人机界面分析
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szzunzheng
2007-07-11
根据事故统计分析,人的因素是影响现代航空安全的重要因素。全世界约有2/3以上
的飞行事故的直接原因是飞行机组的失误。在我国16年民航飞行事故中,人的因素达64%,
如果再考虑到空中交通管制和机务方面原因,这个比率约为80%~90%。因此,人的因素不
可替代地成为航空安全的关键因素。
人的因素(Human Factors),在我国民用航空界也称人为因素。它是按照人的解剖学、
生理学和心理学等方面的特性,设计“机”,并使之符合人的高效、健康、安全、舒适的各
种要求;优化人—机—环境系统,使三者达到最佳配合,以最小的劳动代价,换取最大的
经济效果。现代飞机的自动化程度越来越高,自动控制系统已经达到了相当完善的程度。
同时,现代飞机也是应用人机工程学最充分的产品。人们已经体验到现代飞机驾驶舱内宜
人的环境和自动化带来的高效与舒适,以及相当高的安全可靠性。技术的重大改善,使人
的因素的重要作用更显得突出。
一、SHEL模型
人处于特定的人机界面,可以用SHEL模型来描述。人为失误容易产生于以人为中心的
与硬件、软件、环境以及其他人之间的接点上。这些接点也被称为SHEL模型的四个界面:
L—S界面、L—H界面、L—E界面、L—L界面。其中S(Software)代表软件,H(Hardware)
代表硬件,E(Environment)代表环境,L(Liveware)代表人。L—S界面是指人与软件之间
的关系,研究合理的操作程序、检查单程序以及应急程序等问题,以便简化作业环节,减
少人的劳动负荷和劳动强度。L—H界面是指人与硬件之间的关系研究人与显示器、操纵器
之间的相互适应问题,以及使人机界面设计更为适合人的要求。L —E界面指人与其所处
的环境的关系,研究特定环境中的噪声、振动、高低温、加速度、生物节律、时差等对人
的影响,以及适应过程和反应规律。L—L界面指人与人之间的关系,即工作中人与其相关
的人之间的配合协调关系。如在驾驶舱环境中,它是研究机组成员之间、机组与航管人员、
签派人员之间的人际关系,个体交流、机组协作与配合,机长的领导艺术的管理心理学和
社会心理学。
SHEL模型的核心问题是人。无论机器的自动化程度怎样高,人始终是作业系统中最重
要的主导因素,由于人类自身的局限,人也是易变化和不可靠的因素。
二、人机系统的功能
1.信息接受
信息来自飞机、A/P(自动驾驶仪)、ATC(空中交通管制)、以及外界环境等方面。信息
接受就是飞行员对以上各信息的监控,它是飞行过程中判断决策乃至操作的基础,判断决
策是人机系统的中心环节,人们必须通过准确全面及时地信息接受,才能做出正确的判断
和有效的操作。在信息接受方面包括人-机信息链,人-人信息链,和空-地信息链。
(1)人-机信息链(P-C):人对仪表装置的认读的准确全面和迅速,特别是对警示装置的
反应更强调其时效性。对自动驾驶状态,飞机在自动器的协调下从事着复杂的飞行过程,
这个过程的进行往往是看不见的,人的主要工作是对飞机状态的监控和管理的信息接受、
与正常状态的比较判断,这种新的人机分工虽然最大限度地减轻了人的体力负荷,但在心
理上带来了新的问题。如注意力凝滞、慌乱(Confusion)和缺乏处境意识等。一架B747飞
机低于安全高度进近,当近地警告报警时,驾驶员非但不予注意,反而要摆脱令人厌烦的
声音将它关闭,造成机毁人亡的惨痛教训。因此人们要求一旦GPWS(近地警告装置)报警,
应立刻把飞机拉起来直到报警结束。
人机界面不合适的问题也应引起足够的重视。目前的飞机设计必然要考虑人体工程学
原理。然而由于种族差异,文化差异,习惯不同,以及地区差异,终会导致人机交界面的
不匹配。比如,目前引进的现代化运输机,其高度用英尺为单位,而我国飞行规则要求空
中交通管制采用国际单位制,即高度用米为单位:这就要求飞行员必须进行换算,增加了
发生飞错高度的可能性;另外,飞行甲板上均用英文标识,重要信息的英语提示,对我国
飞行员来说,造成一个陌生的工作环境,在人机信息交换中形成屏障,乌鲁木齐MD-82飞
机失事就是一个说明。因此,英语成了现代飞机驾驶的叩门砖。飞机是否考虑我国飞行员
的人体尺度和人机工程学标准以及具体要求,在使用中是否方便、舒适,是否容易产生误
操作等问题的分析和评价,也是应当引起注意的问题。
(2)人-自动器信息链(A-C):指机组对A/P的监控。要把它同P-A区别开来,A/P的状
态对飞机的影响极大,忽视A-C链的后果是机组在操作中的处理不当,或发生人机对抗。
(3)人-人信息链(C-C):指机组内的信息交换以达到信息共享、协调配合。机组内的信
息交换并不是可有可无的,而是飞行中的必要过程。因为现代飞机的设计已超越单人作业
能力,只有机组间充分的交流,彼此合理分工,协调配合,才能发挥机组整体的效能,也
才能保证飞机的安全飞行。
(4)空-地信息链(A-G):空地信息传递主要靠语言、听觉为主,多在起飞和进近阶段发
生,而这个阶段是机组最繁忙的,也是人与A/P角色交换的时期。语言本身的多义性和对
同一句话的不同理解,微妙的暗示会造成语义上的变化。如“某飞机右转30°”,这句话
本身就有双重含义:一是向右转为30°航向:另一含义是在现有航向再向右转30°。
“take-off power”,take-off作名词时可理解为(发动机)起飞功率;take off作动词,
也可理解为关车(take off power),这两种理解意义恰好相反。而航空史上最惨痛的事故
发生在70年代的荷兰,两架B747飞机相撞造成583人死亡,其原因就是语义理解含糊造
成的!
实现空地英语通话,对我国飞行人员和空中交通管制人员提出了更高的要求,也是一
个严峻的考验。只有在绝大多数飞行员和空管人员经过培训,实际的英语听说十分流畅,
语义理解准确无误时,才能自然过渡到英语通话。否则,会增大飞行员的心理压力以及精
神负担,对飞行安全造成威胁。
在信息接受方面的主要危险在于:视错觉影响;仪表认读不清或不全面造成错误判断;
非标准用语造成语义理解不同或模糊不清,或设备适用不当,造成语言信息传递障碍;机
组沟通不够,简令不明确或不标准,使配合欠佳;丧失处境意识,有时表现为“视而不见”,
对信息缺乏敏感等。
(5)人-外界环境链(E-C):指人对外界环境监控。机组不仅从仪器仪表来接受信息,还
要来源于外界环境。对可控飞行撞地(CFIT)事故的研究表明,2/3以上的该类事故是由于
缺乏对地形的高度的意识,也有许多事故是由于对目视操作或仪表操作的混淆所导致的。
2.信息处理
信息处理的中心是判断与决策,其优劣体现在知识与经验是否丰富,信息是否明确、
充分、及时等方面。决策能力是机长专业技能的基本构成之一。根据美国麦道公司提供的
《1995年商用运输机事故统计图册》,1958—1995年世界商用喷气运输机37年着陆/进近
事故中驾驶员错误排在首位,而判断不准在飞行员失误中高居榜首。
值得注意的是影响飞行员判断与决策能力的五种有害态度:无视权威、过分自信、蛮
干、急躁、放弃。它们对航空安全构成极大的威胁。如“过分自信”对安全的危害在航空
界早有共识,国外的经验是拿到执照后300~500小时的飞行员,最易产生“过分自信”情
绪,发生事故最多。
3.操作
操作是判断和决策的结果,也是操作规程的要求。正确的操作是飞机正常运营的保证,
而不准确或错误的操作则会带来极其危险的后果。操作错误主要包括二个方面:其一是机
组分工与配合;其二操作技能和熟练程度。
(1)操作过程是指机组整体对飞机的作用,它要求机组成员分工明确,配合协调。我国
在机组配合方面的主要问题是:分工不规范、不严密,特别是有些应急情况没有明确预案。
“耍机长一个人”的情况时有发生。人与人的沟通十分重要,以往即使用自动驾驶仪完成
一个飞行动作,往往需要正、副驾驶,有时还有飞行机械员,通力合作,在这个程式化的
配合中,沟通是自动的。而今天正、副驾驶中任何一个人都可独立给自动器一个指令,自
动驾驶仪不动声色地进行工作,动作是那样地简单和微小,以至对方很难查觉。在不知情
的情况下,另一个人可能用另一种方式进行另一个操作,结果又会造成前后操作矛盾。中
华航空公司的A300—600飞机在名古屋失事就是一个惨痛的教训,由于人的误操作,激发
GO Lever装置,飞机开始复飞,机组对A-C状态不明,导致人与自动器“对抗”。
(2)人的操作技能和熟练程度。它主要反映在飞行员的手上功夫。统计结果表明因技能
和经验不足而引发误操作的现象较为突出,它往往成为事件链中的一个环节。
三、解决途径
1.严格按章作业,杜绝违章操作
违章违纪所造成的事故已不在少数。我们按基元事件分析法对16年的事故教训分析证
明遵章守纪是最重要的因素(如附图所示)。应当强调的是,标准操作程序,综合考虑安全、
效益和操作方便,是精心设计和经验累积的结果,有些甚至是血的代价换来的。偏离标准
操纵就等于偏离了航空安全的屏障。
2.结合航线运营飞行训练(LOFT) 深入开展机组资源管理(CRM)训练
其核心是强化机组的协调与配合,充分利用驾驶舱内的各种信息资源和操纵手段,最
大限度地发挥机组的整体功能,达到确保安全、有效、经济地飞行的目的。这种训练针对
所飞飞机驾驶舱设备的自动化程度,结合航线飞行实际,采用灵活多样的方式进行。当前
CRM已在世界各大航空公司广泛推广,收到了良好的效果。
3.强调机长素质的重要作用
机长素质是人的因素最重要的方面,首先机长是航空公司安全运行的最重要、最关键
的前线领导者和组织者,是保证安全最后一道防线的指挥员和把关者;机长的技术水平和
工作能力代表了航空公司的安全运行的整体水平;机长素质体现了飞行人员队伍的整体素
质,是整个航空公司安全技术的一项标尺;机长是组织机组分工与配合的直接组织者和重
要执行者,机长在飞行运作中和CRM训练中扮演着重要的角色;机长的非技术因素对飞行
安全也起着举足轻重的作用。加大力度培养和选拔合格的机长,严格资格审查,是提高机
长整体素质的良方。
4.疲劳是大敌
疲劳对飞行安全的危害常常是出乎意料和估计不到的,疲劳驾驶危害的严重性在于,
它可能使驾驶员变得粗心大意,容易伤感和精力不集中,动作懒惰且不规范;机组成员因
疲劳会变得容易激动,感觉迟钝和闷闷不乐,进而损害机组间的合作和协调。长期缺乏睡
眠造成的疲劳更为可怕,会使人不知所措和迷失方向,并可能出现视幻觉。疲劳者毫无例
外的表现出工作能力的严重下降或完全丧失工作能力。所有这些对飞行安全都构成极大的
威胁,增大了人为失误发生的可能性。
5.应加强飞行员对复杂情况处置的训练
随着自动化程度的提高,驾驶员越来越成为管理者、决策人,因而需要掌握更多的知
识。据专家估计,传统的以技能训练为主的培训只能覆盖所需能力的25%;增加知识培训
是航空发展的一个必然结果。知识课程不但要增加有关新设备、新技术的内容,而且按照
国际民航组织的要求还应当增加有关人的因素的内容。例如,有关人的能力极限,如何进
行科学的判断与决策,如何控制思想情绪,如何在高度自动化的条件下保持处境意识等内
容。对特殊环境的处置成为非常重要的方面,如天气原因在着陆/进近事故原因中仅次于驾
驶员失误,其中大雨、雾、黑暗以及风占了大多数,而它们都是阻碍目视判断的重要因素。
特殊环境的处置,要求飞行员具备临危不惧处事不惊的心理素质、丰富的飞行经验、良好
的团队配合和过硬的技术素质。
6.正确对待效益与安全的关系
其实效益与安全并不是矛盾的,而是相辅相成的。安全是效益的根本,是航空运营的
基本宗旨;信誉是航空公司的灵魂,而安全是航空公司信誉的奠基石;安全运营并不是不
运营,也不是减少运营量,而是杜绝各种不安全的因素,提高安全生产率。