民航人因工程綜合實驗平臺建設(shè)研究

陳農(nóng)田，楊文鋒，譚 鑫

(中國民用航空飛行學院 航空工程學院，四川 廣漢 618307)

隨著航空器設(shè)計和制造技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，近代航空事故/事故征候大多數(shù)是由人為因素造成[1]。波音公司關(guān)于1983—2006年航空器事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，68%事故的主要原因在于飛行員，事故致因還涉及到管制員、維修人員以及其他人員。人的因素已經(jīng)成為當今航空安全最大隱患，開展航空人因工程研究有助于提高航空安全水平。

航空人因工程研究源于國外，20世紀70年代末到90年代初是航空人因研究黃金時期，歐美等航空發(fā)達國家探討并著手人因工程實驗平臺建設(shè)。國內(nèi)學者認識到人因科學及實驗的重要性，針對人因工程實驗平臺規(guī)劃和建設(shè)進行了探討[2-6]：提出基礎(chǔ)測量、虛擬仿真與檢測、心理與行為分析、綜合評估安全人因工程實驗平臺建設(shè)規(guī)劃；結(jié)合人因工程實驗特點，介紹了人因工程實驗平臺建設(shè)和運行情況；在民航人因工程實驗平臺建設(shè)探討方面，提出民航人因分析技術(shù)實驗平臺建設(shè)框架；選取角度感知、速度感知、短時記憶和判斷3方面，設(shè)計管制員感知能力測試平臺；提出通過分析民航實驗體系、實驗內(nèi)容及層次需求建立“人為因素”實驗平臺及運轉(zhuǎn)模式。當前，人因工程實驗平臺建設(shè)主要是點和面上的經(jīng)驗總結(jié)，航空人因工程實驗平臺建設(shè)尚未有指導(dǎo)性大綱規(guī)范及程序標準，還處于航空人因工程實驗平臺建設(shè)探索階段。本文擬對比分析國內(nèi)外民航人因工程研究及實驗平臺建設(shè)現(xiàn)狀，提出民航人因工程實驗平臺體系框架，重點從實驗方向、實驗類型、實驗設(shè)備以及實踐應(yīng)用層面提出實驗平臺建設(shè)思路，為我國民航人因工程實驗平臺建設(shè)提供理論參考。

1 民航人因工程實驗平臺建設(shè)現(xiàn)狀

上世紀50年代起，國外學者在航空人因工程領(lǐng)域開展了大量研究[7-8]。國外許多大學和研究所都建有人因工程實驗平臺：密西根大學人因工程方向?qū)嶒炇覕?shù)目占學科實驗室數(shù)目一半以上；普渡大學人因工程實驗平臺主要開展人因工效學方面研究；美國聯(lián)邦航空局(FAA)人因工程實驗室主要對人機工效和工作負荷進行測評；FAA民航醫(yī)學研究院所屬航空人為因素研究中心，主要對空管人為因素、人員培訓與組織問題開展研究；德國宇航研究院(DLR)航空航天心理學研究中心，主要從事包括民航人員選拔、認知能力及心理運動能力開發(fā)等研究。

國內(nèi)對人因工程研究始于20世紀80年代后期，許多高校和科研機構(gòu)著手人因工程實驗室建設(shè)。國內(nèi)較為領(lǐng)先的有清華大學、西安交通大學等[9]。在航空人因工程實驗平臺建設(shè)方面，北京航空航天大學建立了包括模擬駕駛艙、眼動追蹤儀、肌電皮溫檢測儀等設(shè)備的航空人因工程實驗平臺，在航空人機工效分析、情境認知與負荷評價等方面開展研究，取得了較多成果[10]。在民航人因工程民航領(lǐng)域方向，民航局成立了民航飛行技術(shù)與航空安全人因工程實驗基地，民航飛行學院與德國宇航研究院(DLR)合作開發(fā)了飛行員選拔測試系統(tǒng)平臺[11]。民航安全科學研究所，在參考國外人因科研院所基礎(chǔ)上成立了民航人因工程實驗室，在飛行員情境認知與人機交互領(lǐng)域開展研究[12]。

目前，國內(nèi)許多人因?qū)嶒炂脚_建設(shè)多以參照國外建設(shè)模式為主，缺乏對實際情況的分析，存在著專業(yè)定位不清晰、平臺特色不鮮明、建設(shè)目標不明確、實驗項目不科學、不能開展實質(zhì)性研究等問題。國內(nèi)航空人因工程實驗平臺缺乏，尚無系統(tǒng)、全面的民航專業(yè)人因工程綜合實驗平臺。建立民航人因工程綜合實驗平臺對于保障民航安全、改善航空工效具有重要意義。

2 民航人因工程綜合實驗平臺建設(shè)

民航人因工程綜合實驗平臺建立的目的在于綜合運用人因工程理論方法、設(shè)備技術(shù)，保障民航安全有效運行，改善航空人機工效。

分析國內(nèi)外航空人因工程實驗平臺建設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合民航人因工程領(lǐng)域面臨的難點和熱點問題，人因工程綜合實驗平臺應(yīng)可開展基礎(chǔ)性、綜合性和系統(tǒng)性研究，具體可分為民航人機工程基礎(chǔ)參數(shù)測量實驗平臺、民航人機工效學測試與評估實驗平臺、民航認知工效與人機交互實驗平臺、航空人為差錯與人機可靠性綜合實驗平臺以及民航人因事故仿真與調(diào)查實驗平臺，既可滿足民航人因工程的基礎(chǔ)性研究，解決民航安全中的人因工程實踐應(yīng)用問題，又能開展航空人因工程領(lǐng)域前沿探索性研究，實現(xiàn)人因?qū)嶒炂脚_拓展可持續(xù)發(fā)展。民航人因工程綜合實驗平臺建設(shè)內(nèi)容包括研究方向內(nèi)容、實驗類型、主要設(shè)備和具體實踐應(yīng)用等(見表1)。

表1 民航人因工程綜合實驗平臺建設(shè)內(nèi)容

2.1 民航人機工程基礎(chǔ)參數(shù)測試實驗平臺

人機工程基礎(chǔ)參數(shù)測試實驗平臺功能是人機環(huán)基本參數(shù)測量，屬于基本型實驗應(yīng)用，主要包括人體生理基本參數(shù)測量(形體尺寸、生理參數(shù))、心理基本參數(shù)測試(心理特質(zhì)、認知特性)以及人機環(huán)基本參數(shù)測量(包括環(huán)境溫度、濕度、亮度、噪聲、振動等)。目的主要是掌握基本的人因工程學測量手段和方法，為后續(xù)人因工程綜合系統(tǒng)性實驗奠定基礎(chǔ)。實驗應(yīng)用的主要設(shè)備包括人體生理計測儀、環(huán)境計測儀器，以及人機環(huán)測量使用的溫度計、照度計與精密脈沖聲級計等，其實驗結(jié)論可以應(yīng)用在民航從業(yè)人員職業(yè)健康測量、心理評估以及工作環(huán)境評估方面。

2.2 民航人機工效學測試與評估實驗平臺

民航人機工效學測量與評估實驗平臺主要可以開展工作壓力與負荷測量、作業(yè)空間任務(wù)分析以及人因工效檢測等研究。運用工作能力測評系統(tǒng)、生理心理檢測設(shè)備對作業(yè)人員的聽覺反應(yīng)、視覺反應(yīng)、知覺反應(yīng)，以及生理心理指標進行檢測，來分析民航從業(yè)人員的工作壓力、負荷和人員疲勞程度等。通過設(shè)計調(diào)查問卷和人機工效分析，來評估作業(yè)空間及作業(yè)強度，從而改善民航作業(yè)環(huán)境，合理安排人力資源。實驗主要設(shè)備包括人機環(huán)測量基本儀器、工作能力測評系統(tǒng)，以及調(diào)查問卷系統(tǒng)等。其實驗結(jié)論具體應(yīng)用有飛行/空管人員工作壓力負荷測量、飛行/空管/航空維修作業(yè)環(huán)境與空間評估。

2.3 民航認知工效與人機交互實驗平臺

民航認知工效與人機交互實驗平臺應(yīng)用于人員認知測量與評估以及人機交互評估與優(yōu)化等方面，具體實驗項目內(nèi)容包括情境認知評估、認知心理評估選拔、駕駛艙資源管理以及駕駛艙人機界面評估等。主要在實驗設(shè)置的民航模擬工作環(huán)境下，結(jié)合現(xiàn)代先進技術(shù)設(shè)備，如模擬駕駛艙、認知檢測儀(記憶廣度測度儀、反應(yīng)時運動時測試儀等)、生理檢測儀(眼動追蹤儀、腦電儀、肌電皮溫檢測儀等)開展認知測試，以及人機交互評估和優(yōu)化等實驗研究。其具體實踐應(yīng)用包括飛行員情境意識(SA)的測量與評估，以及駕駛艙儀表盤布局評估與優(yōu)化等。

2.4 航空人為差錯與人機可靠性綜合實驗平臺

人為差錯與人機可靠性綜合實驗平臺應(yīng)用于航空人為差錯機理探究、差錯分類分析以及人機可靠性匹配等問題研究，具體研究方向包括人因失誤與組織行為、人因可靠性分析以及群體決策與行為觀測。主要運用現(xiàn)在的人因差錯理論，并結(jié)合行為觀察分析系統(tǒng)、生理心理監(jiān)測儀等設(shè)備，采用調(diào)查問卷和專家訪談方法進行民航人為差錯致因分析，開展民航人機匹配和人的可靠性分析。其實踐具體應(yīng)用包括有飛行人為差錯分類與分析(HFACS)、維修差錯決斷工具(MEDA)、空管人誤分類分析技術(shù)(JANUS)以及機組從眾現(xiàn)象分析。

2.5 民航人因事故仿真與調(diào)查實驗平臺

民航人因事故仿真與調(diào)查實驗平臺，是采用虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)技術(shù)平臺的高度靈活性進行有關(guān)航空人因事故虛擬理論與技術(shù)應(yīng)用研究，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)對民航人因事故進行模擬、仿真、重現(xiàn)和分析，構(gòu)建“視覺、聽覺、觸覺”三維一體的人因事故仿真和調(diào)查系統(tǒng)，具體應(yīng)用包括事故虛擬仿真重現(xiàn)、事故人因虛擬分析以及人因不安全事件調(diào)查及事故人因數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，屬于綜合型實驗。主要實驗設(shè)備包括采用虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)軟/硬件、快速存取記錄器(QAR)數(shù)據(jù)分析設(shè)備以及飛行數(shù)據(jù)分析設(shè)備(FDA)，包括艙音記錄器(CVR)譯碼設(shè)備、飛行數(shù)據(jù)記錄器(FDR)譯碼分析設(shè)備等。

3 結(jié)束語

人為因素是導(dǎo)致航空事故的主要誘因，開展民航人因工程學實驗研究對于保障航空安全、改善航空工效具有重要意義。論文總結(jié)了國內(nèi)外民航人因工程領(lǐng)域研究概況，分析了國內(nèi)外人因工程實驗平臺建設(shè)現(xiàn)狀與不足，總結(jié)了我國民航人因工程實驗平臺建設(shè)存在的問題，構(gòu)建了涵蓋民航人機工程基礎(chǔ)參數(shù)測試、民航人機工效學測試與評估、民航認知工效與人機交互、航空人為差錯與人機可靠性綜合實驗平臺以及民航人因事故仿真與調(diào)查五維一體的民航人因工程實驗平臺框架，重點從實驗方向和內(nèi)容、實驗開展類型、實驗儀器設(shè)備以及實踐應(yīng)用4個層面提出綜合實驗平臺建設(shè)思路，為我國民航人因工程實驗平臺建設(shè)提供理論參考。

[1] Huan-Jyh Shyur. A quantitative model for aviation safety risk assessment [J]. Computers & Industrial Engineering，2008，54(1)：34-44.

[2] 廖海江.安全人機工效實驗室規(guī)劃研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2010，6(6)：86-88.

[3] 嚴京濱，林亨，張偉.人因工程實驗室的建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2005，22(6)：13-15.

[4] 王亞.民航人因分析技術(shù)實驗室建設(shè)初探[J].實驗技術(shù)與管理，2008，25(5)：169-170，180.

[5] 王莉莉.管制人為因素實驗室感知能力測試系統(tǒng)設(shè)計[J].實驗室科學，2011，14(6)：118-120，123.

[6] 李麗，劉正宏.構(gòu)建高?！叭藶橐蛩?人因工程”專業(yè)實驗平臺的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2008，25(6)：171-172，176.

[7] Fitts P M,Jones R E.Eye Fixations of Aircraft Pilots，III. Frequency, Duration, and Sequence Fixations When Flying Air Force Ground-Controlled Approach System (GCA)[J].Air Materiel Command, Wright-Patterson AFB，1949(10)：25.

[8] Schriver Angela T，Morrow Daniel G,Wickens Christopher D,et al.Xpertise differences in attentional strategies related to pilot decision making[J].Human Factors，2008，6(50)：864-878.

[9] 崔凱，孫林巖，樓旭明.淺談人因工程實驗室建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2011，30(8)：186-188.

[10] 劉偉，袁修干，莊達民，等.眼動測量系統(tǒng)及其在工效學中的應(yīng)用[J].航空學報，2001，22(5)：385-489.

[11] Hoermann Hans Juergen，羅曉利. Empirical Evaluation of a Selection System for Chinese Student Pilots [J]. 航空醫(yī)學與醫(yī)學工程，2002，1(2)：6-11.

[12] 孫瑞山，汪苧.飛行模擬器環(huán)境下飛行員視覺特征[J].北京航空航天大學學報，2013，39(7)：897-901.