C919駕駛艙設(shè)計的奧秘

王思磊

1903年，萊特兄弟設(shè)計制造了第一臺有動力的飛行器，飛行員頭朝前趴在下機翼上操縱這架飛機，并通過移動搖架來牽動纜線使機翼扭曲，從而達到改變飛行方向的目的。人類航空史上首個人機交互行為由此產(chǎn)生。隨著民用航空技術(shù)的發(fā)展，人機交互的界面和環(huán)境不斷改善，作為駕駛員運作決策和發(fā)布操作指令的場所，駕駛艙設(shè)計的重要性日益凸顯。

“以人為本”的產(chǎn)品導向

在相當長的一段時間內(nèi)，飛機不斷向快速、遠程和大型化發(fā)展，機載設(shè)備漸趨復雜，駕駛艙設(shè)備也發(fā)展成復雜的機械儀表和旋鈕。20世紀70年代以前，一架商用飛機駕駛艙中要安裝近一百個獨立的機械儀表，每一個儀表基本上只能指示一種信息，飛行機組需要人工識別、判斷信息間的關(guān)聯(lián)性以及飛機的工作狀態(tài)來操縱飛機。因此，為了完成飛行任務(wù)，一架飛機的機組人員除駕駛員外，還增設(shè)隨機機械員、隨機報務(wù)員、領(lǐng)航員等，一度形成 5人制飛行機組。

隨著計算機、信息網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的廣泛運用，集成顯示器取代了傳統(tǒng)的機械儀表界面，駕駛艙操縱器件數(shù)量明顯減少。同時，數(shù)字化的圖形顯示和高度自動化的控制功能大大降低了飛行機組的操縱負擔，飛行員的注意力從操縱飛機轉(zhuǎn)移到監(jiān)控飛機及其運行環(huán)境狀態(tài)上來，飛行機組也由5人制變成了2人制。

但是，盡管駕駛艙集成化、自動化程度越來越高，目前仍有70%以上的飛行事故源于人為因素。因此，人為因素在駕駛艙的設(shè)計中越來越受到國際航空界的重視。

20世紀90年代，F(xiàn)AA（美國聯(lián)邦航空管理局）和EASA（歐洲航空安全局）針對駕駛艙人為因素問題聯(lián)合成立了協(xié)調(diào)工作組。經(jīng)過近十年的研究，工作組于2004年完成了研究報告，形成了駕駛艙人為因素專門條款建議稿和咨詢通告草稿。2007年，EASA在其適航標準第三次修訂時正式增加CS25.1302條款。2013年，F(xiàn)AA在第137號修正案中正式增加FAR25.1302條款，并同時發(fā)布咨詢通告AC25.1302-1。

在此之前，適航條款僅僅對駕駛艙特定系統(tǒng)的設(shè)計進行了規(guī)定，沒有涉及駕駛艙所有設(shè)備綜合性地防止和處理人為差錯的規(guī)定，新增的25.1302條款就是為了解決這一問題，它不僅包含駕駛艙功能與飛行任務(wù)相匹配的設(shè)計要求，還規(guī)定了包括防止和處理機組差錯在內(nèi)的有關(guān)人為因素的更直接的設(shè)計要求。

從傳統(tǒng)駕駛艙設(shè)計更多地關(guān)注軟硬件的更新?lián)Q代，到現(xiàn)代駕駛艙設(shè)計更多地考慮人為因素，在設(shè)計流程上，從自下而上的綜合布置，到把駕駛艙作為一個整體自上而下進行研制，駕駛艙設(shè)計理念實現(xiàn)了由技術(shù)導向到“以人為本”的產(chǎn)品導向的轉(zhuǎn)變。

設(shè)計中的“人為因素”

“隨著機械儀表被大屏幕顯示器取代，駕駛員所要觀察的信息往往是通過計算機網(wǎng)絡(luò)顯示在大屏幕上，但是，什么時候給出什么樣的信息，如何讓駕駛員很好地理解并使用這些信息，根據(jù)信息作出正確的決策，并且準確地執(zhí)行，是C919駕駛艙設(shè)計中考慮人為因素的關(guān)鍵問題。”中國商飛上飛院駕駛艙部部長馬顯超說。

在C919駕駛艙正副駕駛員的前面，有5塊大屏幕顯示器，分別顯示飛行狀態(tài)、導航信息、告警信息、簡圖頁等。當飛機處于不同階段時，飛行員需要關(guān)注的信息各有不同，比如滑行階段，飛行員需要關(guān)注起落架的胎溫、胎壓，而在巡航階段，這些信息不再是飛行員關(guān)注的重點。因此，在C919飛機駕駛艙顯示系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計人員充分對顯示信息進行了梳理分類，通過邏輯編程，將飛機在滑行、起飛、爬升、巡航、下降、著陸等各個階段飛行員不需要關(guān)注的信息進行抑制，需要關(guān)注的信息進行排序。“這樣一來，屏幕上只會顯示飛行員需要關(guān)注的信息，通過這些信息，飛行員可以第一時間了解飛機的狀態(tài)，不再需要手動調(diào)取信息，也不需要篩選最需要的信息，既減輕了飛行員的工作負荷，也避免了人為因素引起的誤操作。”中國商飛上飛院電子集成部航電總體室主任許健說，“同時，C919飛機還備份了30種屏幕失效情況下重新構(gòu)建顯示區(qū)域的方案，好比說，如果其中有一塊屏幕忽然失效了，關(guān)鍵信息會立即進行重構(gòu)，顯示在其他屏幕上。”

除了顯示系統(tǒng)，駕駛艙設(shè)計中另一個充分考慮“人為因素”的設(shè)計就是告警系統(tǒng)。在飛機各個專業(yè)告警系統(tǒng)的設(shè)計階段，出于安全考慮，在出現(xiàn)故障時，每個專業(yè)都希望盡可能多地顯示告警信息，但對于全機來說，并不是每個告警都需要立即操作，飛行員希望系統(tǒng)能夠提示哪個故障是最緊急的，可以通過什么方式處理。

“在告警系統(tǒng)設(shè)計中，我們主要關(guān)注兩個方面的問題，一個是對告警信息進行等級分配，一個是如何引導飛行員去處理故障，”中國商飛上飛院駕駛艙部人因工程和仿真評估室劉洪濤說，“站在全機的角度考慮，飛機的故障有等級之分，對于災(zāi)難性的故障，比如客艙失壓和發(fā)動機著火，一定要在最短的時間內(nèi)、以最高效可靠的形式告知飛行員采取行動。因此，這類故障告警出現(xiàn)在EICAS（告警信息顯示屏）的最上層，并以紅色標記，同時伴有燈光和音響告警。其他故障根據(jù)危險等級依次排列，由重到輕，對于暫時不會危及飛機安全的故障排在最后，有些甚至暫時不會出現(xiàn)告警。另一方面，對于這些故障，系統(tǒng)還要提示飛行員進行處理，這些提示要具有很強的引導性，不能太復雜，要讓飛行員能夠在極短的時間內(nèi)進行準確操作，處置故障。”

評估工作至關(guān)重要

“如何讓‘以人為本的駕駛艙設(shè)計理念落地，除了要在設(shè)計中充分考慮人為因素外，飛行員的評估工作也至關(guān)重要。”中國商飛上飛院駕駛艙部駕駛艙集成設(shè)計室主任劉海燕說，“由于設(shè)計人員普遍不具備真實駕駛飛機的經(jīng)驗，設(shè)計出來的駕駛艙是否符合實際的駕駛習慣，還需要飛行員進行評估。波音777型飛機的駕駛艙采用了與波音傳統(tǒng)駕駛艙不同的設(shè)計方案，在交付之前，波音公司邀請了大量來自不同航空公司的飛行員進行評估，完善設(shè)計方案。”

為了確保C919飛機的駕駛艙設(shè)計能充分滿足客戶要求，除了廣泛開展航空公司調(diào)研和內(nèi)部飛行員評估外，2017年8月17日，中國商飛公司邀請東方航空公司飛行員參與C919飛機的駕駛艙評估工作。評估工作由中國商飛上飛院駕駛艙集成設(shè)計團隊牽頭開展，各專業(yè)設(shè)計團隊、東方航空公司飛行員、中國商飛試飛中心和客服中心的試飛員共同參加，局方也作為觀察員參與其中。

在評估工作開展之前，駕駛艙集成設(shè)計團隊制定了駕駛艙評估準則，確定了“靜態(tài)評估”和基于任務(wù)的“平臺評估”兩個階段。靜態(tài)評估主要通過會議的方式，將駕駛艙的設(shè)計方案逐條進行評估，形成意見；進而開發(fā)動態(tài)平臺，讓飛行員在模擬器上進行實際操作，進一步完善設(shè)計方案。

中國商飛上飛院駕駛艙部駕駛艙集成設(shè)計室張垠博表示：“在駕駛艙設(shè)計方案評估過程中，我們充分考慮了飛行員的意見，對駕駛艙布置、顯示、告警等設(shè)計不合理的地方進行完善。同時，為了保證完善的方案符合適航要求，我們還邀請局方代表參與評估過程。更改后的設(shè)計方案需要進行大量的試驗驗證，證明其既滿足人為因素要求，也滿足適航條款要求。”