通用飛機人為因素適航審定要求研究

項 勇

（中航工業洪都650所， 江西 南昌 330024）

2008年NALL報告[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（以下簡稱通用飛機）發生的事故主要原因分為3類：與駕駛員相關；與機械/維護相關；其它/未明原因。統計表明通用航空固定翼飛機事故數量和死亡人數總體趨勢是降低的，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的事故達到了996起，其中致命事故191起（占比75.8%）（見表2）。可以看出隨著航空技術水平的提高，飛機總體事故發生率在下降，由飛機機械故障引起的飛行事故逐漸減少，但由人為因素誘發的事故還是時有發生。

由于發生事故中很大一部分是由人的因素引起的，而設計對人機界面關系起決定性作用，因此要達到降低事故率的目標，必須從設計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發布人為因素審定要求，主要借鑒FAA相關要求，因此本文詳細介紹FAA關于型號審定過程人為因素評估方法，為國內有關通用飛機的適航符合性驗證提供一種可行的方法。

表1 通用飛機2002～2007年事故統計

表2 2007年通用飛機事故分析

1 國內外發展情況

1.1 國外發展

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）、環境（Environment）、人（Liveware）各自的功能和相互之間的關系，即：人－硬件、人－軟件、人－環境、人－人4方面的接口關系。

從該模型中可以看到：人是系統中各個環節聯系的紐帶，其他部分均以人為中心、靠人的配合來保障系統的安全。該模型還告訴我們：人和其他部分的聯系邊界是不規則的，因而這4個關系（界面）成為模型的關鍵點[3]。

2002年FAA發布了通用飛機人為因素合格審定指南，將人為因素單獨作為一個系統進行審定。

1.2 國內人為因素適航審定開展

過去，我國無論軍機還是民機設計在飛機各個系統中都不同程度的考慮和驗證了人為因素要求，但主要關注點仍在飛機是否滿足使用要求，沒有把人為因素作為一個系統來綜合考慮，導致設計人員對飛機設計中人為因素考慮不周，造成駕駛員工作負擔重和誤操作的可能性增加。近年中國民航局通過新型號適航審定工作，逐步推廣FAA關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。該方法通過設計全過程對人為因素的監控，大大降低人為因素導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，FAA制定了一份23部小飛機人為因素審定計劃評估指南。要求申請人應制定一份人為因素合格審定計劃（HFCP），確保人為因素在審定過程中得到充分的考慮和評估。人為因素因素審定計劃包括9方面內容[4]：介紹、系統描述 、操作有關概念 、審定要求、符合性方法、系統安全評估、審定證明文件、型號審定計劃、委任工程代表（DER）使用。

申請方和審查代表基于雙方認可的合格審定計劃按照圖2流程開展人為因素審定工作，從圖2可以看出飛機設計應從方案階段就開始進行人為因素要求驗證、分析等工作，并貫穿于飛機型號設計全過程。通過反復迭代，達到適航審定要求。

圖2 人為因素評估流程

因此建議在型號評審或審定過程中應按以下要求進行：按有關要求確定飛機設計中應考慮的人為因素要求；確定人為因素驗證方法；開展型號驗證，進行分析、評估、試驗、檢查等工作；人為因素最終評估，形成結論。

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項條款要求，具體如下：

3.1 CCAR–23.251振動和抖振

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

3.2 CCAR–23.671 操縱系統

本條款人為因素主要考慮飛行操縱器件和電子設備的物理特征、操縱器件布局、座艙內的相對位置等影響系統的輕松使用，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增穩系統及自動和帶動力的操縱系統

23.672 （a）：本條款的人為因素問題是提供的告警信號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估考慮在性能要求（正確度或精確度等級）、步驟、訓練要求、記憶負擔、檢查單的使用、執行時間方面任務復雜度的駕駛員技巧。

3.4 CCAR–23.677（a） 配平系統

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行讀取和操作會導致無意的操縱輸入。無法看見配平裝置位置會引起潛在的事故。

3.5 CCAR–23.679操縱系統鎖

本條款人為因素主要考慮當評估操縱系統鎖住時，確定條款符合性時應考慮以下因素：

3.5.1 警告應在白天和晚上運行期間都能容易的辨別。應考慮設備的顏色、位置、形狀和可達性、減少座椅上的駕駛員移動、任何標記的易辨認；

3.5.2 系統操作應是明顯的。它應可能僅安裝帶有足夠顯示的警告標牌的鎖；

3.5.3 如果飛機安裝操作系統鎖，鎖未打開時應限制駕駛員對飛機操縱人以至于駕駛員在起飛前或在座艙內以一種有效的方式收到不會誤解的警告，例如：抑制試圖起飛的足夠的發動機功率的應用；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備；通過阻止鑰匙的插入或蓋住啟動開關阻止發動機起動；

對于飛機油門和操縱桿采用分開鎖住的方法，一個鎖（例如油門）能獨立的拆除，每個鎖應獨立的滿足本項c項準則。

3.6 CCAR–23.771（a）駕駛艙

HFCP應定義可能要求重要的或持續的導致疲勞的精神或體力的飛行機組界面方面內容。有一些因素可能導致疲勞例如噪聲、振動、座椅舒適度、不合適的操縱器件或顯示設計和過分的操縱力。

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計參考眼位點、預期的駕駛員身體尺寸范圍和座椅調節能力。使用不同人的身體尺寸范圍的個體評估。提供的足夠的外部環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在所有潛在的照明條件下評估包括黎明或黃昏（太陽在水平面附近，更高的太陽照射角（飛機前、后正上方）和夜晚條件（包括月黑和月光條件）。也評估影響的各種內部照明選擇并且飛機設備和系統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操縱器件全行程運動的能力，考慮潛在的衣服（例如長袖襯衫、夾克和手套）和座艙結構干擾。

23.777 （e）：本條款提出多發飛機，有一些事故駕駛員認為對于發動機故障采取了適當的糾正措施，但無意的關閉了發動機的正常的功能。操縱器件布局應與飛機上發動機的實際位置盡可能由左到右順序一致。發動機操縱器件的標記和照明必須是清晰的和明顯的，以防止駕駛員的混淆。符合性試驗應從初始工程研究分析開始并且通過模型、模擬器和飛機地面/飛行試驗評估。

3.9 CCAR–23.785（e） 座椅、臥鋪、擔架、安全帶和肩帶

本條款人為因素要求評估者僅評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 設備、系統及安裝

23.1309 要求在任何非安全條件下給機組提供警告。也要求系統設計防止任何多余的動作或操作者錯誤。申請人完成系統故障響應的機組程序分析對糾正駕駛員響應系統故障特別重要。設計應減輕潛在的歸因于任何附加的危險的機組錯誤。申請人應評估對告警條件機組不合適響應的結果。評估應包括機組對故障不適當響應反饋的精確度評定。定性評估也應用來補充和驗證駕駛員響應的分析。這些評估應包括使用典型的駕駛員群體的充分試驗以確保響應得可接受的說明。包括新的設計使用未經培訓或不熟悉的駕駛員進行仿真試驗對于演示設計沒有機組誤判和錯誤響應傾向是特別有用的。

3.11 CCAR–23.1311電子顯示儀表系統

本條款人為因素要求電子顯示器要求在所有外部照明環境（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節范圍以適應這些條件。評估應在太陽在水平面、飛機前、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顯示器可達性是必要的。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。那些條款的評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應使用生產鑒定部件。

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的出現，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到詳細電路保護裝置的能力。HFCP應描述怎樣評估駕駛員容易識別設備的能力，無論它們安裝在電路斷路板或由電子設備控制即電路斷路狀態顯示屏能顯示和控制。

3.15 CCAR–23.1367開關

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

3.16 CCAR–23.1381儀表燈

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

3.17 CCAR–23.1431電子設備

評估確定機組成員之間通信能準確實現。通常應在最高預期噪聲條件下（例如高速度和最大推力）在地面和飛行試驗期間評估以確定本規章的符合性。機組成員應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最小飛行機組

本條款最小機組通過每個人工作量評估確定。本條款的區別是23部其它類別飛機沒有考慮的活動和范圍而通勤類飛機必須要考慮的活動形式和范圍（例如導航、通信等）。 通常這些相同的動作和范圍是適用于非通勤類飛機的正常操作。

3.19 CCAR–23.1555操縱器件標記

本規章的目的是確保駕駛員能迅速和明白的識別功能和理解操縱器件操作方法。

4 符合性方法[4]

在適用規章確定后，HFCP需要描述表明每個規章符合性的方法。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 工程評估

工程評估包括圖樣、構型描述、相似性聲明、評估分析、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 構型描述：布局、排列、移動方向等描述或引用類似文件

4.1.3 相似性聲明：以前批準系統和正在批準系統的描述，主要詳細描述規章符合性包括物理、邏輯和使用相似性。如果系統同有關14CFR具體章節一樣，未更改以前批準構型，可以聲明引用以前批準的文件。

4.1.4 評估、評定、分析：評估由向FAA提供報告的申請人或其他人進行。包括：

工程分析：這些評定涉及許多技術，包括程序評估（復雜性、步驟、術語等）；由計算機模型進行的分析；對于評定任務需要和工作量的時間界限分析；或其它方法，取決于考慮的因素。

模型評估：這些類型評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。

分任務評估：這些類型的評估使用設備模擬（使用飛行硬件、仿真系統或組合）單個系統或相關的一組系統的機組界面。評估受駕駛艙其它任務影響的可接受的程度限制。

模擬器評估：這些型式的評估使用能代表完整座艙（使用真實硬件、仿真系統或組合）和使用環境。它們也能某種程度重現飛機響應“可操縱”的響應特性。評估受模擬器與飛機、座艙、外部環境和機組操縱的實際的、高保真的程度限制。

飛行中評估：這些評估使用真實飛機。評估受設定或產生的特殊要求的飛行條件（例如天氣、故障、非正常姿態）程度限制并評估飛行中安全性。

4.1.5 演示：類似的評估（以上描述），由申請人進行，FAA或委任者參與。申請人提供報告并且要求FAA同時確認。演示包括模型演示分任務演示—模擬器演示。

4.2 試驗

試驗：由FAA或委任者進行評估，包括

4.2.1 臺架試驗：這些是試驗室環境中的部件試驗。試驗類型常常限定用來表明部件同設計一致。典型的臺架試驗包括測量物理特性（例如力、亮度、格式）或邏輯或來自使用者或其它系統（真實或模擬器）輸入動態響應 。

4.2.2 地面試驗：當在地面靜止時這些試驗是在實際飛機上進行。在一些情況，可以使用專用設備允許飛機系統相當于飛機在空中一樣。

4.2.3 模擬器試驗（見以上模擬器評估）

4.2.4 飛行試驗：這些試驗在實際飛機上進行。地面的部分試驗（例如飛行前、發動機啟動、滑行）是典型的飛行試驗而不是地面試驗。

4.3 檢查

作出符合性結果的FAA或委任者進行評審。

5 結束語

本文通過人為因素審定要求介紹，給飛機設計人員提供設計時應考慮人為因素有關適航要求，通過將人為因素作為一個系統進行綜合考慮，從設計角度把飛機因人為原因發生事故的可能性降到最低程度，大大提高飛機飛行安全性。

[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.系統安全技術國內外研究與應用綜述［J］.北京：航空標準化與質量，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.