基于AHP的飛機駕駛艙信息元重要度計算

闞桐

摘? 要：飛機駕駛艙構造復雜，其界面布局的合理性會直接影響到飛機任務的完成和飛機駕駛的安全性，該文基于層次分析法，以空客A320為研究對象，對駕駛艙內各面板信息元進行重要度計算，從而對以后駕駛艙布局優化提供設計支撐。首先利用AHP得出飛行任務之間關聯矩陣，然后統計信息元在不同飛行階段中出現的次數，最后計算得出信息元的權重值。

關鍵詞：飛機駕駛艙? 層次分析法? 信息元? 重要度

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0251-04

Abstract： The structure of aircraft cockpit is complex， and the rationality of layout will directly affect the completion of aircraft task and the safety of aircraft driving. Based on the analytic hierarchy process， the article takes airbus A320 as the research object to calculate the importance of each panel information element in the cockpit， so as to provide design support for the optimization of cockpit layout in the future. First， the correlation matrix between flight missions is obtained by using AHP， then， the frequency of information element appearing in different flight stages is counted， finally， the weight value of information element is calculated.

Key Words：? Aircraft cockpit; Analytic hierarchy process; Information units; Importance

飛機駕駛艙內部顯示和操縱裝置眾多，構造復雜，其界面布局的合理性會直接影響到飛機任務的完成和飛機駕駛的安全性。飛行員通過駕駛艙內顯示儀表來獲取飛行信息，通過各類控制桿、控制按鈕等來操縱飛機[1]，合理的飛機駕駛艙布局對機組的運行效率、安全有著重要的影響[2]。依照重要性、使用頻率等原則可將各種信息元放置在合理的位置上，因此研究駕駛艙內各信息元重要度是設計一個合理的駕駛艙布局的關鍵問題之一，該文運用層次分析法計算飛行中不同任務階段權重，從而分析出面板信息元的重要度。

20世紀70年代初，美國運籌學家大學教授薩蒂提出了一種層次權重決策分析方法，可以對一些問題進行定性和定量分析，將有關的元素分解成不同的等級層次。文獻[3]基于AHP為食品廠配送中心提供可靠的設施布局優化方案，為企業的發展提供理論依據基礎。文獻[4]在資源分配系統中，基于層次分析法得到了各層級權重值，使得資源以合理的分配系數分配到各任務中。文獻[5]建立了一個模型，用來評價駕駛艙內環境，運用層次分析法對某型飛機駕駛艙環境設計進行了較為科學合理的評價。文獻[6]基于層次分析法，計算得出共享汽車發展趨勢評價表，對其進行分析，為共享汽車的可持續發展提供了設計依據。

1? A320飛行階段評價模型建立

1.1 層次結構分析

層次分析法可以將一些較為復雜、模糊的問題簡單化，定性和定量結合。利用層次分析法要經過4個步驟：（1）將各個因素自上而下分為若干層次，繪制出層次結構模型;（2）比較兩元素之間的重要度，對同級內的元素相對于上一層進行兩兩相互比較，構造各層次中的判斷矩陣;（3）做一致性檢驗和各層次權重值的求取;（4）根據上下層級關系，求取組合權重值。以A320為研究對象，基于層次分析法，對飛行任務階段進行建模，將整個飛行任務過程劃分為不同的飛行階段，根據任務飛行階段的的重要度和安全性的不同，相比較下，對各個任務階段賦予不同的重要度值，構造出判斷矩陣， 對各個層級矩陣進行一致性檢驗，從上至下，并計算不同層次上的元素權重值，從而最終得出組合權重值。

飛行過程可以分為起飛前準備、起飛、降落、接地4個大階段，每個階段下根據飛機流程又分為其他小階段。每個階段下根據飛機流程又分為其他小階段，包括開啟電源、設置飛行電腦、開車及后推、滑行前設定、滑行至跑道及系統檢查、起飛前檢查、起飛、爬升、開啟防冰裝置、下降、進場、落地前檢查、接地、滑至停機坪14個階段。基于空客A320的駕駛任務流程，采用層次分析法對不同任務階段賦予不同的權重，約束層次目標數如圖1所示。

1.2 構造判斷矩陣

構建好模型后，確定各個層次之間的關系，逐層計算具有影響作用的元素間的相對重要性，進行兩兩比較，根據重要度來評定等級，組成判斷矩陣。判斷矩陣元素 a_ij的標度方法如表1，其中aij=1/aji，aij=1，表示元素i相對于元素j重要性相同;aij=3，表示元素i相對于元素j略重要;aij=5，表示元素i相對于元素j重要;aij=7，表示元素i相對于元素j重要得多;aij=9，表示元素i相對于元素j極其重要（見表1）。

飛機駕駛艙合理的布局設計是飛機安全、舒適的重要因素，該文以A320為例，基于層次分析法，得到了各飛行階段任務權重值，通過實地錄屏觀察、分析統計得到面板信息元在不同飛行任務階段出現的次數，從而得到了信息元的權重數值，為后面駕駛艙布局優化提供了可靠的數據支撐，根據重要性、使用頻率對駕駛艙進行優化設計。

在不同的飛行階段，飛機的安全性是不相同的。飛機起飛后3min和飛機降落前8min是民航界所知的“黑色11分鐘”最危險的時期。飛機在起飛階段所用的時間較少，但發生緊急事故的概率卻很高，這是由于飛機在這些飛行階段所處的高度問題，所以給飛行員處理緊急事故的時間是很有限的。比如在巡航階段時，飛行環境比較穩定，飛機遵循自動駕駛程序，相對是很安全的，在高空中，飛行員可以有較長的時間去制訂、執行事故處理方案。因此飛機在每個飛行階段的安全性以及各飛行階段對整個飛行過程的重要性是不同的。根據建立的約束層次目標數，邀請4位飛行員對各約束目標的相對重要性進行評定，并結合飛行手冊、實際飛行情況，了解在不同任務階段完成某項任務的相對重要性，得出以下5個判斷矩陣。

1.3 相對重要度計算和一致性檢驗

根據判斷矩陣C，從上到下逐層計算各個層次上元素的權重，最后相乘得到組合權重。在判斷一致性時，通過一致性指標 C.I.=（λ-n）/（n-1）， C.R.=C.I./R.I.，其中R.I.是這樣得到的：對于固定的n，隨機構造成對比較陣A，aij是從1， 2，…，9，1/2，1/3，…，1/9中隨機抽取的，取充分大的子樣得到A的最大特征值的平均值，通過查表可得出相應的一致性指標R.I.（見表2）。

計算一致比率C.R.， 當C.R.<0.1時，則判斷矩陣的不一致程度符合要求;當C.R.≥0.1時，判斷矩陣的一致性不在允許范圍內，需要重新調整判斷矩陣，直到具有滿意的一致性。經計算，結果見表3。

由表3得：

W（1）=（0.1091， 0.3509， 0.3509， 0.1891）T

W12=（0.0643， 0.3010， 0.1176， 0.1176， 0.1998， 0.1998）T

W22=（0.4444，0.4444，0.1111）T

W32=（0.7501，0.2499）T

W42=（0.1634，0.5396，0.2970）T

由此，可計算二級指標的綜合權重值，如表4所示。

在表2中，所有矩陣的一致性比率均小于0.1，可知矩陣具有滿意的一致性，證明模型是可靠的。

2? 駕駛艙信息元重要度計算

在狹窄的駕駛艙空間內，各種飛機顯示和操縱裝置星羅棋布，其合理的人機界面布局對安全飛行有重要意義，因此需要求得信息元的重要度，根據重要度、使用頻率等原則將面板信息元放在合適的位置上。首先對駕駛員在整個飛行操作過程中進行錄屏觀察，對于各信息元面板，記錄其在不同任務階段操作中所出現的次數，各任務階段的權重值乘以信息元對應出現的次數值相加，得到每塊信息元面板的重要度。

A320駕駛艙主要分為4塊大區域，頭頂板、遮光板、中央儀表板、中央操作區，4塊大區域下共有70塊面板，經統計分析，共有35塊面板出現在飛行任務中，其中PFD、ND按鈕、EFIS面板、PFD顯示器、ND顯示器、MCDU面板、RMP面均為對稱分布，在統計表格中，只統計其中一塊面板。其余未出現在任務中的面板重要度記為0，不列在統計表格中，表5記錄操作面板出現的次數。

計算每塊面板的權重值，其中，WCi代表不同任務階段的重要度，1-14代表14個任務階段，ei代表面板在Ci任務中出現的次數，如D1重要度值W=Wc1d1=0.0070×1=0.0070，經計算得29塊操作面板的重要度，見表6。

經計算得到34塊面板信息元的重要度值，為駕駛艙的優化布局設計提供數據依據，根據重要度和使用頻率原則，將信息元布置在合理的可視和可操作范圍內，使得飛行員可以更高效、安全地完成飛行任務。

3? 結語

飛機駕駛艙合理的布局設計是飛機安全、舒適的重要因素，該文以A320為例，基于層次分析法，得到了各飛行階段任務權重值，通過實地錄屏觀察、分析統計得到面板信息元在不同飛行任務階段出現的次數，從而得到了信息元的權重數值，為后面駕駛艙布局優化提供了可靠的數據支撐，根據重要性、使用頻率對駕駛艙進行優化設計。

參考文獻

[1] 蘇潤娥，薛紅軍，宋筆鋒.基于虛擬設計的民機駕駛艙工效布局評價[J].航空計算技術，2008，38（2）：69-73.

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[3] 婁慧斌，李坤.基于AHP的配送中心布局規劃設計[J].物流技術與應用，2017，22（11）：130-133.

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