民用飞机机组工作量评价方法研究

摘要：人为失误是飞行事故的主要起因，减少人为失误可以确保飞行安全和飞行任务的顺利完成，人为失误的产生取决于飞机机组成员工作量的数量和稳定性，机组成员工作量随着时间是变化的，准确评价工作量是一项艰巨的任务。介绍常用的飞机机组成员工作量的评价准则、机组工作量符合性验证过程和波音767飞机机组工作量评定的任务场景设计。可以为民用飞机的驾驶舱设计和最小飞行机组的适航取证工作提供参考和技术支持。

关键词：机组工作量；最小飞行机组；飞行员主观评价准则

中图分类号：V2

文献标识码：A

文章编号；1671－7597(2010)0720092－02

0　引言

人为失误是大约70％～80％的飞行事故的起因，其余的飞行事故仍然间接与人为失误有关。因此，飞行安全和飞行任务的顺利完成取决于减少人为失误。人为失误的产生取决于飞机机组成员工作量的数量和稳定性。长时间超负荷工作极易导致飞行员的工作疲劳。飞行疲劳可使飞行员的飞行技能下降，将导致感觉技能、认知能力和操控能力下降。感觉技能下降表现为飞行员对飞机的运行状态和空间定向的判断与监控出现失误；认知能力下降表现为飞行员对信息的获得、理解、判断和利用能力下降，不能对驾驶舱信息资源进行有效地综合判断和利用；操控能力的下降表现在飞行员不能及时准确地完成应该完成的操纵和控制飞机的任务。

在飞行过程中机组成员的工作量随着时间是变化的，就给了飞行员犯错误的可能性。国内外的适航条例对于飞机机组成员工作职能和机组成员是否超负荷工作都有相关要求。这就要求在飞机适航取证过程中要对机组成员工作量进行准确地评价。

1　机组工作职能和工作量因素

CCAR25部附录D定义了最小飞行机组验证时必须考虑的七个工作职能和十个工作量因素。基本的工作职能包括：飞行航迹控制、防撞、导航、通讯、飞机发动机和系统的操作和监控、飞行管理系统的操作与监控、指挥决策。十个工作量因素包括；

1)对所有必需的飞行、动力装置和设备操纵器件进行操作的可达性和简便程度；2)所有必需的仪表和故障警告装置的可达性和醒目程度，并考虑这些仪表或装置引导进行适当纠正的程度；3)操作程序的数量、紧迫性和复杂性，特别要考虑由于重心、结构或其它适航性的原因而强制采用的专用燃油管理程序，以及发动机自始至终依靠单一油箱或油源供油而运转的能力；4)在正常操作以及判断、应付故障和应急情况时消耗精力和体力的大小和持续时间；5)在航路飞行中，需对燃油、液压、增压、电气、电子、除冰和其它系统进行监控的程度；6)需要机组成员离开原定工作岗位才能完成的动作，包括：查看飞机的系统、应急操作操纵器件和处理任何隔舱的应急情况；7)飞机系统的自动化程度，自动化是指系统在发生故障或失效后，能自动切断、自动隔离由此引起的障碍，从而减少飞行机组为防止丧失能源所需的动作；8)通讯和导航的工作量；9)由于任意应急情况可导致其它应急情况而增加工作量的可能性；10)当适用的营运规则要求至少由两名驾驶员组成最小飞行机组时，一名机组成员因故不能工作。

2　工作量评价理论

工作量评价是个主观的过程，没有一种直接简便的办法可以用来评价的工作量的级别，但是可以采用一些方法来略微量化这种主观的过程。真正的工作量是完成一项任务所要求的工作量。意识形态的工作量是由于个体意识到情况的紧急程度和重要性而自我强加的工作量，一个人驾驶汽车和参加驾照考试时驾驶汽车的区别是～个很好的例子，这两项任务有相同的工作量级别但是意识形态的工作量明显的区别。在飞行试验过程中，如果在模拟器上完成工作量评价，评价结果可能不具有真正的代表性，因为模拟器上飞行的意识形态工作量与在真正的飞机上完成某项任务相比可能会低一些，在真实飞机上没有模拟器上的“重新启动”按钮。这也不能说明最初的工作量评价不能在模拟器上完成，只是为了说明在完成相同任务时，这两种情况下工作量会不同。

有很多可以使用的测量工作量的方法，然而所有方法都属于以下类别中的一种；1)生理测量法，测量心跳、眨眼频率和呼吸频率等生理现象；2)主观评测法，写一些随笔来详细描述飞行员对工作量的主观评价或完成问卷调查：3)性能评判法，测量操纵参数或增加额外任务的方法。生理测量法只能对于同一个飞行员进行比较。每个人对于紧急状况的反应不同，所以不同的人之间没有可比性。而且使用这种方法容易产生虚假信息，这些虚假信息会超出数据简化能力。主观评测法要求通过专业训练的人为因素专家来完成调查问卷和评价方法的设计，由试飞员完成评价，是比较流行的工作量评价方法。性能评价法通常需要与主观评价法结合使用。

3　常用的工作量评价准则

现今常用的工作量评价准则有贝德福德评价准则、改进的库珀一哈勃评价准则、动态工作量评准则(Dynamic Workload Scale)、飞行员主观评价准则(the Pilot Subjective Evaluation)及其的衍生方法改进的飞行员主观评价准则(the Modified Pilot Subjective Evaluation)，军用飞机常用的评价方法有主观工作量评价准则(SWAT)和NASA-TLX。

3.1贝德福德评价准则。贝德福德评价标准是由英国皇家飞机研究中心提出的对机组工作量进行评价的评价方法，其原理与库珀一哈勃准则类似，将机组工作量分为4大类，分别是：

1)工作量低，即理想的操作精度或者满足工作要求的操作精度比较容易实现；飞行员需要同时完成的工作较少：2)可以容忍的工作量，即飞行员需要完成的工作较多，有能力完成所有的工作；3)工作量大，不能被飞行员接受，飞行员只能完成一些主要的工作。

为了方便飞行员对机组工作量进行定性评述，贝德福德评价标准将上述的前三类再细分为3个小的评定等级。第4类确定为不能完成工作，这样就将四大类分成10个小的评定等级，然后将这些评定等级用数字1到10标记。

飞行员必须正确理解和运用这些等级评定标准，按照图1的逻辑关系找出所驾驶飞机所属类，在完成飞行后我出最终的工作量等级。]

3.2修正的库珀一哈勃评价准则(MODIFIED COOPER-HARPER SCALE)。早期的库珀一哈勃评价准则是试飞员对飞机飞行品质进行评价所采用的标准。使用这种准则将所评价的飞机按飞行品质分为10个等级，其中1表示飞机是完美的，不需要任何改进；10表示飞机有重大缺陷。

修订的库珀一哈勃评级准则是一种分层次决策的评价标准，扩大了早期评价方法的适应范围，优化了评价感知功能，要求飞行员侧重于评价脑力工作量水平和任务完成的难度。

3.3动态的工作量评价准则。动态的工作量评价方法是空客公司最小飞行机组适航取证时采用的准则，将机组工作量分为七个等级，包括飞行员和观察员对工作量的评价。要求评定人考虑潜能、干扰和压力，飞行员

和观察员根据自己对工作量的判断来评价。参与评价的观察员在工作量发生变化时或者在一定的时间间隔上对飞行员的工作量做出评价。

3.4飞行员主观评价(PILOT SUBJECTIvE EVALUATION)。飞行员主观评价准则是波音公司和FAA一起为B767飞机的适航取证提出的工作量评价标准，美国总统特别工作小组推荐使用这种标准。该方法是利用飞行员操作和时间的关系曲线对工作量进行分析，由取得资质的飞行员对工作量评价补充，是一种很好的演示最小飞行机组符合性的准则。

飞行员主观评价涉及到完成任务的时机和任务的难度。为了确保适航取证的顺利进行，飞行所需要完成操作和完成操作的时间应该在演示飞行的飞行员能力范围，飞行任务的设计必须合理，飞行员有充裕的时间来应付意外情况。飞行员在飞行时完成主观评价，通过比较两架不同的飞机(待验证的飞机和参考飞机)，根据在审定型号及其参考机上飞行机组操作中的亲身体验，以表格形式回答与机组工作量有关的问题。

3.5修正的飞行贯主观评价准则。修正的飞行员主观评价准则是Orlady-Barnes提出一种评价标准，该准则主要是用户对飞行员主观评价法增加了评价程序。当该方法保留了飞行员主观评价法的基本要素后可以作为一种适航管理部门可以接受的验证标准。

每种工作量评价准则都有自己的优缺点。然而，评价准则的复杂性的增加导致需要对完成评价的人员培训程度的增加甚至只有据有评价经验的人员才能完成评价。考虑到参与评价的飞行员的年龄、职位、飞行经验和所驾驶飞机的类型的不同使得工作量评价人员的数值计算量明显增加。

4　机组工作量符合性验证

4.1机组工作量符合性验证过程。机组工作量符合性验证过程分五个阶段进行：

1)工作量分析根据审定飞机的设计特点及与参考机型的主要区别，用其工作量对比手段做主观评定：

2)操作适合性的模拟验证，括在一个含起飞、爬升、巡航、下降和着陆等飞行阶段的模拟航线运行过程中，收集工作量的数据，它们包括一些开关的起动和关闭的时间，机长和副驾驶之间、机组和空中交通管制等全部通信所花费的时间，驾驶员查看监控数据时视觉巡视方式和时间，用于导航、发动机和飞机其它系统操作和监控等所耗费的时间和消耗的体力和精力，为防撞进行目测的可用时间；

3)为证实模拟结果在运行环境下飞行试验，在实际航线上做飞行演示，收集驾驶员所作的机组工作量的主观评估，评估时要考虑使用和不适用自动驾驶仪、自动油门等自动系统的因素；

4)在审定飞机的飞行试大纲的主要部分尽早地广泛使用驾驶员主观评定法(PSE)进行评定。即结合其它飞行试验做飞行评定，这样可以促使适航当局驾驶员在他们对系统和飞机飞行品质评定的时候，按照FAR／CCAe25部附录D的准则来进行思考，同时有助于在试飞大纲制订早期发现与机组工作量或机组编制有关的飞机设计与使用的缺陷，从而及时进行设计或者软件(程序)的修改；

5)最后阶段是运行环境下最小飞行机组构型(现在飞机基本上就是两人机组)进行专题飞行并做出最终评定，包括：

①正常、非正常和应急程序；

②不能工作设备的出勤可靠度；

③在改变目标机场点环境下以各种导航模式工作：

④高工作量的环境如不利气象、夜间运行等：

⑤交通高密度地区，与空中交通管制的联系；

⑥一名驾驶员不能工作。

上述多数飞行要预先设计的飞机系统可靠性、不工作的设备和飞行故障，模拟航线飞行中可能遇到的高工作量的情况，而且预先设计的飞行故障都由适航当局的观察员在事先不告诉驾驶员的情况下以更符合实际的方式引入。

4.2机组工作量任务场景设计。以波音767的飞行机组工作量评定为例进行说明，该评定由FAA的一名驾驶员以一名飞行品质专家进行，评定过程包括51小时地面训练和11小时飞行试验。在地面训练过程中对波音检查单的正常和非正常程序做了评定，认为正常程序的检查单是足够的，非正常程序的检查单简明扼要便于完成，每一项非正常程序处理问题的方式令人满意，并只需很少的机组工作量。模拟航线飞行的飞行试验分为三个航段(白天一个，夜晚两个)，按照最小设备清单(MEL)正常和故障状态模拟了航线飞行过程中可能的场景。

任务场景1：模拟1)发动机电子控制器不工作；2)发动机推力计算机不工作；3)自动油门不工作：4)自动驾驶仪不工作。飞机飞行状态：用飞行导航仪进场至100英尺的离地高度、进场中断待机，然后用目视进场着陆直至停止。

任务场景2：模拟发动机指示和机组报警系统不工作故障状态，座舱高度表不起作用，EICAS不起作用。飞机飞行状态：应急下降，目视进场至100英尺离地高度，直接中断着陆，进场失败后待机方式飞行，接着由雷达引导到日视进场着陆直至停止。

任务场景3：模拟三个自动驾驶仪不起作用，座舱高度表不起作用，左发着火，前起落架灯关闭。飞机飞行状态；用单台发动机完成应急下降，以飞行导航仪进场着陆直至停止，此间有意关闭着陆灯，使用单发反推装置为发现方向操纵发生故障。

任务场景4：模拟机长的左飞行管理计算机不能工作，三个自动驾驶仪不起作用。飞机飞行状态：电子水平位置指示器(EHSI)在航路中用VOR模式，在终点使用ILS模式，完成正常的仪表着陆直至停止。

4.3使用PSE对任务场景的机组工作量进行评价。飞行员主观评价(PSE)要求每个驾驶员根据任务场景设计的工作职责的体力和精力清耗其参考机上飞行机组操作中的亲身体验，填写与FAR25.1523和附录D有关的问题。对工作量因素对比的主观判断一般分“多(大)一”少(小)”和“一样”，“多(大)”与“少(小)”中又各分“大量”、“中等”和“轻微”。

5　结语

机组工作量要求满足CCAR／FAR25.1523和附录D的最小飞行机组相关条款要求，然而目前对这些要求的理解和符合性验证方法及验证指标等方面尚存在一定疑问或认识不足，何况我国除Y12外尚无其他机型在最小飞行机组方面做过验证，因此缺乏经验。

机组工作量评价方法的研究对飞机驾驶舱的设计和新飞机的适航取证有重要的指导意义，有助于正在进行的某型飞机的最小飞行机组取证工作的完成。FAA推荐的飞行员主观评价法使用的是一种对比的方法，所以使用此方法的只需要简单的培训。使用PSE应挑选驾驶过与新设计的相似的飞机的资深飞行员，以便保证做好对比评定工作。

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