民用飛機設計人為因素適航關鍵點解析

沈東

【摘 要】本文以25.1302條款為基礎，從民用飛機設計人為因素適航審查和適航符合性驗證的角度出發，提出了民用飛機設計人為因素適航相關的關鍵點：人為因素設計理念、人為因素設計特征識別及過程介入、人為因素新穎設計特征、差錯管理，并對關鍵點進行了簡要解析。為我國民用飛機人為因素適航相關從業者提供一定的參考作用。

【關鍵詞】人為因素；設計理念；特征識別；新穎設計；差錯管理

0 概述

進入21世紀以來，人們不斷以新技術對民用航空安全加以改善，早期引發飛行事故高達80%的技術因素已逐漸降到20%，而人為因素卻從20%提至80%，降低人為因素相關的事故率已經成為當前民用航空安全關注的重點[1]。為了降低人為因素相關的事故率，減少由于設計原因導致的人為因素問題，提出全面系統的適航指導和要求，歐洲航空安全局（EASA）和美國聯邦航空管理局（FAA）分別在2007年、2013年發布了CS25.1302條款和FAR25.1302條款，對設計相關人為因素提出了要求[2]。中國民航局（CAAC）暫未發布此條款，但是引入此條款完善人為因素的適航要求已是大勢所趨，未來國內新研制的民用飛機均必須滿足此條款的要求，因此，有必要對人為因素適航條款和人為因素適航驗證中的重要關注點進行研究。

1 人為因素適航專用條款25.1302與已有人為因素相關條款的關系

人為因素適航專用條款：CS25.1302/FAR25.1302：飛行機組使用的安裝系統和設備。

本條適用于預期供飛行機組成員在駕駛艙正常就座位置上操縱飛機所使用的安裝設備。這類安裝設備必須以單個和與其它此類設備組合的形式表明，它的設計可以使經該設備使用培訓的有資格飛行機組成員，在滿足下列要求下安全實施與該設備預定功能相關的任務：

a）必須安裝駕駛艙操縱器件以便完成上述任務，并必須提供完成這類任務所必需的信息。

b）供飛行機組使用的駕駛艙操縱器件和信息必須：

（1）以與任務相適應的分辨率和精度，以清晰明了的方式呈現；

（2）使飛行機組能夠以與其任務的緊迫性、頻繁性和持久性相一致的方式進行訪問和使用；

（3）如為安全運行所必須時，能夠使飛行機組知道其行動對于飛機或系統會產生的效果。

c）安裝設備的操作相關行為必須：可以預期且明白無誤；而且它的設計可使飛行機組以適合于任務的方式對其進行干預。

d）安裝設備必須盡實際可能使飛行機組能夠處理在服役中可合理預期的、因其與設備的各種交流所引起的差錯，假定飛行機組的工作是善意的。本（d）款不適用于人工操縱飛機時的技能相關差錯。

25部規章中與人為因素相關的條款有：25.771（a）（c）駕駛艙、25.773駕駛艙視界、25.777（a）（b）（c）駕駛艙操縱器件、25.1301（a）功能和安裝、25.1303飛行和導航儀表、25.1309（a）（c）設備及安裝、25.1321儀表布局與可見度、25.1322警告燈戒備燈與提示燈、25.1329飛行導引系統、25.1523最小機組、25.1543（b）儀表標記、25.1555操縱器件標記、附錄D。CS25.1302/FAR25.1302條款與現有人為因素相關條款的關系：其中除25.1523最小機組和附錄D外，均是以設備為導向的人機因素設計要求。25.1302是以飛行機組任務為導向，全面系統的人為因素適航要求，注重與飛行機組任務相關的各系統各設備之間的協調與匹配[3]。

2 人為因素適航驗證中的關注問題

2.1 人為因素相關設計理念的確定

25.1302條款不針對具體的設備/系統，25.1302將整個駕駛艙中與飛行員飛行任務相關的設備和功能視為一個整合交互的人機系統，以飛行員任務為導向，以能否支持飛行員有效和安全地完成規定的飛行任務為目標，對人為因素相關的所有設備/系統設計提出原則性的設計要求。集成到駕駛艙中的各個系統/設備要達到統一，解決系統/設備之間可能存在的沖突等都需要有合適的原則，先進的設計理念，也是需要審查方和設計方在項目初期重點關注的內容。如果沒有先進統一的設計理念，各個系統/設備的人機界面就缺乏操作使用上的共性，會為飛行機組帶來困擾。波音和空客都有比較成熟的駕駛艙設計理念，波音777系列飛機的人為因素相關設計理念[4]如下：

1）飛行員對飛機具有操縱權，權限高于計算機；

2）正副駕駛均對飛行安全負責；

3）任務保證優先級：安全>乘客舒適度>效率；

4）飛行機組的操作器件/程序設計要考慮通用型，具有延續性；

5）系統具有容錯設計；

6）設計層次：單一設計、冗余設計、自動化設計；

7）自動化功能可以分擔飛行員工作量，但不能代替飛行員；

8）正常操作和非正常操作條件均以飛行員的基本人體參數限制設計操作動作和任務；

9）引入新技術和新功能的條件：

a）能夠使飛行操作更明了更直接或者能顯著提高效率；

b）對人機界面沒有不利的影響。

2.2 人為因素相關設計特征的識別及過程介入

AMC25.1302建議申請人邀請適航審查人員盡早介入人為因素的設計，這樣可以就設計相關的潛在人為因素問題及時達成共識，可降低申請人在不一定被局方接受的設計特征上過多投資的風險。人為因素相關設計特征的識別貫穿于系統/設備的研制過程中，為了保證與人為因素適航要求貫徹到系統/設備的研制開發中，需要人為因素專家定期對系統/設備進行人為因素相關評估。

2.3 人為因素適航審查的重點：新穎設計特征

波音和空客兩大民用飛機主制造商在新技術使用方面都很謹慎。與人為因素相關的新穎設計特征是人為因素適航審查的重點關注項，也是需要申請人詳細描述和進行驗證的重要內容，人為因素設計開發中采用的適航驗證方法一般有：可操作性分析、相似性分析、重要事故針對性分析、操作信息完整性分析、任務分析、故障模式和故障樹分析、操作程序分析、工作量分析等。對于成熟的傳統設計特征，可能采用一種或者二種方法進行驗證就能獲得局方的認可，但是對于新穎設計局方通常都需要進行全程關注，進行系統的驗證。新穎設計特征的判斷是新穎設計人為因素適航驗證的基礎，辨別新穎設計不能單純的判斷是否是第一次使用的設備或者技術，而要通過回答一下幾個問題來判斷：（1）是否改變了操作方式/方法？（2）是否改變了操作程序？（3）是否改變了飛行機組與設備的交互方式？（4）是否改變了飛行任務和飛行機組的職責？

2.4 差錯管理

處理飛行機組與設備交流而導致的（在服役中可合理預期的）差錯，是一個重要的安全目標，差錯管理主要包括糾錯、容錯和防錯三種處理方法。差錯管理的適航要求來源于對服役中人機界面交流差錯案例統計分析，適航條款和咨詢通告并未對需要進行差錯管理的人機界面做具體要求，因此，申請人需要出民用飛機服役數據、人機界面設計特征和經濟性三方面評估是否需要引入防差錯設計。對于差錯管理，適航審查主要關注申請人對人機界面是否需要進行差錯管理的評估過程和結果。

3 總結

我國尚處在民用飛機設計人為因素適航審查和適航驗證的摸索階段，審查方和工業方對人為因素適航條款的理解上可能會存在少許偏差，在適航審查和適航驗證的過程中難免出現小的分歧，但是對人為因素適航審查和驗證的關鍵點要達成共識才能開展后續工作，因此，本文提出了人為因素適航審查和符合性驗證關鍵點，希望能為我國民用飛機人為因素適航相關從業者提供些許幫助。

【參考文獻】

[1]高培建.人為因素與航空安全[J].科技創新導報，2009（13）.

[2]Human Factors-Harmonization Working Group. Flight Crew Error/ Flight Crew Performance Considerations in the Flight Deck Certification Process[R].Human Factors-HWG Final Report，2004.

[3]許為，陳勇.從駕駛艙設計和適航來減少由設計引發的飛行員人為差錯的挑戰和途徑[J].民用飛機設計與研究，2014（3）.

[4]王學鋒.波音777駕駛艙設計理念[J].民用飛機設計與研究，2006（2）.

[5]National Aeronautics and Space Administration. Systems Engineering Handbook[M].NASA Headquarters，2007.

[責任編輯：王楠]