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《大飞机报》重点推荐:十的负九次方:航空安全与人为因素

时间:2019年11月19日   来源:大飞机报
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  编者按:安全是民航永恒的主题。近日,第二期“致未来·C-Talk演讲大会”在北京举行,大型客机人为因素适航审定实验室、中国民用航空上海航空器适航审定中心副主任揭裕文同大家分享了有关民航安全与人为因素的有关内容,阐述了我国在人为因素方面的积极探索,并对未来的有关实验方向提出设想。

  “致未来·C-Talk演讲大会”是由大发快三官网北研中心、科学出版社和北京航空航天大学联合出品。通过定期组织主题演讲活动,聚焦航空产业前沿话题,分享新知识、新信息和新观点,激发创造灵感,促进跨界融合,引领创新发展。

 

“人为因素主要的核心是为了提升安全水平,安全是民航永恒的主题,守卫安全是适航的责任。”

 

  公众对于航空安全的关注远超从前

  近期发生的两起空难,引起了大家的高度关注,一起是2018年10月29日印尼狮航,另一起是2019年3月10日埃塞俄比亚航空,两起灾难性的事故共导致了346人死亡。两次空难发生于同一款机型,中国民航局在第一时间暂停了这款飞机的商业运行。

  航空事故发生以后,各大媒体都在报道这个事故,公众也高度关注航空安全。在我们实际生活当中,空难时有发生,但其实空难发生的概率是非常低的。

  数据显示,航空事故一年的死亡人数是110人,跟雷电、蜜蜂叮咬造成死亡的量级相当。而大家常用的汽车、摩托车每年造成死亡的人数高达4万多人,所以航空依然是最安全的交通工具之一。

  曾经有人问,坐飞机有多大的风险。其实你在去机场路上的风险,远远大于你坐飞机的风险,坐汽车的风险是航空风险的750倍,最大的风险不是你在飞机上,而是你去机场的路上。

  国外的统计数据表明,1946年到2017年,航空事故比较少,而且这个数字还在不断下降。

 

  适航诞生于对安全的极致追求

  适航来源于适海,为了海上航行的安全,制定了很多航海的规则,我们的适航就是借鉴适海的理念而来的。

  从1903年莱特兄弟制造飞机开始,很多的企业、个人都开始造飞机,因此导致一些事故发生。这些事故对公众产生了影响,可能是损伤了自己,也可能把别人的房子毁了、车子砸了、人伤了,这个时候公众就期望政府来管理。因此就有适航,民航当局代表公众利益来管理航空,也就制定了相关的航空运行的规章。

  什么是适航呢?适航是一个航空器,包括部件及子系统整体性能和操纵特性在预期环境和使用限制下的安全性和物理完整性的一种品质。这种品质要求飞机在全寿命周期内始终处于安全的运行状态。

  预期的环境有很多,比如说天气有雷电,就根据这个做闪电防护;比如说航路上有结冰,就在预期的环境下开展结冰实验,如冰风洞实验、自然结冰飞行试验。

  在ARJ21-700的自然结冰试飞中,曾经四进新疆,到乌鲁木齐寻找自然结冰的条件。新疆的结冰条件没有达到规章规定的液态水的含量、直径和温度的条件,而在国内其他地方也没有找到这种自然结冰条件,最终在加拿大、北美五大湖的上空,完成了自然结冰试验。

  在机场着陆、起飞的时候,跑道可能有积水,会有一些水进入到发动机的情况出现,因此我们开展溅水实验。溅水实验的冲击力可以把一个舱门的锁冲坏,可以把没有搭接好的蒙皮撕裂。

  同时还要完成规章的很多要求,比如说大侧风试飞。团队在国内找了很多地方的天气,例如在嘉峪关,天气不足以满足规章的要求,它有风但是风大的时候就成了沙尘暴,满足不了试飞的条件。最终在2018年初,到冰岛开展了大侧风的实验,冰岛有很好的条件,它有一个十字交叉的跑道,它既能满足大侧风的条件,同时它在海中央,风特别大,因此比较顺利的完成了大侧风的试飞要求。适航是一个强制性要求,不能因为你做不到,就放松标准。

 

  民航的适航安全水平是十的负九次方

  适航是什么安全水平呢?首先一定要是公众、乘客、包括我们设计制造人、运营商都能接受的水平,历史统计数据表明,由于运行和飞机本体造成灾难性事故的概率大概是百万分之一。

  百万分之一就是百万飞行小时一次,百万飞行小时是多久呢?假如我今天从北京去上海,明天从上海回北京,一年都是如此往返,一年也就500飞行小时,一百万飞行小时需要2000年,这是规章的最低要求。

  实际上世界的平均运行的安全水平是百万分之0.3,如果按照这个机率来换算,是6000年才会出现一次灾难性的事故;而中国民航已经达到了百万之0.018,是国际最先进的安全水平,现在国内运输类飞机安全运行了6836万飞行小时,所以民航是非常安全的一个交通工具。

  怎样才能达到民航适航所要求的水平呢?考虑到运行、维修,不可能做到万无一失,总有出现失误的时候,这就对设计、制造提出了更高的要求,运行的安全水平要达到十的负七次方,再分配下去,假设有100个失效状态会导致灾难事故,要求每100个失效状态发生的概率就是十的负九次方,前面百万分之一是2000年,百万分之一乘以千分之一,就是十亿分之一,所以我们把它定义为极不可能。

 

  人为因素是导致空难发生的重要原因之一

  虽然航空灾难概率比较低,我们仍然要做很多的分析,经过分析导致空难发生的因素有机场因素、空中交通因素、维修因素、发动机本体等等,其中很重要的原因是人为因素。飞机的空难不是一个原因触发的,它是一个叠加,某一个系统故障了,导致人的操作失误,再导致空难事件,经过我们的统计,84%是人的因素。

  早期的飞机比较简单,设备的故障率很高,由于人操作相对简单,那个时候更多的是设备出问题。随着现代化程度不断提高,设备出错的概率越来越低,人的因素越来越高,这也是我们要研究人的因素的一个很重要的依据。

  1994年,中华航空140航班,因机组误碰复飞开关,导致飞机失速,造成了264人遇难;1992年7月20日,因特航空148号航班,飞行机组的模式选择错误,本来想选择一个下滑角3.3度,但是选择了每分钟3300英尺的下降率,一个操作失误导致飞机快速下降,无法操纵,整个飞机坠毁;2009年6月1日,法航447航班,空速管结冰,产生告警,飞行机组缺乏情景意识,不知道什么情况,无法操作,导致228人遇难;2015年,复兴航空235航班,单发停车,但是飞行员搞错了,本来是一发故障,他把正常发动机关了,整个飞机失去动力,无法保持状态,直接坠毁。

  这些相关事故都是人造成的灾难性的后果,所以人为因素,就是研究系统中人与其他部分交互行为的科学学科。更多的是研究人的能力、极限、他的状态,目的是为了使人的绩效水平和整个系统的水平达成最优,这是人为因素所需要解决的一个问题。

 

  人为因素研究发展历程

  人首先是由感知,通过听、看、触摸(比如手里的遥控器),然后再反映到大脑,大脑这个时候做出一个决策,把信号传递给这个系统(比如前面的显示系统),这个系统会出现一些信息再反馈给操作者,这样就形成了一个人为因素闭环。

  除了摇控器本身和系统本身的信号之外,都是人为因素要研究的课题,人为因素研究的课题非常复杂,是一个心理学、生理学、测量学、工程学多学科的耦合。

  其实在工业革命时期就有人为因素,那个时候有蒸汽机、纺织机,人们开始考虑这种机器的负荷给人带来的伤害。

  人为因素相关研究的快速发展主要是在一战、二战之后,武器系统非常复杂,还有自动化系统、复杂系统的使用,让人使用的时候带来很多困难,这个时候就不满足只通过一种技术来解决人为因素,这样就上升为一种系统的、科学的学科来解决这个技术。随着当今高科技更加发达,设备越来越复杂,人为因素的相关研究成果在各行各业已经得到了广泛的应用,尤其是航空航天、医学等等。

 

  C919适航审查包含人为因素

  从民航来讲,人为因素主要表现在哪里呢?前期在我们的研究中,发现有一些散落在规章当中的人为因素,后来发现,还是要有一些集中的体现人为因素的规章,所以FAA和JAA在1996年就提出来组建一个人为因素工作组,把人为因素要求提炼出来,做成比较好的规章。

  经过几年的研究,在2007年EASA率先发布了25.1302条款;2013年,FAA正式接纳了EASA的1302条款,放在25-137修正案中。

  CAAC目前还没有正式发布,但是未来很快就会发布这个条款,虽然CAAC没有发布,但是我们做大型飞机审查时也借鉴了EASA、FAA的条款,我们把它作为专用条件,作为审定基础,也纳入C919审查。

  针对人为因素审查,我们通过前期研发过程的介入评估,还有系统级评估、飞机级评估;最后通过飞行试验、模拟器试验开展评估;通过飞行员、通过人为因素专家开展相关的评估。

  人为因素规章的目的是通过设计减少人为因素的发生。比如说显示系统、控制器件、告警、自动化等等,能够有机的结合起来,把人为因素的差错降到最低。

  人为因素当中很重要的基础是要考虑人都会犯错误,即便是很有经验的飞行员也会犯错误,这个犯错误的主体原因是设计的不合理,导致飞行员在决策与反应的时候、在反应执行的时候,会出现差错,所以要对人为因素开展研究。

  CAAC对人为因素研究不多,现在开始筹建人为因素实验室,包括全动模拟平台,接近于C919的工程模拟平台,生理参数设备。

  在全动模拟器方面特别强调边界,比如说失速,要做过失速、UPRT,因为在支线飞机试飞的时候就出现过,我们的飞行员、试飞工程师在上面,飞机进入了失速状态,非常危险,幸运的是,我们设计的推杆器,飞行员也及时做出好的判断,使飞机安全的改出。

  工程模拟器做成可重构,可以把中央杆/侧杆任意的使用,这是一个很好的选择;可以通过大的显示器,经过软件的设计,变成分块化的,一屏三下或一屏四下,根据我们的设计需求能够体现出来。

  全功能模拟和工程模拟研究平台各有特长,全动模拟器对适航的要求、符合性方法进行试飞准备和演练;工程模拟器侧重于标准和判据、构型变化、敏感性分析、人机界面优化等等。可以将两者结合起来进行对比分析。

 

 

  探索未来的人为因素实验

  人为因素实验室首先要考虑不同的场景任务人的认知,在疲劳状态下会产生什么操作错误,在大的工作负荷下会不会对飞机产生影响,以及这些因素会导致对情景的意识出现一种失误,这些方面不仅通过飞行员主观评述,还可以通过脑电、心电、肌电、眼动等等来评价。

  眼动仪能够分析飞行员的扫描视线、扫描的区域、分析瞳孔直径、扫视路径等,从这些分析我们可以感知到飞行员的注意力分配,能解决场景意识。

  未来我们的实验室会进行新的研究。触屏,在飞机振动的情况下更精准的进行触摸;语音,识别驾驶舱里面有噪音、告警语音、飞行的操控语音等;人工智能,人与人工智能有机的结合起来,来实现我们未来对驾驶舱的设计研究。

  人为因素主要的核心是为了提升安全水平,安全是民航永恒的主题,守卫安全是我们的职责,安全也是人民美好生活的基础。

 

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