民用飛機(jī)設(shè)計人為因素適航關(guān)鍵點解析

沈東

【摘 要】本文以25.1302條款為基礎(chǔ)，從民用飛機(jī)設(shè)計人為因素適航審查和適航符合性驗證的角度出發(fā)，提出了民用飛機(jī)設(shè)計人為因素適航相關(guān)的關(guān)鍵點：人為因素設(shè)計理念、人為因素設(shè)計特征識別及過程介入、人為因素新穎設(shè)計特征、差錯管理，并對關(guān)鍵點進(jìn)行了簡要解析。為我國民用飛機(jī)人為因素適航相關(guān)從業(yè)者提供一定的參考作用。

【關(guān)鍵詞】人為因素；設(shè)計理念；特征識別；新穎設(shè)計；差錯管理

0 概述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，人們不斷以新技術(shù)對民用航空安全加以改善，早期引發(fā)飛行事故高達(dá)80%的技術(shù)因素已逐漸降到20%，而人為因素卻從20%提至80%，降低人為因素相關(guān)的事故率已經(jīng)成為當(dāng)前民用航空安全關(guān)注的重點[1]。為了降低人為因素相關(guān)的事故率，減少由于設(shè)計原因?qū)е碌娜藶橐蛩貑栴}，提出全面系統(tǒng)的適航指導(dǎo)和要求，歐洲航空安全局（EASA）和美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）分別在2007年、2013年發(fā)布了CS25.1302條款和FAR25.1302條款，對設(shè)計相關(guān)人為因素提出了要求[2]。中國民航局（CAAC）暫未發(fā)布此條款，但是引入此條款完善人為因素的適航要求已是大勢所趨，未來國內(nèi)新研制的民用飛機(jī)均必須滿足此條款的要求，因此，有必要對人為因素適航條款和人為因素適航驗證中的重要關(guān)注點進(jìn)行研究。

1 人為因素適航專用條款25.1302與已有人為因素相關(guān)條款的關(guān)系

人為因素適航專用條款：CS25.1302/FAR25.1302：飛行機(jī)組使用的安裝系統(tǒng)和設(shè)備。

本條適用于預(yù)期供飛行機(jī)組成員在駕駛艙正常就座位置上操縱飛機(jī)所使用的安裝設(shè)備。這類安裝設(shè)備必須以單個和與其它此類設(shè)備組合的形式表明，它的設(shè)計可以使經(jīng)該設(shè)備使用培訓(xùn)的有資格飛行機(jī)組成員，在滿足下列要求下安全實施與該設(shè)備預(yù)定功能相關(guān)的任務(wù)：

a）必須安裝駕駛艙操縱器件以便完成上述任務(wù)，并必須提供完成這類任務(wù)所必需的信息。

b）供飛行機(jī)組使用的駕駛艙操縱器件和信息必須：

（1）以與任務(wù)相適應(yīng)的分辨率和精度，以清晰明了的方式呈現(xiàn)；

（2）使飛行機(jī)組能夠以與其任務(wù)的緊迫性、頻繁性和持久性相一致的方式進(jìn)行訪問和使用；

（3）如為安全運行所必須時，能夠使飛行機(jī)組知道其行動對于飛機(jī)或系統(tǒng)會產(chǎn)生的效果。

c）安裝設(shè)備的操作相關(guān)行為必須：可以預(yù)期且明白無誤；而且它的設(shè)計可使飛行機(jī)組以適合于任務(wù)的方式對其進(jìn)行干預(yù)。

d）安裝設(shè)備必須盡實際可能使飛行機(jī)組能夠處理在服役中可合理預(yù)期的、因其與設(shè)備的各種交流所引起的差錯，假定飛行機(jī)組的工作是善意的。本（d）款不適用于人工操縱飛機(jī)時的技能相關(guān)差錯。

25部規(guī)章中與人為因素相關(guān)的條款有：25.771（a）（c）駕駛艙、25.773駕駛艙視界、25.777（a）（b）（c）駕駛艙操縱器件、25.1301（a）功能和安裝、25.1303飛行和導(dǎo)航儀表、25.1309（a）（c）設(shè)備及安裝、25.1321儀表布局與可見度、25.1322警告燈戒備燈與提示燈、25.1329飛行導(dǎo)引系統(tǒng)、25.1523最小機(jī)組、25.1543（b）儀表標(biāo)記、25.1555操縱器件標(biāo)記、附錄D。CS25.1302/FAR25.1302條款與現(xiàn)有人為因素相關(guān)條款的關(guān)系：其中除25.1523最小機(jī)組和附錄D外，均是以設(shè)備為導(dǎo)向的人機(jī)因素設(shè)計要求。25.1302是以飛行機(jī)組任務(wù)為導(dǎo)向，全面系統(tǒng)的人為因素適航要求，注重與飛行機(jī)組任務(wù)相關(guān)的各系統(tǒng)各設(shè)備之間的協(xié)調(diào)與匹配[3]。

2 人為因素適航驗證中的關(guān)注問題

2.1 人為因素相關(guān)設(shè)計理念的確定

25.1302條款不針對具體的設(shè)備/系統(tǒng)，25.1302將整個駕駛艙中與飛行員飛行任務(wù)相關(guān)的設(shè)備和功能視為一個整合交互的人機(jī)系統(tǒng)，以飛行員任務(wù)為導(dǎo)向，以能否支持飛行員有效和安全地完成規(guī)定的飛行任務(wù)為目標(biāo)，對人為因素相關(guān)的所有設(shè)備/系統(tǒng)設(shè)計提出原則性的設(shè)計要求。集成到駕駛艙中的各個系統(tǒng)/設(shè)備要達(dá)到統(tǒng)一，解決系統(tǒng)/設(shè)備之間可能存在的沖突等都需要有合適的原則，先進(jìn)的設(shè)計理念，也是需要審查方和設(shè)計方在項目初期重點關(guān)注的內(nèi)容。如果沒有先進(jìn)統(tǒng)一的設(shè)計理念，各個系統(tǒng)/設(shè)備的人機(jī)界面就缺乏操作使用上的共性，會為飛行機(jī)組帶來困擾。波音和空客都有比較成熟的駕駛艙設(shè)計理念，波音777系列飛機(jī)的人為因素相關(guān)設(shè)計理念[4]如下：

1）飛行員對飛機(jī)具有操縱權(quán)，權(quán)限高于計算機(jī)；

2）正副駕駛均對飛行安全負(fù)責(zé)；

3）任務(wù)保證優(yōu)先級：安全>乘客舒適度>效率；

4）飛行機(jī)組的操作器件/程序設(shè)計要考慮通用型，具有延續(xù)性；

5）系統(tǒng)具有容錯設(shè)計；

6）設(shè)計層次：單一設(shè)計、冗余設(shè)計、自動化設(shè)計；

7）自動化功能可以分擔(dān)飛行員工作量，但不能代替飛行員；

8）正常操作和非正常操作條件均以飛行員的基本人體參數(shù)限制設(shè)計操作動作和任務(wù)；

9）引入新技術(shù)和新功能的條件：

a）能夠使飛行操作更明了更直接或者能顯著提高效率；

b）對人機(jī)界面沒有不利的影響。

2.2 人為因素相關(guān)設(shè)計特征的識別及過程介入

AMC25.1302建議申請人邀請適航審查人員盡早介入人為因素的設(shè)計，這樣可以就設(shè)計相關(guān)的潛在人為因素問題及時達(dá)成共識，可降低申請人在不一定被局方接受的設(shè)計特征上過多投資的風(fēng)險。人為因素相關(guān)設(shè)計特征的識別貫穿于系統(tǒng)/設(shè)備的研制過程中，為了保證與人為因素適航要求貫徹到系統(tǒng)/設(shè)備的研制開發(fā)中，需要人為因素專家定期對系統(tǒng)/設(shè)備進(jìn)行人為因素相關(guān)評估。

2.3 人為因素適航審查的重點：新穎設(shè)計特征

波音和空客兩大民用飛機(jī)主制造商在新技術(shù)使用方面都很謹(jǐn)慎。與人為因素相關(guān)的新穎設(shè)計特征是人為因素適航審查的重點關(guān)注項，也是需要申請人詳細(xì)描述和進(jìn)行驗證的重要內(nèi)容，人為因素設(shè)計開發(fā)中采用的適航驗證方法一般有：可操作性分析、相似性分析、重要事故針對性分析、操作信息完整性分析、任務(wù)分析、故障模式和故障樹分析、操作程序分析、工作量分析等。對于成熟的傳統(tǒng)設(shè)計特征，可能采用一種或者二種方法進(jìn)行驗證就能獲得局方的認(rèn)可，但是對于新穎設(shè)計局方通常都需要進(jìn)行全程關(guān)注，進(jìn)行系統(tǒng)的驗證。新穎設(shè)計特征的判斷是新穎設(shè)計人為因素適航驗證的基礎(chǔ)，辨別新穎設(shè)計不能單純的判斷是否是第一次使用的設(shè)備或者技術(shù)，而要通過回答一下幾個問題來判斷：（1）是否改變了操作方式/方法？（2）是否改變了操作程序？（3）是否改變了飛行機(jī)組與設(shè)備的交互方式？（4）是否改變了飛行任務(wù)和飛行機(jī)組的職責(zé)？

2.4 差錯管理

處理飛行機(jī)組與設(shè)備交流而導(dǎo)致的（在服役中可合理預(yù)期的）差錯，是一個重要的安全目標(biāo)，差錯管理主要包括糾錯、容錯和防錯三種處理方法。差錯管理的適航要求來源于對服役中人機(jī)界面交流差錯案例統(tǒng)計分析，適航條款和咨詢通告并未對需要進(jìn)行差錯管理的人機(jī)界面做具體要求，因此，申請人需要出民用飛機(jī)服役數(shù)據(jù)、人機(jī)界面設(shè)計特征和經(jīng)濟(jì)性三方面評估是否需要引入防差錯設(shè)計。對于差錯管理，適航審查主要關(guān)注申請人對人機(jī)界面是否需要進(jìn)行差錯管理的評估過程和結(jié)果。

3 總結(jié)

我國尚處在民用飛機(jī)設(shè)計人為因素適航審查和適航驗證的摸索階段，審查方和工業(yè)方對人為因素適航條款的理解上可能會存在少許偏差，在適航審查和適航驗證的過程中難免出現(xiàn)小的分歧，但是對人為因素適航審查和驗證的關(guān)鍵點要達(dá)成共識才能開展后續(xù)工作，因此，本文提出了人為因素適航審查和符合性驗證關(guān)鍵點，希望能為我國民用飛機(jī)人為因素適航相關(guān)從業(yè)者提供些許幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高培建.人為因素與航空安全[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（13）.

[2]Human Factors-Harmonization Working Group. Flight Crew Error/ Flight Crew Performance Considerations in the Flight Deck Certification Process[R].Human Factors-HWG Final Report，2004.

[3]許為，陳勇.從駕駛艙設(shè)計和適航來減少由設(shè)計引發(fā)的飛行員人為差錯的挑戰(zhàn)和途徑[J].民用飛機(jī)設(shè)計與研究，2014（3）.

[4]王學(xué)鋒.波音777駕駛艙設(shè)計理念[J].民用飛機(jī)設(shè)計與研究，2006（2）.

[5]National Aeronautics and Space Administration. Systems Engineering Handbook[M].NASA Headquarters，2007.

[責(zé)任編輯：王楠]