基于SHEL模型的飛行人為差錯研究

張玉虎，樊宇，李慶誼

（空軍航空大學飛行訓練基地，遼寧省阜新123100）

基于SHEL模型的飛行人為差錯研究

張玉虎，樊宇，李慶誼

（空軍航空大學飛行訓練基地，遼寧省阜新123100）

利用SHEL模型分析飛行人為差錯的來源，提出了預防人為差錯相關對策。可加強飛行人員的心理選拔、打牢航空理論基礎、加強機組資源管理（CRM）的研究、提高飛行人員的訓練質量，并改善硬件、軟件、環境界面與人的相容性。

人為差錯；飛行安全；SHEL模型

人為差錯是安全技術領域的專用名詞，包含兩方面含義：一是沒有按規定的程序和要求完成操作；二是做了不符合程序和規定要求的操作。飛行人為差錯，就是飛行人員在飛行實踐活動中發生的過失和錯誤。很顯然，每一個飛行人員在某次人為差錯事件中都并不是故意犯錯誤，而是他在特定的情境中，由于受一種或多種因素的影響以及人固有的功能局限而導致其出錯的。利用SHEL模型對飛行人為差錯進行研究，有助于更為深刻、全面地剖析飛行人為差錯。

1 SHEL模型概述

SHEL模型是描述飛行中人的因素的概念模型。SHEL并不是一個單詞，而是由Software（軟件）、Hardware（硬件）、Environment（環境）、Liveware（人）的首寫字母所組成。該模型表明了航空系統中與飛行人員構成界面的四個要素及其相互關系。從圖1可以看到，與飛行人員構成界面的四個要素是：硬件、軟件、航空環境及其他機組成員、管制員（或指揮員）等。系統各要素之間構成的界面是凸凹不平的，意味著各界面之間必須謹慎匹配，否則，系統內的應力就會過高，最終引起系統的斷裂或解體，飛行差錯也就在所難免。從該圖中還可以看到，“飛行人員”位于模型的中心，其他要素圍繞在它的周圍。可見，只要是有人駕駛的飛機，無論自動化程度有多高，飛行人員都將始終是航空系統中最有價值、最重要的因素。但是，由于人類自身的局限，飛行人員也是最易變化、最不可靠的因素。因此，在整個飛行系統里，不但飛行器的設計和制造必須考慮人的特點，其他要素也應適合于人，更重要的是，模型中心的飛行人員還必須了解與自己構成界面的其他要素的局限，并不斷完善自身，才能避免飛行人為差錯。

2 在SHEL模型下分析飛行人為差錯的來源

對飛行人為差錯來源的分析，可以根據SHEL模型中與人構成界面的四個要素來探討當人與其中一個或多個界面不相容時，是如何引起人為差錯的，每一個界面都可視為人為差錯的發源點。

2.1 人-硬件（L-H）界面

人—硬件界面是飛行人為差錯最常見的發源地。如果機載設備的設計和制造不符合人的生理和心理特點或缺乏對意外情況的考慮，就容易誘發人的錯誤。過去空軍曾多次發生連續起飛收襟翼時錯提發動機停車手柄、著陸滑跑放減速傘時誤投副油箱的問題，這些差錯確實是飛行人為差錯，但停車手柄與襟翼手柄、投副油箱按鈕與放減速傘按鈕之間的距離太近，也確實是導致飛行人為差錯的誘因。第三代戰機加裝了語音提示與信號燈相結合的特情告警系統，從技術上看是一大進步，但有時也帶來弄不清真假的問題，很有可能導致飛行人員在特殊情況判斷和處置上發生錯誤。作為飛行人員，只有非常熟悉自己所飛機型的硬件及其設計原理，并對它的優點和缺陷作出合理、客觀的評價，才能真正做到良好的駕駛艙資源管理。

2.2 人-軟件（L-S）界面

軟件包括條令大綱、飛行手冊、飛行程序、航空理論及信息顯示等非物理性信息。這一界面若匹配不良時，也可能誘發飛行人員的錯誤。例如，某部兩起運-8C飛機事故，直接原因是平尾結冰導致海豚跳，但關于海豚跳的問題，國際民航有過深入系統研究，還下發了技術通報，但對此信息，空軍卻沒有得到，直至事故發生。人—軟件界面的問題通常不及人—硬件界面的問題那樣具體和可直接觀察，比較而言，它更難解決。現代飛機座艙的自動化程度越來越高，飛行人員的任務已由原來的直接操縱飛機為主逐漸改變為以監控信息為主，飛行人員的一個非常重要的任務便是對軟件的利用和管理，現代飛機對飛行人員的要求更高，駕駛起來更難。另外，現代飛行管理系統有多種選擇模式，飛行人員與這些系統打交道時，經常會為如何選擇“模式困惑”而頭痛，進而導致決策差錯。如，殲-10飛機進入復雜狀態后，飛行人員錯誤使用自動改平系統，釀成了災難性后果。

2.3 人-環境（L-E）界面

人—環境界面是航空系統中最早被人們認識到的一個界面，也是誘發飛行人員錯誤的常見來源。以自然環境而言，在黃昏、拂曉飛行中，由于自然光線若明若暗且與座艙內燈光亮度相近，致使飛行人員觀察儀表刻度時模糊不清，很容易發生看錯儀表刻度的錯誤。云中平直飛行，由于飛機兩側的明暗程度不同，很容易使飛行人員產生傾斜錯覺，甚至產生錯誤修正的操縱動作。云上飛行，因云的層面與地面并不平行，當飛行人員把云層與藍天的分界線即“假天地線”，錯誤地當成“真天地線”時，就會誘發飛行人員產生飛行狀態判斷錯誤。低空超低空飛行，由于對地面觀察的范圍縮小，所見地標數量少，且與中空觀察時變化很大，再加上無線電羅盤指示誤差大、甚至失真，很可能誘發空中迷航的人為差錯。在遠海上空飛行，晝間要么睛空萬里而海天一色，要么云霧彌漫而天海難分；夜間海面無燈光，向下望去則是黑乎乎的一片；很容易使飛行人員對飛行狀態做出錯誤的判斷，并導致錯誤的操縱動作，甚至因此而造成飛機墜海事故。

2.4 人-人（L-L）界面

人—人界面是最微妙，也是非常重要的一個界面。包括飛行人員、機組、指揮員、空管人員、保障人員等的內部以及他們之間的協同，也包括飛行前、飛行中和著陸后的簡令、指揮和報告等。實際上，大多數多乘員飛機事故都能找到協同不良的教訓。例如，前后艙如果權力梯度過大或過小，必然影響溝通協調，遇有特殊情況，導致決策錯誤。某部殲轟-7飛機事故，兩名飛行人員都是老飛行員，經驗豐富，個人技術比較過硬，恰恰是這種情況，反而導致領導與服從關系處理不好，判斷處置特情沒有統一意志，各自為是，相互搶桿，釀成悲劇。又如，指揮用語不規范、指揮意圖不明確等，都可能導致人為差錯的發生。某部轟—6F一等飛行事故，在飛機著陸產生跳躍后，指揮員指揮口語化，口令不具體、不準確，飛機連續三次跳躍都是“穩住點”、“不要推”、“柔和”，始終沒有發出“看好地面”、“下沉拉桿”、“蹬平舵”的關鍵口令，直至飛機墜毀。某部直-9WA直升機三等飛行事故，就是因駕駛艙內指揮用語不標準，都是“哥們”、“伙計”、“撐住啊”、“往上爬”等俗語，機組成員誰都可以指揮、口令，而機長既不決策也不操縱飛機所致。

需要說明的是，在SHEL模型下分析飛行人為差錯的來源，并不是為了說明發生飛行人為差錯“難免論”，更不是為了說明發生飛行人為差錯“合理論”，而是為了更深刻地認識杜絕人為飛行差錯的艱巨性，需下更大的決心，作出更大的努力，真正解決飛行人為差錯的問題。

3 利用SHEL模型研究飛行人為差錯的預防

SHEL模型不僅適用于討論飛行人為差錯的來源，在制定飛行人為差錯的預防措施時也同樣適用。

3.1 改善模型中心飛行人員的質量

1）扎實的航空理論知識是減少人的差錯的基礎

在航空理論學習和應用方面存在一些薄弱環節，是發生飛行人為差錯的又一重要原因。近年來在新機飛行訓練中發生的飛行人為差錯，多半與新機理論學得不深不透有關。因此，提高航空理論在飛行實踐中的應用水平，能夠有效預防飛行人為差錯。值得一提的是，航空理論知識應該包括有關飛行中人的知識的學習，人們過去較多地注意了對航空系統中的硬件、軟件及環境的認識，但對飛行中的主體—飛行人員卻了解甚少，這不能不說是飛行人員航理教育的一個失誤或缺陷。實際上，人的因素和“機組資源管理”（CRM）課程的重要性并不亞于領航學和空氣動力學。對人的科學了解得越多，便越有利于對自己和他人行為的管理，也就越有利于減少人的錯誤。

2）提高飛行人員的訓練質量是預防飛行人為差錯的關鍵和核心環節

首先，要加強教育引導。由于人為飛行差錯是人的行為造成的，人的行為是受思想支配的，所以，防止人為飛行差錯的第一道防線就是加強對飛行人員的教育引導，使飛行人員深刻認識飛行實踐活動的特點對飛行人員所提出的特殊要求，使每個飛行人員都能充分發揮自己的自覺能動性，刻苦鉆研航空理論，熟練掌握飛行技能和空中作戰本領，自覺培養鍛煉飛行實踐和空中作戰所需要的優良作風，不斷提高思想水平和心理素質。

其次，提高飛行人員的心理素質，使其成為戰勝自己弱點的強者。飛行人員在心理素質上存在某些不適應飛行要求的弱點，是發生飛行人為差錯的重要原因。多數特殊情況處置差錯，均與過分緊張、驚慌失措、難以正常思考問題等心理障礙有關。飛行人員要像鉆研其他航空理論那樣鉆研心理科學理論，并運用心理科學知識分析研究自己的個性心理特征，既要找出自己心理素質中適應飛行實踐活動的強點，又要找出自己心理素質中不適應飛行實踐活動的弱點。飛行人員要掌握調節自己心理狀態和思想情緒的方法，實現從自然心理狀態到自主心理狀態的轉變，使其成為駕馭自己心理狀態和思想情緒的主人。

再次，每次飛行前、上飛機前要認真進行地面準備。認真進行地面準備，對預防發生飛行人為差錯、保證飛行安全、提高飛行訓練質量和效益，增強完成各種飛行任務的能力，具有重要的作用。我國空軍發揚艱苦奮斗、勤儉練兵的光榮傳統，長期堅持“地面苦練、空中精飛”的做法。除了采取傳統的、行之有效的座艙實習、徒步演練、地圖作業、默畫座艙、領航計算、背記飛行數據、特殊情況問答、以及崗位練兵競賽等具體做法外，還應充分利用飛行模擬器，不斷改進飛行模擬訓練的教學方法，最大限度地發揮其“預實踐”的作用。尤其要探索練習快速判斷決策和調節心理狀態的具體做法。

3.2 改善硬件、軟件、環境界面與人的相容性

與人構成界面的其他要素就如同人本身一樣，其表面都是凹凸不平的，要減少人的錯誤的發生，關鍵的一步便是改善這些界面與人的相容程度。飛行座艙是人機交互的橋梁，飛行座艙的設計是人—硬件界面的一個重要方面，必須對它們進行很好的設計以便適合于人的特點。相對于傳統的飛行儀表，多功能視覺顯示系統有著更多針對中國飛行人員的工效學要求。比如，漢字如何排列才最易被飛行人員判讀、字體使用什么顏色、亮度為多少、字號是多大、液晶顯示器的背景照度為多少才合適等等。這些看似無關痛癢的小問題，都直接關系到飛行人員對于飛行參數的讀取。顯示器不僅必須提供信息，而且所提供信息的方式還必須有助于提高人的信息加工效率。

通過改善人—軟件界面各要素的性能也能減少人的錯誤。條令大綱、飛行手冊、飛行程序、航空理論等軟件內容并不是一成不變的，雖然嚴格遵照標準操作程序可降低人的錯誤，但標準操作程序本身也不可能盡善盡美、適合于任何條件和情況。因此，需要飛行訓練的管理部門及時收集飛行人員反饋的相關情況，不斷修訂“軟件”，使之更加實用和科學。

3.3 降低人犯錯誤的后果

預防人的錯誤的另一條途徑便是采用余度設計，以便防止人的錯誤發展到不可逆轉的地步。第一，在設計機載設備時應盡可能考慮到即使飛行人員發生錯誤也應使他有機會修正，不至于一次錯誤便導致災難。如，為防止起落架接地時的意外收上而使用的起落架手柄聯鎖系統，雖然也不能降低源發性錯誤率，但卻可以確保防止起落架收上而引起的嚴重后果。也就是說，人的錯誤行為可由此得到逆轉。只要可能，對那些一旦出錯就會引起嚴重后果的系統，應該在設計時考慮設計余度，以便于出錯時有修正的可能。第二，交互監視問題。如，在飛行學員初上飛機的幾個架次，飛行教員通常會進行與飛行學員進行同收同放起落架手柄的動作，一旦飛行學員由于人為因素出現地面誤收起落架手柄或空中放起落架手柄不到位的錯誤，飛行教員通過同收同放能避免出現不可挽回的錯誤。除人與人之間的交互監視可減少或減輕其后果外，還可使用設備對人的表現實行監視，如近地警告系統（GPWS）和防撞警告系統（TCAS）等，運用上述設備可以引起飛行人員的注意，從而防止撞地或空中相撞事故。

4 結語

利用多種途徑和方法并舉消滅飛行人為差錯是避免飛行事故的明智之舉。布魯金克在定義飛行事故調查概念時指出：飛行事故調查應該是系統地探索為什么飛行活動參與者沒有或沒能中斷一系列人為差錯而最終導致飛行事故的過程。許多事件或人為錯誤連成一串時便會誘發飛行事故，在它們連成一串前去掉或排除掉一個錯誤事件，事故就可得到預防。

[1]羅曉利.飛行中人的因素[M].成都：西南交通大學出版社，2002.

[2]莊志謙.人為飛行差錯研究[M].北京：藍天出版社，2006.

[3]姜海輝，張航江.航空兵部隊機組資源管理概論[M].北京：國防大學出版社，2009.

[4]空軍預防人為差錯教育宣講材料[J].北京：空軍司令部軍訓部，2012.

[5]羅曉利.駕駛艙資源管理[M].成都：西南交通大學出版社，2002.

Research on Human Error in Flight Based on SHEL Model

Zhang Yuhu,Fan Yu,Li Qinyi
(Flying Training Base of Air Force Aviation College,Huxin,Liaoning,123100)

This paper intends to use SHEL model to analyze the source of human error in flight and puts forward some related solutions to prevent those errors,including enhancing the phychological screening of pilots,strengthening the basis of aviation theory,reinforcing the research on crew resource management(CRM),increasing the training quality of pilots,and improving the compatibility of hardware,software,circumstance interface with human.

Human error;Flight safety;SHEL model

2017-09-06）

>>>作者簡介 張玉虎，男，1975年5月出生，1998年畢業于原空軍第三飛行學院，現任團飛行副參謀長，上校，一級飛行員，一直從事飛行組織和教學工作。樊宇，男，1979年5月出生，2001年畢業于原空軍第三飛行學院，現任飛行副大隊長，中校，一級飛行員，一直從事飛行組織和教學工作。李慶誼，男，1975年12月出生，1999年畢業于原空軍第三飛行學院，現任飛行副中隊長，上校，一級飛行員，一直從事飛行教學工作。