民用飛機駕駛艙人機界面設(shè)計一致性理念研究

1、<p>　　民用飛機駕駛艙人機界面設(shè)計一致性理念研究</p><p>　　[摘 要]民用飛機駕駛艙設(shè)計是一個綜合飛行安全、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知負擔(dān)，提高飛機操縱的安全性和操縱效率為目標，提出系統(tǒng)間設(shè)計的邏輯、操作、顯示和指示狀態(tài)定義一致性的要求，

2、同時分析其設(shè)計在民機駕駛艙人機界面設(shè)計中的重要性?？偨Y(jié)一致性設(shè)計的幾個重要原則，以探討在工程設(shè)計中的實用性。 </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：V223.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）36-0292-01 </p><p>　　

3、1.駕駛艙設(shè)計背景 </p><p>　　駕駛艙是飛行員操縱飛機，執(zhí)行飛行任務(wù)的場所，人機界面的良好交互性比系統(tǒng)功能的設(shè)計更重要。不管飛機的種類和技術(shù)的先進性，系統(tǒng)終端對飛行員而言，就是一個操作顯示的界面。如何把操作顯示的界面設(shè)計的清晰，簡潔，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)計要考慮的重要問題。所以在進行駕駛艙人機界面的設(shè)計時，需要綜合不同背景飛行員的意見，當(dāng)然，延續(xù)已有飛機的操縱

4、習(xí)慣和保持與已有機種的一致性也較為重要。人機界面的設(shè)計并不是各系統(tǒng)功能的簡單疊加，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，民用航空主要飛機制造商駕駛艙設(shè)計均采用靜暗座艙設(shè)計理念，靜暗座艙雖無標準定義，但原則上可以理解為：飛機處于正常飛行狀

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，人機操縱的自動化應(yīng)用程度較高，采用不指示則不操作的理念進行系統(tǒng)設(shè)計，即各系統(tǒng)在正常工作的情況下，人機操縱界面不提示，不顯示工作狀態(tài)，一旦有任何提示音或PBA點亮，均代表飛機沒有處于正常狀態(tài)或者系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)故障。所以正常飛行時，Airbus飛機的駕駛艙為真正意義上的靜暗。Boeing則強調(diào)人操縱飛機的終極

6、權(quán)限，飛行員的操作要按照實用的操作程序執(zhí)行，按照手冊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處于彈出位且不點亮。其理念是實時反饋飛行員的操作狀態(tài)，一般都用ON指示飛機系統(tǒng)應(yīng)處于的工作狀態(tài)，且這些狀態(tài)均在人機界面執(zhí)行操作后進行指示。 </p><p>　　3.一致性設(shè)計分析 </p><p>　　世界民用航空70%的航空事故原因主要歸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組錯誤的發(fā)生。人發(fā)生錯誤尤其是在復(fù)雜的環(huán)境下容易出錯，所以，駕駛艙人機界面的設(shè)計應(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，嚴重時不知所措，或者操縱

8、錯誤。所以良好的人機界面設(shè)計首先應(yīng)做到系統(tǒng)間的邏輯設(shè)計必須相互達成一致。 </p><p>　　4.一致性設(shè)計原則 </p><p>　　4.1 邏輯一致性 </p><p>　　基于人機工效學(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，飛行員的工作負擔(dān)將極大地增加，并且在出現(xiàn)緊急情況時更難以做出判斷。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)心的是飛機的各個系統(tǒng)具備的功能此時是否正常工作。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知負擔(dān)，以簡單的判斷依據(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施全機的靜暗理念，以正常工

10、作則熄滅的邏輯來呈現(xiàn)飛機的狀態(tài)，并在各系統(tǒng)間達成一致統(tǒng)一，使飛機在正常飛行時，PBA均不點亮保持靜暗。 </p><p>　　4.2 操作一致性 </p><p>　　在民用飛機操縱控制領(lǐng)域，機組人員與系統(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，因為其直接影響靜暗座艙理念的實施，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的工作狀態(tài)保持一致。 </p><p>　　為此，針對扳動開關(guān)，定義并使用V型理念，即：頂部板區(qū)域的所有扳動開關(guān)向飛機飛行方向扳動為接通，向逆航向扳動則為斷開，若有AUTO位置，則置于中間位置；儀表板及遮光罩區(qū)域的所有扳動開關(guān)向上扳動為接通，向下扳動則為斷開；中央操縱臺區(qū)域的所有扳動開關(guān)向飛機航

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

13、開關(guān)的按入位匹配功能為接通、自動、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，使全機達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>　　實現(xiàn)顯示一致性設(shè)計的時候，系統(tǒng)功能設(shè)計應(yīng)考慮在初始化的時候就會讓該工作的系統(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，使用FAULT提示飛行員，這樣可減少初始的準備操作。如飛行員對PBA執(zhí)行操作（彈出），系統(tǒng)將切斷，PBA點亮指示OFF。若全機執(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，或者飛行員對故障系統(tǒng)采取措施

15、時，則PBA點亮呈現(xiàn)對應(yīng)的信息。 </p><p>　　4.4 指示狀態(tài)一致性 </p><p>　　在航空設(shè)計領(lǐng)域，白色，綠色，藍色，琥珀色，紅色是使用最多的顏色，針對常用顏色的使用習(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>　　藍色：臨時使用的系統(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)準備就序或正常工作； </p><p>　　琥珀色：需要機組注意的警戒信息； </p><p>　　紅色：表示有故障，需要機組立即采取行動的警告信息。 </p><p><b&

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

18、上將能極大地控制后期設(shè)計的更改，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行。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] Don Harris.Engineering Psychology and Cognitive Ergonomics Volume Three.P3. </p>&l