以下簡稱通用飛機(jī)）發(fā)生的事故主要原因分為3類：與駕駛員相關(guān)；與機(jī)械/維護(hù)相關(guān)；其它/未明原因。統(tǒng)計(jì)表明通用航空固定翼飛機(jī)事故數(shù)量和死亡人數(shù)總體趨勢是降低的，雖然2007年比2006年增加了82起，但致命事故降低了48起（見表1）。在所有事故中與駕駛員相關(guān)的事故達(dá)到了996起，其中致命事故191起（占比75.8%）（見表2）?？梢钥闯鲭S著航空技術(shù)水平的提高，飛機(jī)總體事故發(fā)生率在下降，由飛機(jī)機(jī)械故障引起的飛行事故逐漸減少，但由人為因素誘發(fā)的事故還是時(shí)有發(fā)生。

由于發(fā)生事故中很大一部分是由人的因素引起的，而設(shè)計(jì)對人機(jī)界面關(guān)系起決定性作用，因此要達(dá)到降低事故率的目標(biāo)，必須從設(shè)計(jì)源頭根本解決影響駕駛員的各種人為因素問題。由于中國民航局沒有單獨(dú)發(fā)布人為因素審定要求，主要借鑒FAA相關(guān)要求，因此本文詳細(xì)介紹FAA關(guān)于型號(hào)審定過程人為因素評(píng)估方法，為國內(nèi)有關(guān)通用飛機(jī)的適航符合性驗(yàn)證提供一種可行的方法。

表1 通用飛機(jī)2002～2007年事故統(tǒng)計(jì)

表2 2007年通用飛機(jī)事故分析

1 國內(nèi)外發(fā)展情況

1.1 國外發(fā)展

國際民航組織安全管理手冊中SHEL模型（圖1[2]）主要描述了軟件（Software）、硬件（Hardware）、環(huán)境（Environment）、人（Liveware）各自的功能和相互之間的關(guān)系，即：人－硬件、人－軟件、人－環(huán)境、人－人4方面的接口關(guān)系。

從該模型中可以看到：人是系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系的紐帶，其他部分均以人為中心、靠人的配合來保障系統(tǒng)的安全。該模型還告訴我們：人和其他部分的聯(lián)系邊界是不規(guī)則的，因而這4個(gè)關(guān)系（界面）成為模型的關(guān)鍵點(diǎn)[3]。

2002年FAA發(fā)布了通用飛機(jī)人為因素合格審定指南，將人為因素單獨(dú)作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行審定。

1.2 國內(nèi)人為因素適航審定開展

過去，我國無論軍機(jī)還是民機(jī)設(shè)計(jì)在飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)中都不同程度的考慮和驗(yàn)證了人為因素要求，但主要關(guān)注點(diǎn)仍在飛機(jī)是否滿足使用要求，沒有把人為因素作為一個(gè)系統(tǒng)來綜合考慮，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員對飛機(jī)設(shè)計(jì)中人為因素考慮不周，造成駕駛員工作負(fù)擔(dān)重和誤操作的可能性增加。近年中國民航局通過新型號(hào)適航審定工作，逐步推廣FAA關(guān)于人為因素合格審定的工作方法，將人為因素適航審定工作提高到重要位置。該方法通過設(shè)計(jì)全過程對人為因素的監(jiān)控，大大降低人為因素導(dǎo)致的由駕駛員引起的飛行安全事故。

圖1 SHEL模型

2 人為因素合格審定

基于人在飛行中的重要作用，F(xiàn)AA制定了一份23部小飛機(jī)人為因素審定計(jì)劃評(píng)估指南。要求申請人應(yīng)制定一份人為因素合格審定計(jì)劃（HFCP），確保人為因素在審定過程中得到充分的考慮和評(píng)估。人為因素因素審定計(jì)劃包括9方面內(nèi)容[4]：介紹、系統(tǒng)描述 、操作有關(guān)概念 、審定要求、符合性方法、系統(tǒng)安全評(píng)估、審定證明文件、型號(hào)審定計(jì)劃、委任工程代表（DER）使用。

申請方和審查代表基于雙方認(rèn)可的合格審定計(jì)劃按照圖2流程開展人為因素審定工作，從圖2可以看出飛機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)從方案階段就開始進(jìn)行人為因素要求驗(yàn)證、分析等工作，并貫穿于飛機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)全過程。通過反復(fù)迭代，達(dá)到適航審定要求。

圖2 人為因素評(píng)估流程

因此建議在型號(hào)評(píng)審或?qū)彾ㄟ^程中應(yīng)按以下要求進(jìn)行：按有關(guān)要求確定飛機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的人為因素要求；確定人為因素驗(yàn)證方法；開展型號(hào)驗(yàn)證，進(jìn)行分析、評(píng)估、試驗(yàn)、檢查等工作；人為因素最終評(píng)估，形成結(jié)論。

3 CCAR–23人為因素審定條款[4，5]

人為因素審定包括FAR23（CCAR–23）中19項(xiàng)條款要求，具體如下：

3.1 CCAR–23.251振動(dòng)和抖振

本條款人為因素最主要的考慮是振動(dòng)導(dǎo)致駕駛員疲勞，需要駕駛員高度集中使用操縱器件和讀取儀表參數(shù)。

3.2 CCAR–23.671 操縱系統(tǒng)

本條款人為因素主要考慮飛行操縱器件和電子設(shè)備的物理特征、操縱器件布局、座艙內(nèi)的相對位置等影響系統(tǒng)的輕松使用，影響操縱反饋的精確度并且有助于防止無意的的操縱器件使用。

3.3 CCAR–23.672增穩(wěn)系統(tǒng)及自動(dòng)和帶動(dòng)力的操縱系統(tǒng)

23.672 （a）：本條款的人為因素問題是提供的告警信號(hào)不能與其它座艙警告相混淆。23.672（b）：本條款人為因素主要評(píng)估考慮在性能要求（正確度或精確度等級(jí)）、步驟、訓(xùn)練要求、記憶負(fù)擔(dān)、檢查單的使用、執(zhí)行時(shí)間方面任務(wù)復(fù)雜度的駕駛員技巧。

3.4 CCAR–23.677（a） 配平系統(tǒng)

本條款人為因素問題主要考慮配平操縱器件位置，并提供配平裝置實(shí)際位置指示。配平操縱器件位置很難看到并要求駕駛員采取一種別扭的身體姿勢進(jìn)行讀取和操作會(huì)導(dǎo)致無意的操縱輸入。無法看見配平裝置位置會(huì)引起潛在的事故。

3.5 CCAR–23.679操縱系統(tǒng)鎖

本條款人為因素主要考慮當(dāng)評(píng)估操縱系統(tǒng)鎖住時(shí)，確定條款符合性時(shí)應(yīng)考慮以下因素：

3.5.1 警告應(yīng)在白天和晚上運(yùn)行期間都能容易的辨別。應(yīng)考慮設(shè)備的顏色、位置、形狀和可達(dá)性、減少座椅上的駕駛員移動(dòng)、任何標(biāo)記的易辨認(rèn)；

3.5.2 系統(tǒng)操作應(yīng)是明顯的。它應(yīng)可能僅安裝帶有足夠顯示的警告標(biāo)牌的鎖；

3.5.3 如果飛機(jī)安裝操作系統(tǒng)鎖，鎖未打開時(shí)應(yīng)限制駕駛員對飛機(jī)操縱人以至于駕駛員在起飛前或在座艙內(nèi)以一種有效的方式收到不會(huì)誤解的警告，例如：抑制試圖起飛的足夠的發(fā)動(dòng)機(jī)功率的應(yīng)用；主飛行操縱裝置脫開，例如操縱裝置全向前；或未脫開的口頭警告設(shè)備；通過阻止鑰匙的插入或蓋住啟動(dòng)開關(guān)阻止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；

對于飛機(jī)油門和操縱桿采用分開鎖住的方法，一個(gè)鎖（例如油門）能獨(dú)立的拆除，每個(gè)鎖應(yīng)獨(dú)立的滿足本項(xiàng)c項(xiàng)準(zhǔn)則。

3.6 CCAR–23.771（a）駕駛艙

HFCP應(yīng)定義可能要求重要的或持續(xù)的導(dǎo)致疲勞的精神或體力的飛行機(jī)組界面方面內(nèi)容。有一些因素可能導(dǎo)致疲勞例如噪聲、振動(dòng)、座椅舒適度、不合適的操縱器件或顯示設(shè)計(jì)和過分的操縱力。

3.7 CCAR–23.773駕駛艙視界

23.773 （a）（1）：本條款人為因素主要考慮設(shè)計(jì)參考眼位點(diǎn)、預(yù)期的駕駛員身體尺寸范圍和座椅調(diào)節(jié)能力。使用不同人的身體尺寸范圍的個(gè)體評(píng)估。提供的足夠的外部環(huán)境視界對于安全飛行是必須的。

23.773 （a）（2）：本條款人為因素要求應(yīng)在所有潛在的照明條件下評(píng)估包括黎明或黃昏（太陽在水平面附近，更高的太陽照射角（飛機(jī)前、后正上方）和夜晚?xiàng)l件（包括月黑和月光條件）。也評(píng)估影響的各種內(nèi)部照明選擇并且飛機(jī)設(shè)備和系統(tǒng)具有可讀性和使用性和觀察座艙外部的能力。

3.8 CCAR–23.777駕駛艙操縱器件

23.777 （b）：本條款提出了操作每個(gè)操縱器件全行程運(yùn)動(dòng)的能力，考慮潛在的衣服（例如長袖襯衫、夾克和手套）和座艙結(jié)構(gòu)干擾。

23.777 （e）：本條款提出多發(fā)飛機(jī)，有一些事故駕駛員認(rèn)為對于發(fā)動(dòng)機(jī)故障采取了適當(dāng)?shù)募m正措施，但無意的關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)的正常的功能。操縱器件布局應(yīng)與飛機(jī)上發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際位置盡可能由左到右順序一致。發(fā)動(dòng)機(jī)操縱器件的標(biāo)記和照明必須是清晰的和明顯的，以防止駕駛員的混淆。符合性試驗(yàn)應(yīng)從初始工程研究分析開始并且通過模型、模擬器和飛機(jī)地面/飛行試驗(yàn)評(píng)估。

3.9 CCAR–23.785（e） 座椅、臥鋪、擔(dān)架、安全帶和肩帶

本條款人為因素要求評(píng)估者僅評(píng)估完成在正常和非正常條件下飛行操作必須功能的能力。

3.10 CCAR–23.1309 設(shè)備、系統(tǒng)及安裝

23.1309 要求在任何非安全條件下給機(jī)組提供警告。也要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)防止任何多余的動(dòng)作或操作者錯(cuò)誤。申請人完成系統(tǒng)故障響應(yīng)的機(jī)組程序分析對糾正駕駛員響應(yīng)系統(tǒng)故障特別重要。設(shè)計(jì)應(yīng)減輕潛在的歸因于任何附加的危險(xiǎn)的機(jī)組錯(cuò)誤。申請人應(yīng)評(píng)估對告警條件機(jī)組不合適響應(yīng)的結(jié)果。評(píng)估應(yīng)包括機(jī)組對故障不適當(dāng)響應(yīng)反饋的精確度評(píng)定。定性評(píng)估也應(yīng)用來補(bǔ)充和驗(yàn)證駕駛員響應(yīng)的分析。這些評(píng)估應(yīng)包括使用典型的駕駛員群體的充分試驗(yàn)以確保響應(yīng)得可接受的說明。包括新的設(shè)計(jì)使用未經(jīng)培訓(xùn)或不熟悉的駕駛員進(jìn)行仿真試驗(yàn)對于演示設(shè)計(jì)沒有機(jī)組誤判和錯(cuò)誤響應(yīng)傾向是特別有用的。

3.11 CCAR–23.1311電子顯示儀表系統(tǒng)

本條款人為因素要求電子顯示器要求在所有外部照明環(huán)境（從明亮的陽光到全黑）下有足夠的對比和亮度并且易讀。照明操作也必須有足夠的調(diào)節(jié)范圍以適應(yīng)這些條件。評(píng)估應(yīng)在太陽在水平面、飛機(jī)前、后和在正上方更高的照射角和在夜晚（昏暗夜晚和月光）所有潛在的照明（黎明或昏暗）條件下進(jìn)行。

3.12 CCAR–23.1321 布局和可見度

23.1321 （a）：該條款要求主飛行顯示器位于駕駛員主視界（參考AC 23.1311-1A）內(nèi)并且保持T型布局（參考AC 23-17）。其它儀表可放在駕駛員主視界外部。顯示器對于駕駛員視界中心線的偏置角分析，對于確定在視界范圍內(nèi)顯示器可達(dá)性是必要的。另外，顯示器視角可用來確定顯示器可讀性（顯示器外觀尺寸）。

23.1321 （e）：該條款與23.1309（b）（3） 和23.1311（a）（2）緊密相關(guān)。那些條款的評(píng)估要求對本條也是適用的。在各種照明條件下表明符合性的演示和試驗(yàn)應(yīng)使用生產(chǎn)鑒定部件。

3.13 CCAR–23.1322警告燈、戒備燈和提示燈

隨著集成電子多功能顯示器系統(tǒng)的出現(xiàn)，本條款的要求適用于集成的電子顯示器。

3.14 CCAR–23.1357（d）電路保護(hù)裝置

申請人可選擇使用類似于23.777條使用的方法來演示駕駛員達(dá)到詳細(xì)電路保護(hù)裝置的能力。HFCP應(yīng)描述怎樣評(píng)估駕駛員容易識(shí)別設(shè)備的能力，無論它們安裝在電路斷路板或由電子設(shè)備控制即電路斷路狀態(tài)顯示屏能顯示和控制。

3.15 CCAR–23.1367開關(guān)

本條款類似于23.777（a）和（b）主要區(qū)別是適用于電子開關(guān)。座艙開關(guān)位置應(yīng)基于使用的關(guān)鍵程度（那就是使用的重要性和頻率等等）。評(píng)估應(yīng)在有代表性的通用航空駕駛員群體的廣泛的人員進(jìn)行，包括一般的飛行駕駛經(jīng)驗(yàn)并不需要進(jìn)行很高的培訓(xùn)或具有高的熟練。

3.16 CCAR–23.1381儀表燈

本條款人為因素要求座艙照明應(yīng)確保：提供足夠照明使執(zhí)行的所有相關(guān)任務(wù)能容易的以高水平的速度和精確度完成；所有外界照明環(huán)境（直射陽光到全黑）駕駛員能迅速識(shí)別和明白任何危險(xiǎn)情況或潛在風(fēng)險(xiǎn)；保證視覺舒服。

3.17 CCAR–23.1431電子設(shè)備

評(píng)估確定機(jī)組成員之間通信能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。通常應(yīng)在最高預(yù)期噪聲條件下（例如高速度和最大推力）在地面和飛行試驗(yàn)期間評(píng)估以確定本規(guī)章的符合性。機(jī)組成員應(yīng)能有效的通信不需要額外的努力，例如大聲才能聽見。

3.18 CCAR–23.1523最小飛行機(jī)組

本條款最小機(jī)組通過每個(gè)人工作量評(píng)估確定。本條款的區(qū)別是23部其它類別飛機(jī)沒有考慮的活動(dòng)和范圍而通勤類飛機(jī)必須要考慮的活動(dòng)形式和范圍（例如導(dǎo)航、通信等）。 通常這些相同的動(dòng)作和范圍是適用于非通勤類飛機(jī)的正常操作。

3.19 CCAR–23.1555操縱器件標(biāo)記

本規(guī)章的目的是確保駕駛員能迅速和明白的識(shí)別功能和理解操縱器件操作方法。

4 符合性方法[4]

在適用規(guī)章確定后，HFCP需要描述表明每個(gè)規(guī)章符合性的方法。申請人綜合使用各種方法表明符合性。表3列出了申請人使用的11種不同的方法

表3 申請人使用的符合性方法

4.1 工程評(píng)估

工程評(píng)估包括圖樣、構(gòu)型描述、相似性聲明、評(píng)估分析、演示5種類型。

4.1.1 圖樣：布置圖或工程圖，或表明硬件或顯示器圖形的排列。

4.1.2 構(gòu)型描述：布局、排列、移動(dòng)方向等描述或引用類似文件

4.1.3 相似性聲明：以前批準(zhǔn)系統(tǒng)和正在批準(zhǔn)系統(tǒng)的描述，主要詳細(xì)描述規(guī)章符合性包括物理、邏輯和使用相似性。如果系統(tǒng)同有關(guān)14CFR具體章節(jié)一樣，未更改以前批準(zhǔn)構(gòu)型，可以聲明引用以前批準(zhǔn)的文件。

4.1.4 評(píng)估、評(píng)定、分析：評(píng)估由向FAA提供報(bào)告的申請人或其他人進(jìn)行。包括：

工程分析：這些評(píng)定涉及許多技術(shù)，包括程序評(píng)估（復(fù)雜性、步驟、術(shù)語等）；由計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行的分析；對于評(píng)定任務(wù)需要和工作量的時(shí)間界限分析；或其它方法，取決于考慮的因素。

模型評(píng)估：這些類型評(píng)估使用駕駛艙或部件的物理模型。 因此，他們需要較高的幾何精確度。

分任務(wù)評(píng)估：這些類型的評(píng)估使用設(shè)備模擬（使用飛行硬件、仿真系統(tǒng)或組合）單個(gè)系統(tǒng)或相關(guān)的一組系統(tǒng)的機(jī)組界面。評(píng)估受駕駛艙其它任務(wù)影響的可接受的程度限制。

模擬器評(píng)估：這些型式的評(píng)估使用能代表完整座艙（使用真實(shí)硬件、仿真系統(tǒng)或組合）和使用環(huán)境。它們也能某種程度重現(xiàn)飛機(jī)響應(yīng)“可操縱”的響應(yīng)特性。評(píng)估受模擬器與飛機(jī)、座艙、外部環(huán)境和機(jī)組操縱的實(shí)際的、高保真的程度限制。

飛行中評(píng)估：這些評(píng)估使用真實(shí)飛機(jī)。評(píng)估受設(shè)定或產(chǎn)生的特殊要求的飛行條件（例如天氣、故障、非正常姿態(tài)）程度限制并評(píng)估飛行中安全性。

4.1.5 演示：類似的評(píng)估（以上描述），由申請人進(jìn)行，F(xiàn)AA或委任者參與。申請人提供報(bào)告并且要求FAA同時(shí)確認(rèn)。演示包括模型演示分任務(wù)演示—模擬器演示。

4.2 試驗(yàn)

試驗(yàn)：由FAA或委任者進(jìn)行評(píng)估，包括

4.2.1 臺(tái)架試驗(yàn)：這些是試驗(yàn)室環(huán)境中的部件試驗(yàn)。試驗(yàn)類型常常限定用來表明部件同設(shè)計(jì)一致。典型的臺(tái)架試驗(yàn)包括測量物理特性（例如力、亮度、格式）或邏輯或來自使用者或其它系統(tǒng)（真實(shí)或模擬器）輸入動(dòng)態(tài)響應(yīng) 。

4.2.2 地面試驗(yàn)：當(dāng)在地面靜止時(shí)這些試驗(yàn)是在實(shí)際飛機(jī)上進(jìn)行。在一些情況，可以使用專用設(shè)備允許飛機(jī)系統(tǒng)相當(dāng)于飛機(jī)在空中一樣。

4.2.3 模擬器試驗(yàn)（見以上模擬器評(píng)估）

4.2.4 飛行試驗(yàn)：這些試驗(yàn)在實(shí)際飛機(jī)上進(jìn)行。地面的部分試驗(yàn)（例如飛行前、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、滑行）是典型的飛行試驗(yàn)而不是地面試驗(yàn)。

4.3 檢查

作出符合性結(jié)果的FAA或委任者進(jìn)行評(píng)審。

5 結(jié)束語

本文通過人為因素審定要求介紹，給飛機(jī)設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮人為因素有關(guān)適航要求，通過將人為因素作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮，從設(shè)計(jì)角度把飛機(jī)因人為原因發(fā)生事故的可能性降到最低程度，大大提高飛機(jī)飛行安全性。

[1] Joseph T. Nall，Accident Trends and Factors for 2007［R］,1996.

[2] ICAO DOC9859 Safety Management Manual［S］.

[3] 何鐘武，劉毅，劉友丹.系統(tǒng)安全技術(shù)國內(nèi)外研究與應(yīng)用綜述［J］.北京：航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2009.

[4] PS-ACE100-2001-004 Guidance for Reviewing Certifcation Plans to Address Human Factors for Certifcation of Part 23 Small Airplanes［S］, 2002.

[5] FAR-23 Airworthiness Standards: Normal,Utility, Acrobatic,And Commuter Category Airplanes [S]，2007.