基于事故事件信息的民機人為因素設計標準研究

張娟娟

摘 要：以近幾年的重大事故或典型事件為基礎，分析事故發生原因，并找出事故原因中的人為因素，確定已有機型中易于誘發人為操縱錯誤的設計。對現有的人為因素設計標準進行梳理，將標準中沒有體現或體現不具體的條款進行分析，為航空器設計人員、航空公司或制造廠提供參考。

關鍵詞：事故事件 事故原因 人為因素 設計標準

中圖分類號：V328.2，X949 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0007-02

Abstract：Based on the accidents and typical incidents ，human factors involved in these accidents and incidents are found.Designs which can induce pilots mis-operations are targeted.By means of teasing out the human engineering standards，the items which are not mentioned or introduced in detail can be analysed comprehensively.These items can be an reference to the aircraft designers，airlines and manufacturers.

Key words：accidents and incidents causes human factors design standards

隨著航空業的不斷發展，在飛行事故中，人與機器的差錯交替出現。20世紀初期飛行員的身體缺陷或操作失誤成為引發事故的主要原因；到40、60年代年代末期飛機的機械因素上升為飛行事故的主要原因；進入80年代后，科技有了突飛猛進的發展，飛機操作系統及顯示系統的高度自動化又對飛行員又提出了更高的要求，人的因素再次成為制約飛行安全的主要因素[1]。在航空業比較發達的國家，人為因素早已被充分認識并恰當的融入到飛機駕駛艙、客艙的設計以及維修等方面。

在關注人為因素的同時，國內外制定了很多標準，在設計上來防止人為差錯產生。例如美軍標MIL-STD-1472F[2]，GJB2873《軍事裝備和設施的人機工程設計準則》[3]，中國民用航空規章CCAR25部[4]等，都對防差錯設計進行了說明。但是多數標準都將防差錯的設計標準作為人機工程設計通用要求的一部分，沒有將其分離出來單獨闡述，做更進一步的說明，這就導致對所規定的某些內容闡述不精確；其次，對現實應用信息的利用較少，即對由在飛行事故/事件中反饋的不合理設計利用的較少。

該文主要對民機設計標準中涉及的人為因素進行研究。以事故事件為依據，對設計標準中可能誘發飛行機組誤操作或是涉及到的警告或警告部件的條款進行分析，對現有設計標準進行補充說明或完善，為提升和改進飛機性能提供更詳盡的參考。

1 事故事件研究

1.1 宇宙貨運航空可控飛行撞地事故

可控飛行撞地是指一架完全滿足適航條件的飛機，在可控和飛行環境正常的情況下撞到地面、山體、水面或其他障礙物而導致的事故。據國際民航組織事故和事故征候數據報告（ADREP）系統顯示，從1992—2003年，全球由可控飛行撞地導致的傷亡事故共計180起，平均每年15起。

飛行員疏忽造成的航向、飛行高度的錯誤，機相對于地形的位置判斷錯誤，不合適的下降率，著陸進近階段低于最小安全高度飛行，違反飛行程序，不按復飛程序實施復飛，低于氣象標準時仍強行著陸等，都是導致可控飛行撞地的原因。

1.1.1 事故簡述

2009年3月26日，一架哥倫比亞宇宙貨運航空公司的波音727-300貨機，執行從萊蒂西亞到哥倫比亞波哥大的貨運航班任務，在接近波哥大時遇到惡劣天氣。在高度大概為1000英尺時執行復飛。復飛后第二次進近在跑道上安全著陸，飛機停在跑道末端。之后檢查飛機，發現有樹枝遺留在飛機的起落架上，確定飛機撞到了樹。

1.1.2 事故原因分析

（1）飛機以不合適的下降率進近，并采用不適當的技術和程序。復飛開始的太遲且以一種危險的方式實施復飛，導致飛機在外指點標之前撞樹。

（2）當飛機下降到最低扇區高度之下后，雷達系統沒有發出告警信號。

1.1.3 設計改進研究

（1）執行錯誤下降率

飛機第一次進近時，飛行員執行了過大下降率。下降率過大，高度下降過快，水平速度小，易導致升力不足和重著陸。由于執行過大下降率而導致的事故、事件屢有發生。2010年4月2日西北航空公司的A320在丹佛國際機場的大下降率下降、1994年12月2日美國西部航空公司的B737執行過大下降率以及2011年6月20日俄羅斯航空公司的圖134執行過大下降率等不安全事件表明明，怎樣從設計上防止飛行員執行錯誤下降率是迫切需要解決的問題。

飛機下降率應由計算機系統計算。計算機根據傳感器傳送的高度、地速、氣象條件等信息，并結合數據庫存儲的跑道類型和周邊地形數據，計算出具有可接受波動范圍的下降率。進近階段將其通過駕駛艙顯示器傳遞給飛行員。

FAA于2011年12月8號發布了咨詢通告AC20-175，《Controls for Flight Deck Systems》。該咨詢通告給出了10種常用的降低操縱器件誤操作的方法，包括：位置&方向、物理保護、滑脫阻力、手部穩定、邏輯保護、復雜的運動觸覺提示、鎖定/連鎖操縱器件順序運動和運動阻力[5]。要有效降低操作飛機執行大下降率下降的發生概率，可以采取邏輯保護以及增加手部穩定設計的方法。

（2）雷達告警

飛機下降到最低扇區高度之下后，雷達應該發出視覺及聽覺告警，引起管制員注意，以便其第一時間發現飛行器所處的危險狀態，并能在第一時間給予機組警告，讓其意識到飛機的當前狀態并及早采取措施改出危險狀態。

除雷達告警之外，另一種方法就是在駕駛艙安裝視景顯示器。駕駛艙主飛行顯示器（Primary Flight Display，PFD）上顯示由數據庫合成的三維飛機前方飛行環境，使顯示器成為視景顯示器。同時在導航顯示器（Navigation Display，ND）上顯示飛機下方正投影地形圖。2008年8月31日委內瑞拉Conviasa航空公司的撞山事故[6]以及2009年8月2日印尼梅帕蒂航空公司的撞山事故[7]皆因不了解前方地形又不能獲得前方地形信息而撞毀。這種合成的地形顯示不受天氣狀況影響，在能見度不高的情況下，這一優點尤為突出。

1.2 韓國釜山特大飛行事故

1.2.1 事故簡述

韓國時間2012年4月15日，中國國際航空公司的B767-200執行從北京飛往韓國釜山金海機場的航班任務。在金海國際機場盤旋進近著陸時墜毀。飛機撞地損毀繼而起火，導致航空器完全損毀。

1.2.2 事故原因分析

（1）在向跑道盤旋進近的過程中喪失位置感，導致飛機飛出盤旋進近區，使三邊轉彎延遲。

（2）飛機撞地前5秒副駕駛建議機長復飛，機長沒有反應，副駕駛也沒有執行復飛。

（3）機組在進行盤旋進近時不了解B767-200作為寬體客機的著陸最低氣象條件；在進近簡令中沒有包括飛行和培訓手冊中規定的復飛項目。

1.2.3 設計改進研究

（1）儀表進近階段引導信息

儀表進近階段缺乏引導信息。該航班機組使用的儀表進近程序圖顯示了平面圖，有等高線，不同顏色的陰影表示地形的高度，以及標明標高的障礙物標志，但是復飛等待部分的放大圖沒有顯示出盤旋進近區以北的障礙物。

（2）盤旋進近階段安全高度警告

金海機場建有最低安全高度警告系統（Minimum Safe Altitude Warning，MSAW），MSAW按邏輯設計觸發并產生視覺告警，任何時候當航空器在有最低安全高度程序的方塊內低于MSAW觸發高度時或是從低于最高安全高度進近約2英里時，MSAW會發出字符閃爍的視覺告警。

這種單一的警告類型對進近過程中高度過低，尤其是機組喪失情景意識時進近高度過低的告警級別不夠明顯。此時機組工作負荷大，壓力大，閃爍的屏幕得不到機組充分的重視。因此，MSAW應考慮在單一視覺告警的基礎上，添加音頻（聽覺）警告。音頻應該急促而有力，最大可能吸引機組注意。

（3）駕駛艙顯示器

機組內部談話以及與塔臺的無線電通信表明，由儀表進近轉為盤旋進近的時候，飛行機組對航空器的位置喪失情景意識。此時機組多項任務并存，難免在某些事件上注意力相對分散，而人的記憶力和注意力是有限的。

要想前瞻性的和主動性的探測飛機有可能遇到的威脅，就要將來自不同傳感器和各告警信息進行融合，按優先級進行排序，因此建議開發駕駛艙新型顯示模式。新型顯示模式能夠給飛行員在各個飛行階段提供最優化的情景意識。根據高分辨率、高精度、高完整性的地形數據庫，合成與真實的外部地形具有高相似度的地形顯示，將該合成地形庫在PFD上顯示。即使飛機導航系統完整性受到損壞或是與地面塔臺溝通出現障礙，也能很好的輔助機組判斷飛機位置、航向以及周邊環境，進一步可以減少跑道入侵或滑行偏差等類似不安全事件的發生。

2 人為因素相關設計標準研究

（1）HB7289-96《民用運輸機駕駛艙儀表、顯示器及有關控制器的要求》[8]規定了民用運輸機駕駛艙中儀表、顯示器及有關控制器的布局及設計要求以及平視顯示器（Head Up Display，HUD）的設計和安裝要求。其中4.6節系統顯示器（System Display，SD）第5部分指出：SD應能自動地顯示下述信息：

a.在告警顯示器上指示的相應故障；

b.飛行階段正常的狀態監控；

c.接近極限值的關鍵參數；

d.系統運行狀態的改變。如不需要機組人員注意或采取措施時，可以抑制自動顯示。SD還應有手動選擇系統信息的功能。

對于c條“接近極限值的關鍵參數”可做詳細說明，指明具體是哪些參數。例如GPWS（近地警告系統），其核心是近地警告計算機，其核心參數應包括下降率過大、過大的地形接近率、起飛或復飛時過度掉高度、不在著陸形態時的不安全越障高度、低于下滑道太多、無線電高度和決斷高度的報告、風切變警告。

GPWS缺陷之一是如果前方出現突然上升的地形，垂直的峭壁或陡峭的懸崖，則無法及時發出告警信號，導致延緩改出機會。警告信號的作用就是提前告知人危險的存在的，若是其前瞻性不存在，那么警告系統就沒有存在的意義，因此警告信號的及時性雖然不是關鍵參數，但是其系統實現功能的基本前提，應給予充分重視。

（2）SAEARP5108v001《Human Interface Criteria for Terrain Separation Assurance Display Technology》[9]定說明了系統的應具有提前警告的功能，且警告應包含視覺警告及聽覺警告兩方面。就韓國釜山特大飛行事故而言，其MSAW作為關鍵警告，應包含2個方面即聽覺和視覺。標準方面，明確了負責發出警告的系統后，應對這個或這些系統發出的警告類型進行詳盡說明，例如警告的可視性，可是警告時用的字體、字體寬度高度比、或是字體顏色、字體閃爍頻率等；聽覺警告的強度、可辯性、頻率、時長等。

3 結語

通過對事故事件發生原因的分析，并與現有的標準包括設計標準、試航標準的對比，發現針對民機駕駛艙的設計標準比較完整。但是在一例又一例事故發生的背后，反映的是標準遵循程度不夠。因此，在不斷完善標準的同時，要加強各型號飛機的試航管理，也要運營人管理、完善操作規程和檢查規定，加強培訓。

參考文獻

[1] 葛盛秋.駕駛艙資源管理與人的因素研究[J].國際航空，1998（3）：57-58.

[2] MIL-STD-1472F，DEPARTMENT OF DEFENSE DESIGN CRITERIA STANDARD-HUMAN ENGINEERING[S].

[3] GJB 2873-97軍事裝備和設施的人機工程設計準則[S].

[4] CCAR-25-R4中國民用航空規章第25部-運輸類飛機適航標準[S].

[5] FAA AC-20-175，Controls for Flight Deck Systems[S].

[6] 中國民航大學安全科學研究所.世界民航事故調查跟蹤[Z].2010（8）.

[7] 中國民航大學安全科學研究所.世界民航事故調查跟蹤[Z].2010（5）.

[8] HB 7289-96，民用運輸機駕駛艙儀表、顯示器及有關控制器的要求[S].

[9] SAE ARP5108，Human Interface Criteria for Terrain Separation Assurance Display Technology[S].