民機駕駛艙人為因素層次化綜合評價與診斷方法研究.pdf

1、人為差錯是現(xiàn)代航空事故的首要原因。飛機駕駛艙內(nèi)的人為因素評價無論對飛機的設(shè)計改進還是適航審定都具有極其重要的意義。在我國大飛機重大專項背景下，對民用大型飛機駕駛艙人為因素綜合評價方法的研究和應用有迫切需求。目前，該評價方法在設(shè)計過程中主要存在以下難點：對駕駛艙人為因素的概念缺少（或忽視）全面、合理的認識；考察指標難以覆蓋適航標準的要求；現(xiàn)有綜合評價方法難以應對飛行過程復雜、多樣、不確定的特性以及對安全性的苛刻要求；此外，目前的評價方法注

2、重決斷而忽視對安全問題來源的診斷，難以為設(shè)計改進提供指導。
　　本研究將理論分析、實驗研究、方法設(shè)計與實際應用相結(jié)合，基本目標是提出一種有效、靈活實用、能夠覆蓋適航法規(guī)要求，且具有診斷能力的民用飛機駕駛艙人為因素綜合評價方法。主要工作致力于民機駕駛艙人為因素評價診斷理論、駕駛艙人為因素評價指標體系、多指標綜合方法、適航審定中實際應用四個方面的研究。研究受到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目課題“民用飛機駕駛艙人工效綜合評估

3、理論與方法”（編號：2010CB734103）資助。本文的主要創(chuàng)新點如下：
　　1）針對目前“工作負荷”概念在人為因素評價中表現(xiàn)出的局限性，本文提出“基于人機交互與人機狀態(tài)”的多維人為因素概念框架。該概念框架將飛行過程中眾多安全性影響因素的復雜作用歸結(jié)為對駕駛艙人機交互行為、飛行員狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)的影響，并通過<認知活動>、<控制活動>、<工作負荷>以及<飛行績效>四個方面來描述和評價飛行過程中的人為因素。模擬飛行實驗結(jié)果表明，相比

4、于僅考察工作負荷的傳統(tǒng)人為因素綜合評價方法，基于本概念框架的評價方法可以更全面的反映人為因素與飛行安全的關(guān)系。
　　2）針對現(xiàn)有人為因素評價方法診斷能力弱的問題，本文提出利用人機交互活動與人機狀態(tài)之間的相關(guān)性來診斷安全問題的設(shè)計根源。其中“認知活動-工作負荷相關(guān)性”用于反映駕駛艙界面信息的感知難度，“控制活動-工作負荷相關(guān)性”用于反映控制器件的操控難度，“認知活動-飛行績效相關(guān)性”用于反映告警信息的顯著性，“控制活動-飛行績效相關(guān)

5、性”用于反映控制器件的控制效率。由此可為民用飛機駕駛艙設(shè)計改進提供有針對性的指導。
　　3）針對現(xiàn)有人因綜合評價指標體系以定性指標為主、不全面、通用性差、難以滿足適航審定要求的問題，本文在所提出的人為因素概念框架指導下結(jié)合適航標準的要求，構(gòu)建出一套基于客觀定量測量的“多方面分層次”評價指標體系。針對其中生理指標含義模糊的問題，通過模擬飛行實驗研究了飛行過程中多種生理指標之間的關(guān)聯(lián)及隱含意義，以此為根據(jù)對指標體系進行了修正和明確。此

6、外，該指標體系可根據(jù)實際應用情況進行局部調(diào)整，具有一定的靈活性和通用性。
　　4）針對現(xiàn)有指標綜合方法可靠性低的問題，本文提出“分組分層次主成分得分加權(quán)集成”的多指標綜合方法。該方法利用了多元統(tǒng)計分析方法自適應性強的優(yōu)勢，同時解決了信息損失嚴重的問題，可以應對航空領(lǐng)域復雜、多樣、不確定等特性。模擬飛行實驗結(jié)果證明該方法可以有效利用同類指標中的相關(guān)信息，在保證靈敏度的同時削弱個別指標所受干擾對整體評價結(jié)果的影響，并且能夠從多方面對評

7、價結(jié)果的具體情況進行解釋。
　　為了在真實環(huán)境中驗證本文方法的有效性，本研究全程參與了ARJ21-700型飛機針對《民用運輸類飛機適航標準》—“最小飛行機組”條款（CCAR-25.1523）的符合性驗證試驗。解決了本文的人為因素綜合評價方法在真實環(huán)境應用中的關(guān)鍵問題。結(jié)果表明本方法可以有效區(qū)分不同駕駛艙設(shè)計造成的人為因素差異，并能對差異來源做出一定的診斷。由此，為《民用運輸類飛機適航標準》“最小飛行機組”條款的符合性驗證提供了一種