浅谈人机界面分析

关键词：人机界面 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。