1、民用飞机驾驶舱人机界面设计一致性理念研究摘 要民用飞机驾驶舱设计是一个综合飞行安全、系统功能、人为因素应用和舒适性等多个学科的综合考虑，其中人为因素的应用在满足乘组安全性和舒适性方面在人与机之间起着最重要的角色。本文从飞行员飞行操作的视角出发，本着以降低飞行员认知负担，提高飞机操纵的安全性和操纵效率为目标，提出系统间设计的逻辑、操作、显示和指示状态定义一致性的要求，同时分析其设计在民机驾驶舱人机界面设计中的重要性。总结一致性设计的几个重要原则，以探讨在工程设计中的实用性。 关键词驾驶舱；一致性；人为因素；PBA（带指示灯的按压开关） ；控制板；“静暗”座舱 中图分类号：V223.1 文献标识码
2、：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0292-01 1.驾驶舱设计背景 驾驶舱是飞行员操纵飞机，执行飞行任务的场所，人机界面的良好交互性比系统功能的设计更重要。不管飞机的种类和技术的先进性，系统终端对飞行员而言，就是一个操作显示的界面。如何把操作显示的界面设计的清晰，简洁，一致性较好，能够较大幅度地减少飞行员操作的工作量，是驾驶舱综合设计要考虑的重要问题。所以在进行驾驶舱人机界面的设计时，需要综合不同背景飞行员的意见，当然，延续已有飞机的操纵习惯和保持与已有机种的一致性也较为重要。人机界面的设计并不是各系统功能的简单叠加，否则，操纵界面没有一致性，系统自成法则，飞行员的工作负担
3、将极大增加且极易造成操作过失。 2.静暗座舱理念 目前，民用航空主要飞机制造商驾驶舱设计均采用静暗座舱设计理念，静暗座舱虽无标准定义，但原则上可以理解为：飞机处于正常飞行状态，则无相关声、光、振等告警反馈。以 Airbus 公司和 Boeing 公司的理念为代表。Airbus 的静暗理念是建立在系统高度集成的基础上，人机操纵的自动化应用程度较高，采用不指示则不操作的理念进行系统设计，即各系统在正常工作的情况下，人机操纵界面不提示，不显示工作状态，一旦有任何提示音或 PBA 点亮，均代表飞机没有处于正常状态或者系统已经出现故障。所以正常飞行时，Airbus 飞机的驾驶舱为真正意义上的静暗。Boe
4、ing 则强调人操纵飞机的终极权限，飞行员的操作要按照实用的操作程序执行，按照手册程序让该工作的系统工作，PBA 处于按入位且显示系统的工作状态，不工作的系统 PBA 处于弹出位且不点亮。其理念是实时反馈飞行员的操作状态，一般都用 ON 指示飞机系统应处于的工作状态，且这些状态均在人机界面执行操作后进行指示。 3.一致性设计分析 世界民用航空 70%的航空事故原因主要归咎于飞行员的操作失误，所以如何降低航空事故率是是民用航空领域最重要的挑战已成业界共识 1。为此，如何降低民用航空的事故率很大程度上落到了如何避免机组错误的发生。人发生错误尤其是在复杂的环境下容易出错，所以，驾驶舱人机界面的设计应
5、尽量考虑在非正常情况下，飞行员的操作行为。绝大部分归因于飞行员操作不当的事故，都是在飞机出现问题后，飞行员接下来的一连串操作过程中出现的错误叠加造成的，系统间的逻辑不一致将导致飞行员在紧急情况下判断难度增大，严重时不知所措，或者操纵错误。所以良好的人机界面设计首先应做到系统间的逻辑设计必须相互达成一致。 4.一致性设计原则 4.1 逻辑一致性 基于人机工效学，考虑飞行员固有的逻辑判断习惯，若不同的系统采用各自的逻辑去设计，飞行员的工作负担将极大地增加，并且在出现紧急情况时更难以做出判断。从飞行员的视角出发，不管系统的工作原理如何及内部逻辑的复杂程度如何，飞行员所关心的是飞机的各个系统具备的功能
6、此时是否正常工作。在此基础上提出了逻辑一致性的要求，既全机各系统间执行统一的逻辑判断，确保飞行员能以一致的判断逻辑识别系统是否正常工作。 若执行统一的逻辑一致性，能极大地降低飞行员的认知负担，以简单的判断依据固化飞行员的操作行为，从而有效保障飞行安全和操纵的高效。本文提出以系统正常工作则不指示为逻辑实施全机的静暗理念，以正常工作则熄灭的逻辑来呈现飞机的状态，并在各系统间达成一致统一，使飞机在正常飞行时，PBA 均不点亮保持静暗。 4.2 操作一致性 在民用飞机操纵控制领域，机组人员与系统的接口，其中控制器件最常用的是各式开关，尤其以按压开关的操作显的尤为重要，因为其直接影响静暗座舱理念的实施，
7、是体现静暗理念的重要载体。本文提出操作一致性原则，在全机统一执行一致的 V 型理念，一致的按压理念及旋转控制理念； 操作一致性主要是使控制器件的操作属性表达的工作状态保持一致。为此，针对扳动开关，定义并使用 V 型理念，即：顶部板区域的所有扳动开关向飞机飞行方向扳动为接通，向逆航向扳动则为断开，若有AUTO 位置，则置于中间位置；仪表板及遮光罩区域的所有扳动开关向上扳动为接通，向下扳动则为断开；中央操纵台区域的所有扳动开关向飞机航向扳动为接通，向飞机逆航向扳动则为断开；若有三位，则中间位置定义为 AUTO。 针对旋转开关：所有关断位置应置于功能标识线左侧，接通则需顺时针旋转，功能标识线一般采用
8、关断自动接通顺时针等刻度设置及遵循类似法则设置多个位置的旋转开关。连续调节型旋钮则一律采用顺时针调节执行增加、升高等功能，逆时针调节则执行减少、降低等功能。针对按压开关，设置按压开关的按入位匹配功能为接通、自动、超控、打开，使飞行员清楚地知道，开关的按入则是系统常态工作；弹出位匹配功能为断开、人工、备用、关断，使飞行员清楚地知道弹出就是不工作或者非常态下的工作。 4.3 显示一致性 结合静暗驾驶舱不指示不操作的原则，提出显示一致性的要求，使全机达到非故障信息操作前指示，杜绝操作前显示和操作后显示的不一致使飞行员不清楚系统的工作状态。 实现显示一致性设计的时候，系统功能设计应考虑在初始化的时候就
9、会让该工作的系统都工作，且不指示 ON，当然也不指示 OFF，当系统出现故障或不正常状态时，使用 FAULT 提示飞行员，这样可减少初始的准备操作。如飞行员对 PBA 执行操作（弹出） ，系统将切断，PBA 点亮指示 OFF。若全机执行统一的显示一致性，正常构型下正常工作的系统无指示，当特殊构型的系统工作时，或者飞行员对故障系统采取措施时，则PBA 点亮呈现对应的信息。 4.4 指示状态一致性 在航空设计领域，白色，绿色，蓝色，琥珀色，红色是使用最多的颜色，针对常用颜色的使用习惯和定义，及静暗驾驶舱无异常或故障状态下不指示的原则，提出指示状态定义一致性的要求，并定义绿色、白色、蓝色、琥珀色、红
10、色五种颜色。 白色：人工选择的非正常形态； 蓝色：临时使用的系统，可以理解为非正常构型下的正常工作状态，比如防冰系统的工作； 绿色：系统准备就序或正常工作； 琥珀色：需要机组注意的警戒信息； 红色：表示有故障，需要机组立即采取行动的警告信息。 5 总结 一致性设计是站在飞机操作运营的角度，来考虑人机交互的安全性，舒适性和高效性。一致性设计是使众多器件以整齐划一的方式操作，使复杂交错的逻辑简单化，使众多系统服从统一的理念，从而达到人机操纵界面简单化，清晰化，不易误操作。在设计前期就以一致性贯穿始终，使整个驾驶舱呈现给飞行员的是一个统一的整体，则能较大地降低飞行员认知驾驶舱的难度，也简化了操作步骤。在工程上将能极大地控制后期设计的更改，从而节约大量的研制成本，节省研制周期。于客户，则是带来便捷的操作和安全的运行。 参考文献 1 Don Harris.Engineering Psychology and Cognitive Ergonomics Volume Three.P3. 版权声明 本文件含有中国民用飞机有限责任公司的商业秘密，未经中国商用飞机有限责任公司批准，不可将本文件或其中部分复印或引用到其他文件中，用于制造或其他目的。
