某型客机驾驶舱人为因素试飞评估

刘潇+曹煜国

摘 要：针对某型客机驾驶舱建立了人为因素评价指标系统，通过调查问卷的方式收集飞行员意见，并运用模糊评价方法进行了综合计算，实现了该型客机驾驶舱人为因素试飞评估。

关键词：驾驶舱；人为因素；评估

中图分类号：R857.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）33-0013-02

人为因素是通过研究人与装备的相互作用，使装备设计适合人的习惯，以提高作业效能、安全性和舒适性。飞机驾驶是一个对飞行员要求极高的作业过程，因为人为失误导致的飞行事故在所有飞行事故中的比例高达三分之二。客机以市场为导向，对于安全性有着极为严格的要求，良好的驾驶舱人机交互能显著降低飞行员的工作负荷，提高交互效率，减少失误概率，进而促进飞行安全。人为因素的考虑应当贯穿飞机的整个设计、制造和试飞阶段。由于技术局限，缺乏基础研究数据和实践经验，很多设计缺陷往往很难在设计阶段发现。通过人为因素试飞评估，获取飞行员的实际飞行感受，对驾驶舱人为因素进行量化分析，可以最大限度地发现不足并做出改进，具有重要的价值和意义。

1 综合评价方法

驾驶舱人为因素试飞评估的突出特点是重视飞行员的主观感受，以飞行员主观评价为手段。在人为因素问题中，人这一环节存在个体差异，每个人的人体尺寸、操作习惯都不同，对于同样的设计，不同个体的感受可能是截然不同的。以调查问卷的形式收集一定数量飞行员的意见，并进行统计分析，能够得到他们对驾驶舱最直接的评价。

驾驶舱人机交互界面十分复杂，涉及多个方面，如空间、布局、显示、控制、告警、照明、噪声、振动等，因此驾驶舱人为因素评价具有层级化、结构化的特点。而飞行员的主观意见往往是非量化和不精确的，例如“暖和”、“凉快”、“灯光较暗”、“坐垫较硬”等。运用模糊评价方法，可以将飞行员的主观定性描述转化为定量表达，并给出综合评价结论[1]。

2 调查问卷

调查问卷包括标题、引导词、飞行员信息、答卷规则说明和主体内容几部分。问卷标题是概括说明调查的主题。引导词简要说明调查的意图和要求，使参与调查的飞行员心中有数。飞行员信息涉及年龄、级别、人体尺寸数据等。答卷规则说明是告诉研究对象如何填写调查问卷中的问题，首先要对问卷中一些容易产生歧义的部分进行解释，同时说明作答的要求，对复杂问题的填写做出示例。问卷主体由需要调查的问题组成。通过研究国内外相关文献[2]、同类问卷以及相关标准并结合飞行员意见，拟定了驾驶舱人为因素评价指标系统，包含86项评价指标。该指标系统由4个层级组成：总评价、评价方面、属性、指标，如图1所示。为每一项评价指标设计问题，由飞行员根据飞行体验，在优秀、良好、中等、可接受和不可接受中选择恰当的评价。共22名飞行员参与了试飞评估，平均年龄36岁，该机型平均飞行时间322小时。

3 模糊评价计算

3.1 权重系数

不同指标对于所属属性、不同属性对于所属方面、不同方面对于总体评价的重要程度是不等的，这种差别要用权重系数来度量和体现。本次调查使用G1法来确定权重系数[3]。评价项目集{I1，I2，…，In}，将项目的绝对重要程度划分为1～9九个分值，9分对应非常重要，1分对应不重要，由飞行员打分计算分为以下几个步骤：

（1）根据重要度的得分进行排序，得到关系式I≥I≥…≥I；将相邻两项目的得分相除，得到相对重要度rk。

（2）根据计算出的相对重要度rk，利用式（1）、式（2）计算出排序后项目I的权重值w（i=1，2，…，n）。

式中，k=n-1，n-2，…，2，1。

（3）将w组合成权重矩阵 。

（4）按排序前的项目顺序调整权重矩阵W*的元素顺序，

得到权重矩阵 。

经计算，分别得到评价方面Ii{显示装置、控制装置、显控一体布局、告警信息、座舱空间、座舱环境、座椅肩带、通讯导航}权重矩阵W，显示器属性I1i{符号统一性、内容易读性、布局合理性、信息准确性、防误读、安装位置}权重矩阵W1，控制器属性I2i{位置布局、外形间距、操纵行程、操纵力、安全防护}权重矩阵W2，座舱环境属性I6i{温度、振动和噪声、视觉和照明}权重矩阵W6如下：

W={0.1344，0.1297，0.1281，0.1304，0.1110，0.1194，0.1168，0.13

02}

W1={0.1685，0.1677，0.1675，0.1690，0.1680，0.1592}

W2={0.2096，0.1875，0.1978，0.1958，0.2094}

W6={0.3166，0.3306，0.3528}

3.2 隶属度

隶属度是指对指定对象的评价处于某一级的程度。

假设共有n名飞行员对某型机进行了评价，对某一个评价项目，有n1名飞行员选择优秀，n2名飞行员选择良好，n3名飞行员选择中等，n4名飞行员选择可接受，n5名飞行员选择不可接受。那么，这一指标的隶属度向量为：

将某一属性所包含的隶属度向量按行组合到一起，就构成了该属性的模糊评价矩阵：

其中aijkm=，n指问卷的总份数，nm指对于指标Iijk，选择第m个评价等级的问卷份数（m=1，2，3，4，5分别表示“优秀、良好、中等、可接受、不可接受”）；k=1，2，…，p，p指该属性包含的指标个数。Aij的每一行都是某评价项的隶属度向量。

例如：显示器属性符号统一性I11包括I111，I112，I113三项指标，统计收集的27份调查问卷结果见表1。

则I11的模糊评价矩阵A11为：

3.3 加权计算

将某属性Iij对应的模糊评价矩阵Aij与相应权重向量Wij相乘，得到该属性的隶属度向量：

将某方面Ii所含所有属性下的隶属度向量按顺序整合，形成该方面的模糊评价矩阵Ai。Ii的隶属度向量为：

将总目标所含所有方面的隶属度向量按顺序整合，组成总目标S的评价矩阵A。总目标的隶属度向量为：

找出S中最大的元素：

如果i=1，评价结果为优秀；i=2，评价结果为良好；i=3，评价结果为中等；i=4，评价结果为可接受；i=5，评价结果为不可接受。

根据统计结果，该型客机的总评价隶属度向量为：

因此该型客机的驾驶舱人为因素试飞评估结果为良好。

4 结束语

该型客机驾驶舱人为因素试飞评估建立的评价体系和评价方法达到了预期效果。这一方法具备一定的通用性，对指标系统稍作修改，同样適用于装甲车辆、舰船、潜艇、飞船和无人机地面战等军事装备的人为因素评估。

参考文献：

[1]李银霞，袁修干，杨锋.飞机座舱工效多级模糊评价研究[J].中国安全科学学报，2003，13（3）：50-53.

[2]李银霞，袁修干，杨春信，等.歼击机座舱工效学综合评价指标体系的建立[J].航空学报，2005，26（2）：148-152.

[3]郭亚军.综合评价理论、方法及应用[M].北京：科学出版社，2007.

[4]李焕武.飞机驾驶舱人机工程设计分析[J].科技创新与应用，2017（02）：90.endprint