民用飛機(jī)駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)一致性理念研究

1、<p>　　民用飛機(jī)駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)一致性理念研究</p><p>　　[摘 要]民用飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合飛行安全、系統(tǒng)功能、人為因素應(yīng)用和舒適性等多個(gè)學(xué)科的綜合考慮，其中人為因素的應(yīng)用在滿足乘組安全性和舒適性方面在人與機(jī)之間起著最重要的角色。本文從飛行員飛行操作的視角出發(fā)，本著以降低飛行員認(rèn)知負(fù)擔(dān)，提高飛機(jī)操縱的安全性和操縱效率為目標(biāo)，提出系統(tǒng)間設(shè)計(jì)的邏輯、操作、顯示和指示狀態(tài)定義一致性的要求，

2、同時(shí)分析其設(shè)計(jì)在民機(jī)駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)中的重要性。總結(jié)一致性設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要原則，以探討在工程設(shè)計(jì)中的實(shí)用性。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]駕駛艙；一致性；人為因素；PBA（帶指示燈的按壓開關(guān)）；控制板；“靜暗”座艙 </p><p>　　中圖分類號(hào)：V223.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）36-0292-01 </p><p>　　

3、1.駕駛艙設(shè)計(jì)背景 </p><p>　　駕駛艙是飛行員操縱飛機(jī)，執(zhí)行飛行任務(wù)的場(chǎng)所，人機(jī)界面的良好交互性比系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)更重要。不管飛機(jī)的種類和技術(shù)的先進(jìn)性，系統(tǒng)終端對(duì)飛行員而言，就是一個(gè)操作顯示的界面。如何把操作顯示的界面設(shè)計(jì)的清晰，簡(jiǎn)潔，一致性較好，能夠較大幅度地減少飛行員操作的工作量，是駕駛艙綜合設(shè)計(jì)要考慮的重要問題。所以在進(jìn)行駕駛艙人機(jī)界面的設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合不同背景飛行員的意見，當(dāng)然，延續(xù)已有飛機(jī)的操縱

4、習(xí)慣和保持與已有機(jī)種的一致性也較為重要。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)并不是各系統(tǒng)功能的簡(jiǎn)單疊加，否則，操縱界面沒有一致性，系統(tǒng)自成法則，飛行員的工作負(fù)擔(dān)將極大增加且極易造成操作過失。 </p><p><b>　　2.靜暗座艙理念 </b></p><p>　　目前，民用航空主要飛機(jī)制造商駕駛艙設(shè)計(jì)均采用靜暗座艙設(shè)計(jì)理念，靜暗座艙雖無標(biāo)準(zhǔn)定義，但原則上可以理解為：飛機(jī)處于正常飛行狀

5、態(tài)，則無相關(guān)聲、光、振等告警反饋。以Airbus公司和Boeing公司的理念為代表。Airbus的靜暗理念是建立在系統(tǒng)高度集成的基礎(chǔ)上，人機(jī)操縱的自動(dòng)化應(yīng)用程度較高，采用不指示則不操作的理念進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即各系統(tǒng)在正常工作的情況下，人機(jī)操縱界面不提示，不顯示工作狀態(tài)，一旦有任何提示音或PBA點(diǎn)亮，均代表飛機(jī)沒有處于正常狀態(tài)或者系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)故障。所以正常飛行時(shí)，Airbus飛機(jī)的駕駛艙為真正意義上的靜暗。Boeing則強(qiáng)調(diào)人操縱飛機(jī)的終極

6、權(quán)限，飛行員的操作要按照實(shí)用的操作程序執(zhí)行，按照手冊(cè)程序讓該工作的系統(tǒng)工作，PBA處于按入位且顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，不工作的系統(tǒng)PBA處于彈出位且不點(diǎn)亮。其理念是實(shí)時(shí)反饋飛行員的操作狀態(tài)，一般都用ON指示飛機(jī)系統(tǒng)應(yīng)處于的工作狀態(tài)，且這些狀態(tài)均在人機(jī)界面執(zhí)行操作后進(jìn)行指示。 </p><p>　　3.一致性設(shè)計(jì)分析 </p><p>　　世界民用航空70%的航空事故原因主要?dú)w咎于飛行員的操作失

7、誤，所以如何降低航空事故率是是民用航空領(lǐng)域最重要的挑戰(zhàn)已成業(yè)界共識(shí)1。為此，如何降低民用航空的事故率很大程度上落到了如何避免機(jī)組錯(cuò)誤的發(fā)生。人發(fā)生錯(cuò)誤尤其是在復(fù)雜的環(huán)境下容易出錯(cuò)，所以，駕駛艙人機(jī)界面的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量考慮在非正常情況下，飛行員的操作行為。絕大部分歸因于飛行員操作不當(dāng)?shù)氖鹿?，都是在飛機(jī)出現(xiàn)問題后，飛行員接下來的一連串操作過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤疊加造成的，系統(tǒng)間的邏輯不一致將導(dǎo)致飛行員在緊急情況下判斷難度增大，嚴(yán)重時(shí)不知所措，或者操縱

8、錯(cuò)誤。所以良好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)首先應(yīng)做到系統(tǒng)間的邏輯設(shè)計(jì)必須相互達(dá)成一致。 </p><p>　　4.一致性設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　4.1 邏輯一致性 </p><p>　　基于人機(jī)工效學(xué)，考慮飛行員固有的邏輯判斷習(xí)慣，若不同的系統(tǒng)采用各自的邏輯去設(shè)計(jì)，飛行員的工作負(fù)擔(dān)將極大地增加，并且在出現(xiàn)緊急情況時(shí)更難以做出判斷。從飛行員的視角出發(fā)，不管系統(tǒng)的工作原理如何

9、及內(nèi)部邏輯的復(fù)雜程度如何，飛行員所關(guān)心的是飛機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)具備的功能此時(shí)是否正常工作。在此基礎(chǔ)上提出了邏輯一致性的要求，既全機(jī)各系統(tǒng)間執(zhí)行統(tǒng)一的邏輯判斷，確保飛行員能以一致的判斷邏輯識(shí)別系統(tǒng)是否正常工作。 </p><p>　　若執(zhí)行統(tǒng)一的邏輯一致性，能極大地降低飛行員的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，以簡(jiǎn)單的判斷依據(jù)固化飛行員的操作行為，從而有效保障飛行安全和操縱的高效。本文提出以系統(tǒng)正常工作則不指示為邏輯實(shí)施全機(jī)的靜暗理念，以正常工

10、作則熄滅的邏輯來呈現(xiàn)飛機(jī)的狀態(tài)，并在各系統(tǒng)間達(dá)成一致統(tǒng)一，使飛機(jī)在正常飛行時(shí)，PBA均不點(diǎn)亮保持靜暗。 </p><p>　　4.2 操作一致性 </p><p>　　在民用飛機(jī)操縱控制領(lǐng)域，機(jī)組人員與系統(tǒng)的接口，其中控制器件最常用的是各式開關(guān)，尤其以按壓開關(guān)的操作顯的尤為重要，因?yàn)槠渲苯佑绊戩o暗座艙理念的實(shí)施，是體現(xiàn)靜暗理念的重要載體。本文提出操作一致性原則，在全機(jī)統(tǒng)一執(zhí)行一致的V型理念

11、，一致的按壓理念及旋轉(zhuǎn)控制理念； </p><p>　　操作一致性主要是使控制器件的操作屬性表達(dá)的工作狀態(tài)保持一致。 </p><p>　　為此，針對(duì)扳動(dòng)開關(guān)，定義并使用V型理念，即：頂部板區(qū)域的所有扳動(dòng)開關(guān)向飛機(jī)飛行方向扳動(dòng)為接通，向逆航向扳動(dòng)則為斷開，若有AUTO位置，則置于中間位置；儀表板及遮光罩區(qū)域的所有扳動(dòng)開關(guān)向上扳動(dòng)為接通，向下扳動(dòng)則為斷開；中央操縱臺(tái)區(qū)域的所有扳動(dòng)開關(guān)向飛機(jī)航

12、向扳動(dòng)為接通，向飛機(jī)逆航向扳動(dòng)則為斷開；若有三位，則中間位置定義為AUTO。 </p><p>　　針對(duì)旋轉(zhuǎn)開關(guān)：所有關(guān)斷位置應(yīng)置于功能標(biāo)識(shí)線左側(cè)，接通則需順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，功能標(biāo)識(shí)線一般采用關(guān)斷―自動(dòng)―接通順時(shí)針等刻度設(shè)置及遵循類似法則設(shè)置多個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)開關(guān)。連續(xù)調(diào)節(jié)型旋鈕則一律采用順時(shí)針調(diào)節(jié)執(zhí)行增加、升高等功能，逆時(shí)針調(diào)節(jié)則執(zhí)行減少、降低等功能。 </p><p>　　針對(duì)按壓開關(guān)，設(shè)置按壓

13、開關(guān)的按入位匹配功能為接通、自動(dòng)、超控、打開，使飛行員清楚地知道，開關(guān)的按入則是系統(tǒng)常態(tài)工作；彈出位匹配功能為斷開、人工、備用、關(guān)斷，使飛行員清楚地知道彈出就是不工作或者非常態(tài)下的工作。 </p><p>　　4.3 顯示一致性 </p><p>　　結(jié)合靜暗駕駛艙不指示不操作的原則，提出顯示一致性的要求，使全機(jī)達(dá)到非故障信息操作前指示，杜絕操作前顯示和操作后顯示的不一致使飛行員不清楚系統(tǒng)

14、的工作狀態(tài)。 </p><p>　　實(shí)現(xiàn)顯示一致性設(shè)計(jì)的時(shí)候，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)應(yīng)考慮在初始化的時(shí)候就會(huì)讓該工作的系統(tǒng)都工作，且不指示ON，當(dāng)然也不指示OFF，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或不正常狀態(tài)時(shí)，使用FAULT提示飛行員，這樣可減少初始的準(zhǔn)備操作。如飛行員對(duì)PBA執(zhí)行操作（彈出），系統(tǒng)將切斷，PBA點(diǎn)亮指示OFF。若全機(jī)執(zhí)行統(tǒng)一的顯示一致性，正常構(gòu)型下正常工作的系統(tǒng)無指示，當(dāng)特殊構(gòu)型的系統(tǒng)工作時(shí)，或者飛行員對(duì)故障系統(tǒng)采取措施

15、時(shí)，則PBA點(diǎn)亮呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)的信息。 </p><p>　　4.4 指示狀態(tài)一致性 </p><p>　　在航空設(shè)計(jì)領(lǐng)域，白色，綠色，藍(lán)色，琥珀色，紅色是使用最多的顏色，針對(duì)常用顏色的使用習(xí)慣和定義，及靜暗駕駛艙無異常或故障狀態(tài)下不指示的原則，提出指示狀態(tài)定義一致性的要求，并定義綠色、白色、藍(lán)色、琥珀色、紅色五種顏色。 </p><p>　　白色：人工選擇的非正常形態(tài)；

16、 </p><p>　　藍(lán)色：臨時(shí)使用的系統(tǒng)，可以理解為非正常構(gòu)型下的正常工作狀態(tài)，比如防冰系統(tǒng)的工作； </p><p>　　綠色：系統(tǒng)準(zhǔn)備就序或正常工作； </p><p>　　琥珀色：需要機(jī)組注意的警戒信息； </p><p>　　紅色：表示有故障，需要機(jī)組立即采取行動(dòng)的警告信息。 </p><p><b&

17、gt;　　5 總結(jié) </b></p><p>　　一致性設(shè)計(jì)是站在飛機(jī)操作運(yùn)營(yíng)的角度，來考慮人機(jī)交互的安全性，舒適性和高效性。一致性設(shè)計(jì)是使眾多器件以整齊劃一的方式操作，使復(fù)雜交錯(cuò)的邏輯簡(jiǎn)單化，使眾多系統(tǒng)服從統(tǒng)一的理念，從而達(dá)到人機(jī)操縱界面簡(jiǎn)單化，清晰化，不易誤操作。在設(shè)計(jì)前期就以一致性貫穿始終，使整個(gè)駕駛艙呈現(xiàn)給飛行員的是一個(gè)統(tǒng)一的整體，則能較大地降低飛行員認(rèn)知駕駛艙的難度，也簡(jiǎn)化了操作步驟。在工程

18、上將能極大地控制后期設(shè)計(jì)的更改，從而節(jié)約大量的研制成本，節(jié)省研制周期。于客戶，則是帶來便捷的操作和安全的運(yùn)行。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] Don Harris.Engineering Psychology and Cognitive Ergonomics Volume Three.P3. </p>&l