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《大飛機報》重點推薦:十的負九次方:航空安全與人為因素

時間:2019年11月19日   來源:大飛機報
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  編者按:安全是民航永恒的主題。近日,第二期“致未來·C-Talk演講大會”在北京舉行,大型客機人為因素適航審定實驗室、中國民用航空上海航空器適航審定中心副主任揭裕文同大家分享了有關民航安全與人為因素的有關內容,闡述了我國在人為因素方面的積極探索,并對未來的有關實驗方向提出設想。

  “致未來·C-Talk演講大會”是由中國商飛北研中心、科學出版社和北京航空航天大學聯合出品。通過定期組織主題演講活動,聚焦航空產業前沿話題,分享新知識、新信息和新觀點,激發創造靈感,促進跨界融合,引領創新發展。

 

“人為因素主要的核心是為了提升安全水平,安全是民航永恒的主題,守衛安全是適航的責任。”

 

  公眾對于航空安全的關注遠超從前

  近期發生的兩起空難,引起了大家的高度關注,一起是2018年10月29日印尼獅航,另一起是2019年3月10日埃塞俄比亞航空,兩起災難性的事故共導致了346人死亡。兩次空難發生于同一款機型,中國民航局在第一時間暫停了這款飛機的商業運行。

  航空事故發生以后,各大媒體都在報道這個事故,公眾也高度關注航空安全。在我們實際生活當中,空難時有發生,但其實空難發生的概率是非常低的。

  數據顯示,航空事故一年的死亡人數是110人,跟雷電、蜜蜂叮咬造成死亡的量級相當。而大家常用的汽車、摩托車每年造成死亡的人數高達4萬多人,所以航空依然是最安全的交通工具之一。

  曾經有人問,坐飛機有多大的風險。其實你在去機場路上的風險,遠遠大于你坐飛機的風險,坐汽車的風險是航空風險的750倍,最大的風險不是你在飛機上,而是你去機場的路上。

  國外的統計數據表明,1946年到2017年,航空事故比較少,而且這個數字還在不斷下降。

 

  適航誕生于對安全的極致追求

  適航來源于適海,為了海上航行的安全,制定了很多航海的規則,我們的適航就是借鑒適海的理念而來的。

  從1903年萊特兄弟制造飛機開始,很多的企業、個人都開始造飛機,因此導致一些事故發生。這些事故對公眾產生了影響,可能是損傷了自己,也可能把別人的房子毀了、車子砸了、人傷了,這個時候公眾就期望政府來管理。因此就有適航,民航當局代表公眾利益來管理航空,也就制定了相關的航空運行的規章。

  什么是適航呢?適航是一個航空器,包括部件及子系統整體性能和操縱特性在預期環境和使用限制下的安全性和物理完整性的一種品質。這種品質要求飛機在全壽命周期內始終處于安全的運行狀態。

  預期的環境有很多,比如說天氣有雷電,就根據這個做閃電防護;比如說航路上有結冰,就在預期的環境下開展結冰實驗,如冰風洞實驗、自然結冰飛行試驗。

  在ARJ21-700的自然結冰試飛中,曾經四進新疆,到烏魯木齊尋找自然結冰的條件。新疆的結冰條件沒有達到規章規定的液態水的含量、直徑和溫度的條件,而在國內其他地方也沒有找到這種自然結冰條件,最終在加拿大、北美五大湖的上空,完成了自然結冰試驗。

  在機場著陸、起飛的時候,跑道可能有積水,會有一些水進入到發動機的情況出現,因此我們開展濺水實驗。濺水實驗的沖擊力可以把一個艙門的鎖沖壞,可以把沒有搭接好的蒙皮撕裂。

  同時還要完成規章的很多要求,比如說大側風試飛。團隊在國內找了很多地方的天氣,例如在嘉峪關,天氣不足以滿足規章的要求,它有風但是風大的時候就成了沙塵暴,滿足不了試飛的條件。最終在2018年初,到冰島開展了大側風的實驗,冰島有很好的條件,它有一個十字交叉的跑道,它既能滿足大側風的條件,同時它在海中央,風特別大,因此比較順利的完成了大側風的試飛要求。適航是一個強制性要求,不能因為你做不到,就放松標準。

 

  民航的適航安全水平是十的負九次方

  適航是什么安全水平呢?首先一定要是公眾、乘客、包括我們設計制造人、運營商都能接受的水平,歷史統計數據表明,由于運行和飛機本體造成災難性事故的概率大概是百萬分之一。

  百萬分之一就是百萬飛行小時一次,百萬飛行小時是多久呢?假如我今天從北京去上海,明天從上海回北京,一年都是如此往返,一年也就500飛行小時,一百萬飛行小時需要2000年,這是規章的最低要求。

  實際上世界的平均運行的安全水平是百萬分之0.3,如果按照這個機率來換算,是6000年才會出現一次災難性的事故;而中國民航已經達到了百萬之0.018,是國際最先進的安全水平,現在國內運輸類飛機安全運行了6836萬飛行小時,所以民航是非常安全的一個交通工具。

  怎樣才能達到民航適航所要求的水平呢?考慮到運行、維修,不可能做到萬無一失,總有出現失誤的時候,這就對設計、制造提出了更高的要求,運行的安全水平要達到十的負七次方,再分配下去,假設有100個失效狀態會導致災難事故,要求每100個失效狀態發生的概率就是十的負九次方,前面百萬分之一是2000年,百萬分之一乘以千分之一,就是十億分之一,所以我們把它定義為極不可能。

 

  人為因素是導致空難發生的重要原因之一

  雖然航空災難概率比較低,我們仍然要做很多的分析,經過分析導致空難發生的因素有機場因素、空中交通因素、維修因素、發動機本體等等,其中很重要的原因是人為因素。飛機的空難不是一個原因觸發的,它是一個疊加,某一個系統故障了,導致人的操作失誤,再導致空難事件,經過我們的統計,84%是人的因素。

  早期的飛機比較簡單,設備的故障率很高,由于人操作相對簡單,那個時候更多的是設備出問題。隨著現代化程度不斷提高,設備出錯的概率越來越低,人的因素越來越高,這也是我們要研究人的因素的一個很重要的依據。

  1994年,中華航空140航班,因機組誤碰復飛開關,導致飛機失速,造成了264人遇難;1992年7月20日,因特航空148號航班,飛行機組的模式選擇錯誤,本來想選擇一個下滑角3.3度,但是選擇了每分鐘3300英尺的下降率,一個操作失誤導致飛機快速下降,無法操縱,整個飛機墜毀;2009年6月1日,法航447航班,空速管結冰,產生告警,飛行機組缺乏情景意識,不知道什么情況,無法操作,導致228人遇難;2015年,復興航空235航班,單發停車,但是飛行員搞錯了,本來是一發故障,他把正常發動機關了,整個飛機失去動力,無法保持狀態,直接墜毀。

  這些相關事故都是人造成的災難性的后果,所以人為因素,就是研究系統中人與其他部分交互行為的科學學科。更多的是研究人的能力、極限、他的狀態,目的是為了使人的績效水平和整個系統的水平達成最優,這是人為因素所需要解決的一個問題。

 

  人為因素研究發展歷程

  人首先是由感知,通過聽、看、觸摸(比如手里的遙控器),然后再反映到大腦,大腦這個時候做出一個決策,把信號傳遞給這個系統(比如前面的顯示系統),這個系統會出現一些信息再反饋給操作者,這樣就形成了一個人為因素閉環。

  除了搖控器本身和系統本身的信號之外,都是人為因素要研究的課題,人為因素研究的課題非常復雜,是一個心理學、生理學、測量學、工程學多學科的耦合。

  其實在工業革命時期就有人為因素,那個時候有蒸汽機、紡織機,人們開始考慮這種機器的負荷給人帶來的傷害。

  人為因素相關研究的快速發展主要是在一戰、二戰之后,武器系統非常復雜,還有自動化系統、復雜系統的使用,讓人使用的時候帶來很多困難,這個時候就不滿足只通過一種技術來解決人為因素,這樣就上升為一種系統的、科學的學科來解決這個技術。隨著當今高科技更加發達,設備越來越復雜,人為因素的相關研究成果在各行各業已經得到了廣泛的應用,尤其是航空航天、醫學等等。

 

  C919適航審查包含人為因素

  從民航來講,人為因素主要表現在哪里呢?前期在我們的研究中,發現有一些散落在規章當中的人為因素,后來發現,還是要有一些集中的體現人為因素的規章,所以FAA和JAA在1996年就提出來組建一個人為因素工作組,把人為因素要求提煉出來,做成比較好的規章。

  經過幾年的研究,在2007年EASA率先發布了25.1302條款;2013年,FAA正式接納了EASA的1302條款,放在25-137修正案中。

  CAAC目前還沒有正式發布,但是未來很快就會發布這個條款,雖然CAAC沒有發布,但是我們做大型飛機審查時也借鑒了EASA、FAA的條款,我們把它作為專用條件,作為審定基礎,也納入C919審查。

  針對人為因素審查,我們通過前期研發過程的介入評估,還有系統級評估、飛機級評估;最后通過飛行試驗、模擬器試驗開展評估;通過飛行員、通過人為因素專家開展相關的評估。

  人為因素規章的目的是通過設計減少人為因素的發生。比如說顯示系統、控制器件、告警、自動化等等,能夠有機的結合起來,把人為因素的差錯降到最低。

  人為因素當中很重要的基礎是要考慮人都會犯錯誤,即便是很有經驗的飛行員也會犯錯誤,這個犯錯誤的主體原因是設計的不合理,導致飛行員在決策與反應的時候、在反應執行的時候,會出現差錯,所以要對人為因素開展研究。

  CAAC對人為因素研究不多,現在開始籌建人為因素實驗室,包括全動模擬平臺,接近于C919的工程模擬平臺,生理參數設備。

  在全動模擬器方面特別強調邊界,比如說失速,要做過失速、UPRT,因為在支線飛機試飛的時候就出現過,我們的飛行員、試飛工程師在上面,飛機進入了失速狀態,非常危險,幸運的是,我們設計的推桿器,飛行員也及時做出好的判斷,使飛機安全的改出。

  工程模擬器做成可重構,可以把中央桿/側桿任意的使用,這是一個很好的選擇;可以通過大的顯示器,經過軟件的設計,變成分塊化的,一屏三下或一屏四下,根據我們的設計需求能夠體現出來。

  全功能模擬和工程模擬研究平臺各有特長,全動模擬器對適航的要求、符合性方法進行試飛準備和演練;工程模擬器側重于標準和判據、構型變化、敏感性分析、人機界面優化等等。可以將兩者結合起來進行對比分析。

 

 

  探索未來的人為因素實驗

  人為因素實驗室首先要考慮不同的場景任務人的認知,在疲勞狀態下會產生什么操作錯誤,在大的工作負荷下會不會對飛機產生影響,以及這些因素會導致對情景的意識出現一種失誤,這些方面不僅通過飛行員主觀評述,還可以通過腦電、心電、肌電、眼動等等來評價。

  眼動儀能夠分析飛行員的掃描視線、掃描的區域、分析瞳孔直徑、掃視路徑等,從這些分析我們可以感知到飛行員的注意力分配,能解決場景意識。

  未來我們的實驗室會進行新的研究。觸屏,在飛機振動的情況下更精準的進行觸摸;語音,識別駕駛艙里面有噪音、告警語音、飛行的操控語音等;人工智能,人與人工智能有機的結合起來,來實現我們未來對駕駛艙的設計研究。

  人為因素主要的核心是為了提升安全水平,安全是民航永恒的主題,守衛安全是我們的職責,安全也是人民美好生活的基礎。

 

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