民機客艙人機工效設計準則確認方法研究

周珺

摘? 要：民用飛機的客艙是典型且復雜的人機環境，需要解決飛機旅客的乘坐、在飛行不同高度的艙內壓力和溫度保持、新風量供給以及乘客和客艙服務通道及設施、在應急情況下的撤離等一系列問題，既要滿足乘客的舒適度要求，又要保證乘客的安全性。客艙設計中，乘客座椅、服務員操縱器件以及空間布局等通常遵循人機工效設計準則。該設計準則按適航規章的要求和適用的工業標準要求建立，并需要確認其正確性和完整性。

關鍵詞：人機工效;客艙設計;設計準則;確認流程;確認方法

中圖分類號：V37? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

為在有限空間并高速運動的民機客艙里實現客艙舒適性和安全性的設計目標，需要考慮人機工效的要求，而這些要求通常反映在客艙人機工效設計準則中。人機工效設計準則的形成是一個從無到有的過程，需要捕獲CCAR/FAR/CS適航規章及相關說明文件的要求以及民用飛機客艙、人機工效相關行業和國家標準的要求，并參考類似飛機產品的設計要求和運行經驗，經過流程和方法的確認，最終獲得適用的、工程設計可實現的設計準則。

1 民用飛機客艙人機功效設計準則確認方法

人機工程這一學科中的研究交叉融合了人體科學、生物醫學、安全科學、系統工程、控制理論、計算機科學等多種學科。目前常用的研究方法有觀察記錄、實測、實驗、模擬器、計算仿真、分析等方法。通過研究分析CAAC/FAA/EASA等局方規章和指導材料以及SAE、MIL-STD、MIL-HANDBOOK、GB、GJB等行業相關技術資料，借鑒ARJ21、C919等相關機型客艙研制經驗，結合人機工程學科中的研究方法，人機工效設計準則確認方法可以采用（詳見表1）。

1.1 調查問卷法

調查問卷法也叫填表法或者書面調查法，是把要驗證的準則內容以填寫、選擇、問答等形式編制成調查表，然后把它分給被調查人填寫，最后收回進行整理分析。

1.2 虛擬樣機法

針對特定客艙環境，運用各種模型和技術完成虛擬建模并得到相似度好的樣機模型，設置并調整虛擬樣機中的各項參數，構建設計準則確認的虛擬場景，以可視化手段確認設計準則的合理性、可行性。

1.3 物理樣機法

根據待確認的設計準則內容選取物理樣機，針對待確認參數調整物理樣機，利用測量工具測量物理樣機環境中的尺寸參數，根據測得的參數和待驗證準則內容進行對比，得出驗證結果。

1.4 相似機型法

將具備相似性或繼承性的機型的結構設備參數進行比較，通過對比、分析，判斷出設計準則的合理性、可行性

1.5 合理性聲明

依據標準、規范及最佳航空實踐等，直接準確地表述待確認準則的合理性、可行性的方法。

2 客艙人機工效設計準則最低完整性及確認

設計準則的確認除確認可實現性外，還應關注設計準則的完整性。而如何定義和保證客艙人機工效設計準則的完整性，目前仍未有唯一的答案。

適航規章的要求與人機工效行業要求并不一致，在確定設計準則關鍵的人機工效要素上存在高度交叉。該文將通過實際的客艙案例，分析說明如何確定客艙人機工效設計準則（框架）的完整性。

2.1 典型的大型民用飛機客艙

圖1展示了現代民機客艙中座椅的功能及與乘客的界面，圖2展示了客艙數字網絡連接方式，如圖3所示展示了氧氣面罩的安裝，如圖4所示展示了緊急出口。可以看出，民機客艙人機工效設計準則的核心要素包括空間及布局、座椅及調節、客艙娛樂、應急逃生等多個與人相關的要素。事實上，CCAR25部適航規章的要求也完全覆蓋圖1～圖4所示客艙案例的所有要素。

2.2 客艙人機工效設計準則的最低完整性考慮

既然CCAR25部適航規章要求能夠覆蓋客艙設計的所有必備要素，又與該文中設計準則框架中各要素存在高度交叉，因此適航規章要求中與客艙人機工效關聯條款可以作為客艙人機工效設計準則的最低完整性保證。

以適航規章表達的人機工效設計準則需要在每一個飛機上落實。每種機型飛機的客艙人機工效設計準則選取通常要高于最低完整性設計準則，這樣，既保證了各廠家飛機設計的競爭性，又確保了客艙的安全性和乘坐人員的健康。

2.3 客艙人機工效設計準則的合理性和正確性考慮

客艙人機工效設計準則的合理性定義為在保證安全的前提下，人機工效設計在經濟性和舒適性之間的權衡值。過高的舒適性要求需要更高的成本，經濟性就要降低。對于客艙的設計來講，以適航標準構建的最低完整性設計準則已在經濟性和舒適性方面做了權衡，具備合理性。

由于適航規章是經過長時間的經驗積累和飛機運行案例繼承下來的，已確保了現有民用飛機使用的安全性，因此適航規章的正確性是不需要確認的，同理，以適航規章要求構建的最低完整性的客艙人機工效設計準則也是正確的。這樣的確認方法屬合理性聲明（VM5）。

3 客艙人機工效設計準則的確認程序

基于表1中客艙人機工效設計準則確認方法，給出調查問卷確認法以及基于虛擬樣機、物理樣機、典型機型、合理性聲明的確認流程，如圖5所示。

調查問卷確認法（VM1）主要確認步驟是調查問卷的設計、發放、回收、處理。設計調查問卷問題時需要緊扣確認內容，發放調查問卷時需要注意調查對象的選擇，通過回收并分析調查問卷得出確認結果，利用統計分析判斷設計準則的合理性、可行性。

虛擬樣機確認法（VM2）主要確認步驟是選擇虛擬樣機，根據中國人體尺寸百分位數建立人體模型，通過調整虛擬樣機平臺布局與布置和人體模型的空間位置，通過DELMIA等軟件進行人機工效學分析得出分析，結果以此來判斷設計準則的合理性、可行性。

物理樣機確認法（VM3）主要確認步驟是選擇物理樣機平臺，調整樣機平臺的布局與布置，利用測量工具，對測得的人機工效參數進行分析，根據分析結果來判斷設計準則的合理性、可行性。

相似機型確認法（VM4）主要確認步驟是根據需要確認的設計準則選擇相似機型，測量已選機型的人機工效設計參數，通過測得的參數和設計準則進行對比來確認準則的合理性、可行性。

合理性聲明（VM5）主要確認步驟是根據被引用的適航條款直接給出設計準則的合理性、可行性的確認結果。

4 結語

該文提出了確認客艙環境人機工效設計準則的5種方法，包括調查問卷法、虛擬樣機法、物理樣機法、相似機型法、合理性聲明以及開展確認工作的確認程序，可以應用于民用飛機客艙的產品開發。

以適航規章中涉及客艙人機工效的條款要求構建的設計準則，保證了客艙人機工效設計準則的最低完整性。

參考文獻

[1]民航局令第 209 號.運輸類飛機適航標準（CCAR-25R4），中國民用航空局出版社，2011.

[2]C.D.威肯斯，J.G.霍蘭茲.工程心理學與人的作業[M].上海：華東師范大學出版社，2001.