民用飞机设计人为因素适航关键点解析

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　　【摘 要】本文以25.1302条款为基础，从民用飞机设计人为因素适航审查和适航符合性验证的角度出发，提出了民用飞机设计人为因素适航相关的关键点：人为因素设计理念、人为因素设计特征识别及过程介入、人为因素新颖设计特征、差错管理，并对关键点进行了简要解析。为我国民用飞机人为因素适航相关从业者提供一定的参考作用。
　　【关键词】人为因素；设计理念；特征识别；新颖设计；差错管理
　　0 概述
　　进入21世纪以来，人们不断以新技术对民用航空安全加以改善，早期引发飞行事故高达80%的技术因素已逐渐降到20%，而人为因素却从20%提至80%，降低人为因素相关的事故率已经成为当前民用航空安全关注的重点[1]。为了降低人为因素相关的事故率，减少由于设计原因导致的人为因素问题，提出全面系统的适航指导和要求，欧洲航空安全局（EASA）和美国联邦航空管理局（FAA）分别在2007年、2013年发布了CS25.1302条款和FAR25.1302条款，对设计相关人为因素提出了要求[2]。中国民航局（CAAC）暂未发布此条款，但是引入此条款完善人为因素的适航要求已是大势所趋，未来国内新研制的民用飞机均必须满足此条款的要求，因此，有必要对人为因素适航条款和人为因素适航验证中的重要关注点进行研究。
　　1 人为因素适航专用条款25.1302与已有人为因素相关条款的关系
　　人为因素适航专用条款：CS25.1302/FAR25.1302：飞行机组使用的安装系统和设备。
　　本条适用于预期供飞行机组成员在驾驶舱正常就座位置上操纵飞机所使用的安装设备。这类安装设备必须以单个和与其它此类设备组合的形式表明，它的设计可以使经该设备使用培训的有资格飞行机组成员，在满足下列要求下安全实施与该设备预定功能相关的任务：
　　a）必须安装驾驶舱操纵器件以便完成上述任务，并必须提供完成这类任务所必需的信息。
　　b）供飞行机组使用的驾驶舱操纵器件和信息必须：
　　（1）以与任务相适应的分辨率和精度，以清晰明了的方式呈现；
　　（2）使飞行机组能够以与其任务的紧迫性、频繁性和持久性相一致的方式进行访问和使用；
　　（3）如为安全运行所必须时，能够使飞行机组知道其行动对于飞机或系统会产生的效果。
　　c）安装设备的操作相关行为必须：可以预期且明白无误；而且它的设计可使飞行机组以适合于任务的方式对其进行干预。
　　d）安装设备必须尽实际可能使飞行机组能够处理在服役中可合理预期的、因其与设备的各种交流所引起的差错，假定飞行机组的工作是善意的。本（d）款不适用于人工操纵飞机时的技能相关差错。
　　25部规章中与人为因素相关的条款有：25.771（a）（c）驾驶舱、25.773驾驶舱视界、25.777（a）（b）（c）驾驶舱操纵器件、25.1301（a）功能和安装、25.1303飞行和导航仪表、25.1309（a）（c）设备及安装、25.1321仪表布局与可见度、25.1322警告灯戒备灯与提示灯、25.1329飞行导引系统、25.1523最小机组、25.1543（b）仪表标记、25.1555操纵器件标记、附录D。CS25.1302/FAR25.1302条款与现有人为因素相关条款的关系：其中除25.1523最小机组和附录D外，均是以设备为导向的人机因素设计要求。25.1302是以飞行机组任务为导向，全面系统的人为因素适航要求，注重与飞行机组任务相关的各系统各设备之间的协调与匹配[3]。
　　2 人为因素适航验证中的关注问题
　　2.1 人为因素相关设计理念的确定
　　25.1302条款不针对具体的设备/系统，25.1302将整个驾驶舱中与飞行员飞行任务相关的设备和功能视为一个整合交互的人机系统，以飞行员任务为导向，以能否支持飞行员有效和安全地完成规定的飞行任务为目标，对人为因素相关的所有设备/系统设计提出原则性的设计要求。集成到驾驶舱中的各个系统/设备要达到统一，解决系统/设备之间可能存在的冲突等都需要有合适的原则，先进的设计理念，也是需要审查方和设计方在项目初期重点关注的内容。如果没有先进统一的设计理念，各个系统/设备的人机界面就缺乏操作使用上的共性，会为飞行机组带来困扰。波音和空客都有比较成熟的驾驶舱设计理念，波音777系列飞机的人为因素相关设计理念[4]如下：
　　1）飞行员对飞机具有操纵权，权限高于计算机；
　　2）正副驾驶均对飞行安全负责；
　　3）任务保证优先级：安全>乘客舒适度>效率；
　　4）飞行机组的操作器件/程序设计要考虑通用型，具有延续性；
　　5）系统具有容错设计；
　　6）设计层次：单一设计、冗余设计、自动化设计；
　　7）自动化功能可以分担飞行员工作量，但不能代替飞行员；
　　8）正常操作和非正常操作条件均以飞行员的基本人体参数限制设计操作动作和任务；
　　9）引入新技术和新功能的条件：
　　a）能够使飞行操作更明了更直接或者能显著提高效率；
　　b）对人机界面没有不利的影响。
　　2.2 人为因素相关设计特征的识别及过程介入
　　AMC25.1302建议申请人邀请适航审查人员尽早介入人为因素的设计，这样可以就设计相关的潜在人为因素问题及时达成共识，可降低申请人在不一定被局方接受的设计特征上过多投资的风险。人为因素相关设计特征的识别贯穿于系统/设备的研制过程中，为了保证与人为因素适航要求贯彻到系统/设备的研制开发中，需要人为因素专家定期对系统/设备进行人为因素相关评估。
　　2.3 人为因素适航审查的重点：新颖设计特征
　　波音和空客两大民用飞机主制造商在新技术使用方面都很谨慎。与人为因素相关的新颖设计特征是人为因素适航审查的重点关注项，也是需要申请人详细描述和进行验证的重要内容，人为因素设计开发中采用的适航验证方法一般有：可操作性分析、相似性分析、重要事故针对性分析、操作信息完整性分析、任务分析、故障模式和故障树分析、操作程序分析、工作量分析等。对于成熟的传统设计特征，可能采用一种或者二种方法进行验证就能获得局方的认可，但是对于新颖设计局方通常都需要进行全程关注，进行系统的验证。新颖设计特征的判断是新颖设计人为因素适航验证的基础，辨别新颖设计不能单纯的判断是否是第一次使用的设备或者技术，而要通过回答一下几个问题来判断：（1）是否改变了操作方式/方法？（2）是否改变了操作程序？（3）是否改变了飞行机组与设备的交互方式？（4）是否改变了飞行任务和飞行机组的职责？
　　2.4 差错管理
　　处理飞行机组与设备交流而导致的（在服役中可合理预期的）差错，是一个重要的安全目标，差错管理主要包括纠错、容错和防错三种处理方法。差错管理的适航要求来源于对服役中人机界面交流差错案例统计分析，适航条款和咨询通告并未对需要进行差错管理的人机界面做具体要求，因此，申请人需要出民用飞机服役数据、人机界面设计特征和经济性三方面评估是否需要引入防差错设计。对于差错管理，适航审查主要关注申请人对人机界面是否需要进行差错管理的评估过程和结果。
　　3 总结
　　我国尚处在民用飞机设计人为因素适航审查和适航验证的摸索阶段，审查方和工业方对人为因素适航条款的理解上可能会存在少许偏差，在适航审查和适航验证的过程中难免出现小的分歧，但是对人为因素适航审查和验证的关键点要达成共识才能开展后续工作，因此，本文提出了人为因素适航审查和符合性验证关键点，希望能为我国民用飞机人为因素适航相关从业者提供些许帮助。
　　【参考文献】
　　[1]高培建.人为因素与航空安全[J].科技创新导报，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]许为，陈勇.从驾驶舱设计和适航来减少由设计引发的飞行员人为差错的挑战和途径[J].民用飞机设计与研究，2014（3）.
　　[4]王学锋.波音777驾驶舱设计理念[J].民用飞机设计与研究，2006（2）.
　　[5]National Aeronautics and Space Administration. Systems Engineering Handbook[M].NASA Headquarters，2007.
　　[责任编辑：王楠]
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