航空人為因素與防差錯(cuò)設(shè)計(jì)

鄭博峰　苗延青　呂海霞

有人曾注意到，美國(guó)的高速公路即使在一馬平川的原野上也并不總是筆直的，而是每隔一段距離就會(huì)特意設(shè)置一些彎道。據(jù)說這樣做的目的是為了防止駕駛員因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的直線行駛而出現(xiàn)意識(shí)游離和注意力下降的情況，從而避免交通事故的發(fā)生。這種通過設(shè)計(jì)來降低駕駛員差錯(cuò)的設(shè)計(jì)理念也適用于當(dāng)今航空安全水平的提高嗎？

有數(shù)據(jù)表明，近20年來，多達(dá)75%的航空事故主要由人為因素所造成。人為因素所導(dǎo)致的差錯(cuò)（人為差錯(cuò)）已經(jīng)成為了航空安全的主要威脅。為此，航空業(yè)界，包括FAA、EASA等適航當(dāng)局機(jī)構(gòu)部門對(duì)于航空人為因素問題進(jìn)行很多深入的研究，以期通過分析找出人為差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和解決方法，提高航空器的使用安全水平。

人為因素（Human Factors）是一門跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的研究課題。對(duì)于人為因素，目前國(guó)際上尚無統(tǒng)一的定義。國(guó)際民航組織（ICAO）對(duì)航空人為因素的定義是：研究范圍涉及到航空系統(tǒng)中人的一切表現(xiàn)，通過利用系統(tǒng)工程的方法和有關(guān)人的科學(xué)知識(shí)，以尋求人的最佳表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)安全和高效兩大目標(biāo)。

從航空器全壽命周期過程來說，航空人為因素問題主要涉及以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：航空器設(shè)計(jì)階段的人為因素、航空器運(yùn)行與培訓(xùn)中的人為因素、航空器維修與保障中的人為因素以及空中交通管理中的人為因素。以上各環(huán)節(jié)的人為因素問題并不是相互孤立的，而是相互影響、互相反饋的過程。通過針對(duì)這四個(gè)環(huán)節(jié)的分析研究，總結(jié)出人為因素問題產(chǎn)生原因和解決方法，以此為降低航空人為差錯(cuò)提供依據(jù)。

人為差錯(cuò)的原因和解決方法

人為差錯(cuò)的原因有多種多樣，而且與設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)航空器的各個(gè)環(huán)節(jié)都有著復(fù)雜的相互關(guān)系。但是通過分析可以看出，對(duì)于航空人為因素而言，產(chǎn)生人為差錯(cuò)的原因主要體現(xiàn)在兩方面：人自身的原因和航空器設(shè)計(jì)的原因。目前，很多業(yè)內(nèi)人士正試圖針對(duì)這兩種原因，通過相對(duì)應(yīng)的途徑來降低人為差錯(cuò)出現(xiàn)的概率：

減少差錯(cuò)：直接介入差錯(cuò)源本身；

捕獲差錯(cuò)：差錯(cuò)已經(jīng)發(fā)生，但試圖在航空器放行前發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)；

包容差錯(cuò)：容錯(cuò)是指系統(tǒng)有能力接受差錯(cuò)而不會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性后果。

其中針對(duì)航空器設(shè)計(jì)的原因，旨在通過設(shè)計(jì)來降低人為差錯(cuò)的方法可稱之為防差錯(cuò)/容錯(cuò)（error-tolerant）設(shè)計(jì)，其目的是要設(shè)計(jì)出更加“友好”、能容錯(cuò)的航空器。在很多問題上，相比從人自身角度而言，從防差錯(cuò)設(shè)計(jì)的角度來降低人為差錯(cuò)、是提高航空安全水平最有效的方法之一。主要原因體現(xiàn)在：

1、人的可靠性難以無限提高。

雖然通過有效的人員培訓(xùn)、合理的組織管理、良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)等方法手段可以一定程度上降低出現(xiàn)人為差錯(cuò)的概率，但是由于不同的人在不同的條件下所存在的不確定性太過復(fù)雜，難以避免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的差錯(cuò)，人的可靠性難以無限提高。

2、很多“飛行員差錯(cuò)”實(shí)際上是“設(shè)計(jì)員差錯(cuò)”。

雖然很多事故調(diào)查報(bào)告中常常會(huì)得出類似“飛行員差錯(cuò)導(dǎo)致了這起事故”的調(diào)查結(jié)論。但實(shí)際上，很多“飛行員差錯(cuò)”的實(shí)質(zhì)是“設(shè)計(jì)員差錯(cuò)”。因?yàn)樵谌藱C(jī)系統(tǒng)中，人為差錯(cuò)不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的人為造成失誤的過程，更為重要的是，不合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為潛在的、可能導(dǎo)致事故的行為提供了存在或延續(xù)發(fā)展的可能性。而這種人為差錯(cuò)往往可以通過設(shè)計(jì)來避免。

3、良好的設(shè)計(jì)能從源頭上降低出現(xiàn)人為差錯(cuò)的概率。

墨非定律中指出：如果某種差錯(cuò)存在發(fā)生的可能性，那么它遲早總要發(fā)生。要想避免某些人為差錯(cuò)的發(fā)生，就必須盡可能消除發(fā)生該差錯(cuò)的可能性。通過合理的防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，可以從源頭上消除很多人為差錯(cuò)發(fā)生的可能性，降低人為差錯(cuò)的發(fā)生概率。

事實(shí)上，在過去的10多年間，“因設(shè)計(jì)導(dǎo)致”的差錯(cuò)已經(jīng)成為適航當(dāng)局所重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。早在1996年，F(xiàn)AA便針對(duì)飛行員——航空器界面問題開展了深入的研究，研究報(bào)告指出“FAA應(yīng)當(dāng)要求對(duì)航空器的設(shè)計(jì)開展評(píng)估，以確定因設(shè)計(jì)所導(dǎo)致的機(jī)組差錯(cuò)以及這些差錯(cuò)的結(jié)果所造成的影響，并將此作為型號(hào)合格審定過程的一部分”。1999年7月，美國(guó)交通部賦予適航規(guī)章制定和咨詢委員會(huì)一項(xiàng)任務(wù)，要求其為FAA提供相關(guān)的意見和建議以“針對(duì)現(xiàn)有的FAR/JAR 25規(guī)章進(jìn)行評(píng)審、并通過建議指出哪些規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)和/或咨詢材料應(yīng)當(dāng)更新或重新制定，以便應(yīng)對(duì)因設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致的機(jī)組不良表現(xiàn)，防止飛行機(jī)組差錯(cuò)（通過容錯(cuò)設(shè)計(jì)、檢測(cè)與恢復(fù)等措施）的頻繁出現(xiàn)。”為了確保適航規(guī)章的協(xié)調(diào)一致，歐洲聯(lián)合航空局（JAA—現(xiàn)在的歐洲航空安全局EASA）隨后也開展了類似的工作。最后，所制定的條例和咨詢材料將應(yīng)用于大型運(yùn)輸類飛機(jī)的型號(hào)合格證及補(bǔ)充型號(hào)合格證的審定過程中。

結(jié)合分析可以看出，從設(shè)計(jì)角度來降低人為差錯(cuò)是當(dāng)前適航當(dāng)局所關(guān)注的重要內(nèi)容；借助防差錯(cuò)（容錯(cuò)）設(shè)計(jì)的方法和技術(shù)手段，設(shè)計(jì)出能容錯(cuò)的設(shè)備是從源頭上降低后續(xù)在航空器運(yùn)行中出現(xiàn)人為差錯(cuò)概率的重要途徑。

防差錯(cuò)設(shè)計(jì)常用方法

進(jìn)行防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，一方面是對(duì)過去因?yàn)樵O(shè)計(jì)而導(dǎo)致人為差錯(cuò)的事例進(jìn)行總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方法；另一方面，可以通過人為差錯(cuò)識(shí)別（HEI）方法來對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)方案中存在可能導(dǎo)致人為差錯(cuò)的不足，并進(jìn)行改進(jìn)。相比較而言，前者更多依據(jù)型號(hào)事故的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，防差錯(cuò)設(shè)計(jì)更有針對(duì)性；后者可以在航空器投入運(yùn)行前的設(shè)計(jì)階段盡可能早的發(fā)現(xiàn)其中的不足，有效降低更改設(shè)計(jì)的代價(jià)。在這方面，國(guó)外已經(jīng)開展了很多研究，提出并發(fā)展了很多HEI方法，例如典型的有SHERPA、HAZOP以及HET等方法。航空器防差錯(cuò)設(shè)計(jì)的主要過程如下圖所示。

在進(jìn)行具體的防差錯(cuò)設(shè)計(jì)過程中，常用的方法包括如下幾個(gè)方面：

信息的防誤判設(shè)計(jì)。如通過顯示顏色、編碼等方式對(duì)信息進(jìn)行區(qū)分，防止機(jī)組人員信息誤判。

信息提示和告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如通過標(biāo)牌、聲音或燈光報(bào)警等方式，為維修人員、機(jī)組等進(jìn)行及時(shí)、正確的操作提供支持。

控制系統(tǒng)中的互鎖設(shè)計(jì)。如通過機(jī)械設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)與門互鎖或順序互鎖，以此防止人為差錯(cuò)的發(fā)生。

誤操作防止結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如通過位移限定裝置、保護(hù)結(jié)構(gòu)、可移動(dòng)蓋板等設(shè)計(jì)，以此防止或減少對(duì)控制器的誤操作。

防差錯(cuò)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

近年來，防差錯(cuò)設(shè)計(jì)在航空器設(shè)計(jì)中已經(jīng)有過很多具體應(yīng)用。例如，將飛機(jī)上可能產(chǎn)生混淆的口蓋設(shè)計(jì)成不同的形狀，在同一個(gè)口蓋上對(duì)類型相同但長(zhǎng)度不同的連接件通過選用不同直徑的加以區(qū)分；機(jī)載設(shè)備上不同的插頭設(shè)計(jì)成不同的尺寸及形狀；各系統(tǒng)中一些手柄采用了防止誤操作的內(nèi)鎖裝置等。

目前，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）在其發(fā)布的AC 20-175中總結(jié)了10種典型的操縱器件防差錯(cuò)方法：

1） 位置與方向。操縱器件的位置、空間和方向的設(shè)計(jì)應(yīng)使機(jī)組在操縱器件的正常移動(dòng)程序中不太可能意外地碰撞或移動(dòng)它們。

2） 物理保護(hù)。在操縱器件的設(shè)計(jì)中可以設(shè)置物理障礙，以防止出現(xiàn)意外的觸發(fā)。例如，設(shè)置凹槽、隔板、翻蓋及保護(hù)罩的操縱器件。

3） 滑脫阻力。針對(duì)操縱器件進(jìn)行的物理設(shè)計(jì)和所用材料可以降低手指及手掌滑脫的可能性。例如，按鈕可以設(shè)計(jì)成帶凹面、有織紋或粗糙的上表面。

4） 手部穩(wěn)定。提供手部支撐物、扶手或其他的物理結(jié)構(gòu)，當(dāng)駕駛員操作控制器時(shí)，以此作為一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)。

5） 邏輯保護(hù)。基于軟件的內(nèi)部邏輯，當(dāng)驅(qū)動(dòng)某項(xiàng)控制被認(rèn)為不合適時(shí)，則基于軟件或與軟件相關(guān)的控制可能失效。

6） 復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。操縱器件的操作方法可以被設(shè)計(jì)成需要復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)。例如，旋轉(zhuǎn)手柄可被設(shè)計(jì)成僅當(dāng)其被拉起時(shí)才能轉(zhuǎn)向。

7） 觸覺提示。不同的操縱器件表面可以有不同的形狀和織紋，以此支持駕駛員在黑暗中或其他“免視”環(huán)境下辨識(shí)不同的操縱器件。

8） 鎖定/連鎖操縱器件。鎖定機(jī)械、連鎖裝置或?qū)ο嚓P(guān)操縱器件的優(yōu)先操作，都可以防止誤操作。

9） 順序運(yùn)動(dòng)。操縱器件可以設(shè)計(jì)成帶有鎖緊、止動(dòng)或其他機(jī)械裝置，以此防止其直接跳過某項(xiàng)運(yùn)動(dòng)順序。

10） 運(yùn)動(dòng)阻力。操縱器件可以設(shè)計(jì)成帶有運(yùn)動(dòng)阻力模式（例如，摩擦、彈性、慣性），以此需要有意的使力來驅(qū)動(dòng)。

早在20世紀(jì)40年代，飛行員在飛機(jī)著陸后收回著陸襟翼時(shí)常常會(huì)誤收回起落架而導(dǎo)致事故發(fā)生。Chapanis對(duì)這一想象進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)員設(shè)計(jì)了兩個(gè)同樣且并排放置的撥動(dòng)開關(guān)，其一針對(duì)起落架、另一個(gè)針對(duì)襟翼。這樣的設(shè)計(jì)導(dǎo)致飛行員極易誤操作。為此，他建議應(yīng)當(dāng)將控制器隔離并進(jìn)行編碼；而且，針對(duì)此現(xiàn)象，Chapanis認(rèn)為這其中的“設(shè)計(jì)員差錯(cuò)”比“飛行員差錯(cuò)”更加嚴(yán)重，并指出好的設(shè)計(jì)是降低人為差錯(cuò)的最重要方法。現(xiàn)在，控制器隔離與編碼已經(jīng)成為了駕駛艙控制器設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)人為因素措施，并取得了很好的效果。

以上是因?yàn)椴扇》啦铄e(cuò)設(shè)計(jì)提高安全水平的成功實(shí)例，但此前國(guó)內(nèi)也有因?yàn)闆]有采取防差錯(cuò)設(shè)計(jì)而導(dǎo)致災(zāi)難性事故的慘痛教訓(xùn)。1994年6月6日，從西安至廣州的西北航空公司圖一154MB-2610號(hào)航班在咸陽上空發(fā)生空中解體，機(jī)上160人（含機(jī)組14人）全部遇難，釀成我國(guó)航空史上最為慘烈的一幕。

事故調(diào)查報(bào)告顯示，事故的直接原因在于地面維護(hù)人員將飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀安裝座上的兩個(gè)插頭：傾斜阻尼信號(hào)插頭（Ⅲ7綠色）和航向阻尼信號(hào)插頭（Ⅲ8黃色）相互插錯(cuò)，導(dǎo)致飛機(jī)起飛離地后，所有橫向、側(cè)向參數(shù)均發(fā)生低頻大幅度變化，使得飛機(jī)出現(xiàn)了發(fā)散型橫向飄擺，最終釀成飛機(jī)的方向舵、尾翼以及右機(jī)翼等相繼折斷而使飛機(jī)解體。但是最為根本的原因在于，作為前蘇聯(lián)20世紀(jì)60年代研制的產(chǎn)品，圖一154MB飛機(jī)沒有采取良好的防差錯(cuò)設(shè)計(jì)以防止兩種插頭出現(xiàn)交錯(cuò)互插。

雖然就目前而言，不可能通過防差錯(cuò)設(shè)計(jì)來保證人員在所有操作和維修等過程中不出現(xiàn)差錯(cuò)。但是，防差錯(cuò)設(shè)計(jì)無疑是從設(shè)計(jì)源頭上減少人為差錯(cuò)的最好方法之一。尤其是對(duì)于航空器設(shè)計(jì)研制方而言，為提高航空安全水平，則更應(yīng)該為設(shè)計(jì)出更加“友好”、“錯(cuò)不了”和“不怕錯(cuò)”的航空器而努力。

我們應(yīng)該重視在航空器設(shè)計(jì)中引入防差錯(cuò)理念，并努力從不斷出現(xiàn)的各種航空事故或事故癥候中吸取教訓(xùn)，尋找防差錯(cuò)設(shè)計(jì)的解決途徑。并針對(duì)人為差錯(cuò)識(shí)別方法（HEI）進(jìn)行研究，以利于在航空器設(shè)計(jì)階段盡早發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致人為差錯(cuò)的設(shè)計(jì)缺陷，進(jìn)行有效的防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，降低后續(xù)使用中的人為差錯(cuò)概率。