C919驾驶舱设计的奥秘

王思磊

1903年，莱特兄弟设计制造了第一台有动力的飞行器，飞行员头朝前趴在下机翼上操纵这架飞机，并通过移动摇架来牵动缆线使机翼扭曲，从而达到改变飞行方向的目的。人类航空史上首个人机交互行为由此产生。随着民用航空技术的发展，人机交互的界面和环境不断改善，作为驾驶员运作决策和发布操作指令的场所，驾驶舱设计的重要性日益凸显。

“以人为本”的产品导向

在相当长的一段时间内，飞机不断向快速、远程和大型化发展，机载设备渐趋复杂，驾驶舱设备也发展成复杂的机械仪表和旋钮。20世纪70年代以前，一架商用飞机驾驶舱中要安装近一百个独立的机械仪表，每一个仪表基本上只能指示一种信息，飞行机组需要人工识别、判断信息间的关联性以及飞机的工作状态来操纵飞机。因此，为了完成飞行任务，一架飞机的机组人员除驾驶员外，还增设随机机械员、随机报务员、领航员等，一度形成 5人制飞行机组。

随着计算机、信息网络和多媒体技术的广泛运用，集成显示器取代了传统的机械仪表界面，驾驶舱操纵器件数量明显减少。同时，数字化的图形显示和高度自动化的控制功能大大降低了飞行机组的操纵负担，飞行员的注意力从操纵飞机转移到监控飞机及其运行环境状态上来，飞行机组也由5人制变成了2人制。

但是，尽管驾驶舱集成化、自动化程度越来越高，目前仍有70%以上的飞行事故源于人为因素。因此，人为因素在驾驶舱的设计中越来越受到国际航空界的重视。

20世纪90年代，FAA（美国联邦航空管理局）和EASA（欧洲航空安全局）针对驾驶舱人为因素问题联合成立了协调工作组。经过近十年的研究，工作组于2004年完成了研究报告，形成了驾驶舱人为因素专门条款建议稿和咨询通告草稿。2007年，EASA在其适航标准第三次修订时正式增加CS25.1302条款。2013年，FAA在第137号修正案中正式增加FAR25.1302条款，并同时发布咨询通告AC25.1302-1。

在此之前，适航条款仅仅对驾驶舱特定系统的设计进行了规定，没有涉及驾驶舱所有设备综合性地防止和处理人为差错的规定，新增的25.1302条款就是为了解决这一问题，它不仅包含驾驶舱功能与飞行任务相匹配的设计要求，还规定了包括防止和处理机组差错在内的有关人为因素的更直接的设计要求。

从传统驾驶舱设计更多地关注软硬件的更新换代，到现代驾驶舱设计更多地考虑人为因素，在设计流程上，从自下而上的综合布置，到把驾驶舱作为一个整体自上而下进行研制，驾驶舱设计理念实现了由技术导向到“以人为本”的产品导向的转变。

设计中的“人为因素”

“随着机械仪表被大屏幕显示器取代，驾驶员所要观察的信息往往是通过计算机网络显示在大屏幕上，但是，什么时候给出什么样的信息，如何让驾驶员很好地理解并使用这些信息，根据信息作出正确的决策，并且准确地执行，是C919驾驶舱设计中考虑人为因素的关键问题。”中国商飞上飞院驾驶舱部部长马显超说。

在C919驾驶舱正副驾驶员的前面，有5块大屏幕显示器，分别显示飞行状态、导航信息、告警信息、简图页等。当飞机处于不同阶段时，飞行员需要关注的信息各有不同，比如滑行阶段，飞行员需要关注起落架的胎温、胎压，而在巡航阶段，这些信息不再是飞行员关注的重点。因此，在C919飞机驾驶舱显示系统设计中，设计人员充分对显示信息进行了梳理分类，通过逻辑编程，将飞机在滑行、起飞、爬升、巡航、下降、着陆等各个阶段飞行员不需要关注的信息进行抑制，需要关注的信息进行排序。“这样一来，屏幕上只会显示飞行员需要关注的信息，通过这些信息，飞行员可以第一时间了解飞机的状态，不再需要手动调取信息，也不需要筛选最需要的信息，既减轻了飞行员的工作负荷，也避免了人为因素引起的误操作。”中国商飞上飞院电子集成部航电总体室主任许健说，“同时，C919飞机还备份了30种屏幕失效情况下重新构建显示区域的方案，好比说，如果其中有一块屏幕忽然失效了，关键信息会立即进行重构，显示在其他屏幕上。”

除了显示系统，驾驶舱设计中另一个充分考虑“人为因素”的设计就是告警系统。在飞机各个专业告警系统的设计阶段，出于安全考虑，在出现故障时，每个专业都希望尽可能多地显示告警信息，但对于全机来说，并不是每个告警都需要立即操作，飞行员希望系统能够提示哪个故障是最紧急的，可以通过什么方式处理。

“在告警系统设计中，我们主要关注两个方面的问题，一个是对告警信息进行等级分配，一个是如何引导飞行员去处理故障，”中国商飞上飞院驾驶舱部人因工程和仿真評估室刘洪涛说，“站在全机的角度考虑，飞机的故障有等级之分，对于灾难性的故障，比如客舱失压和发动机着火，一定要在最短的时间内、以最高效可靠的形式告知飞行员采取行动。因此，这类故障告警出现在EICAS（告警信息显示屏）的最上层，并以红色标记，同时伴有灯光和音响告警。其他故障根据危险等级依次排列，由重到轻，对于暂时不会危及飞机安全的故障排在最后，有些甚至暂时不会出现告警。另一方面，对于这些故障，系统还要提示飞行员进行处理，这些提示要具有很强的引导性，不能太复杂，要让飞行员能够在极短的时间内进行准确操作，处置故障。”

评估工作至关重要

“如何让‘以人为本的驾驶舱设计理念落地，除了要在设计中充分考虑人为因素外，飞行员的评估工作也至关重要。”中国商飞上飞院驾驶舱部驾驶舱集成设计室主任刘海燕说，“由于设计人员普遍不具备真实驾驶飞机的经验，设计出来的驾驶舱是否符合实际的驾驶习惯，还需要飞行员进行评估。波音777型飞机的驾驶舱采用了与波音传统驾驶舱不同的设计方案，在交付之前，波音公司邀请了大量来自不同航空公司的飞行员进行评估，完善设计方案。”

为了确保C919飞机的驾驶舱设计能充分满足客户要求，除了广泛开展航空公司调研和内部飞行员评估外，2017年8月17日，中国商飞公司邀请东方航空公司飞行员参与C919飞机的驾驶舱评估工作。评估工作由中国商飞上飞院驾驶舱集成设计团队牵头开展，各专业设计团队、东方航空公司飞行员、中国商飞试飞中心和客服中心的试飞员共同参加，局方也作为观察员参与其中。

在评估工作开展之前，驾驶舱集成设计团队制定了驾驶舱评估准则，确定了“静态评估”和基于任务的“平台评估”两个阶段。静态评估主要通过会议的方式，将驾驶舱的设计方案逐条进行评估，形成意见；进而开发动态平台，让飞行员在模拟器上进行实际操作，进一步完善设计方案。

中国商飞上飞院驾驶舱部驾驶舱集成设计室张垠博表示：“在驾驶舱设计方案评估过程中，我们充分考虑了飞行员的意见，对驾驶舱布置、显示、告警等设计不合理的地方进行完善。同时，为了保证完善的方案符合适航要求，我们还邀请局方代表参与评估过程。更改后的设计方案需要进行大量的试验验证，证明其既满足人为因素要求，也满足适航条款要求。”