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飞行模拟机紧急卸载事件的人机工程学分析(三)

来源:民航资源网 作者: 王庆伍 2014-04-22 15:18:12

专业分类飞行

  

  3.飞行模拟机的使用流程

  每天,在模拟机投入使用之前,维护人员已经把设备准备好:操纵加载(C/L)已经接通,视景(visual)与运动系统(motion)均处于“预备的可用”状态,其他的内舱设备也已经按需设定,只待训练人员的使用。图1是模拟机的训练人员的上机、设定、准备、训练以及下机的流程图。

图1:模拟机的使用流程图

 

  上面的流程大致可以分为三个阶段共计12个步骤:1─4为第一阶段(训练前);5为第二阶段(训练中);6─12为第三阶段(训练后)。

  4.飞行模拟机紧急放下事件的案例分析

  飞行模拟机在正常的运动状态下,如果人员或者设备确实处于危险中,那么人工或者自动采取紧急措施都是必需的,但是在非危险状况下,模拟机出现紧急卸载的情况则属于意外事件,对没有心理准备的模拟机使用人员以及相关设备的安全会造成直接的威胁或伤害。因此,必须对紧急卸载事件进行综合分析,找出真正的致因。

  运动系统在正常的工作状态下,导致模拟机紧急卸载事件的直接原因主要存在于三个方面:设备自身的故障、超出范围的动作以及使用人员的误操作等。其中,由于使用人员的误操作而导致事件发生的比重较大,且性质不同于一般的设备故障,它涉及到“人”的错误,但是“人”的错误却并不是“人”故意而为之的,因此必须“透过现象看本质”,人机工程学中的彼得森与SHEL模型就提供了“看人的错误的本质”的渠道与方法。因此本文站在人机工程学的角度,采用彼得森与SHEL模型,结合实际案例,从人机界面的硬件设计、操作程序的制定以及管理等方面来剖析某厂家某型号的飞行模拟机紧急卸载事件、找出真正的致因并尝试给出有效的解决途径。

  一、硬件的缺陷

  案例1. 误按紧急电源按钮,导致模拟机被人工启动“一级断开”,模拟机被紧急卸载。

  案例2. 误按运动系统动力源按钮(例如HYDRAULICS OFF按钮),导致模拟机被人工启动“二级断开”,模拟机被紧急卸载。

  彼得森模型指出:工作(操作)台的设计要符合人机工程学,否则会造成“陷阱”,导致人员误操作,从而发生不安全事件或者事故。那么在此,我们就依照彼得森模型列举出来的项目中找出模拟机教官台在设计上的“陷阱”。

图2:模拟机教官台-模拟机控制区

 

  案例1与案例2都是舱内人员误按了位于教官台右上方的模拟机控制区面板(如图2所示)上的紧急按钮,导致模拟机被紧急卸载。这两个案例都发生在“工作台”(workstation)上,且具有相近的性质,因此,将两个案例合并起来进行以下分析:

  ① 紧急按钮没有保护装置

  从图2可以看出,紧急电源按钮(EPO)与动力源按钮并列在模拟机控制区的右上方,分别用来紧急切断模拟机系统电源与动力供给,这两个紧急按钮对于生产运行的安全保障具有非常的重要。但“凡事都有两面”,具有安全保护功能的重要装置在被误操作的情况下同样也会带来严重的安全后果,因此必须对重要的装置在设计上要加装一道防线,即“防误操作”的设计环节,如同飞机上重要的开关都有保护盖一样。但是,对于EPO与动力源这两个紧急按钮的时候,厂家根本没有考虑到“防差错”设计,没有加装任何保护装置,如保护盖、防护圈等,加大了人员误碰的风险。

  ② 按钮标识的设计不恰当

  在文字布局上,“EPO”按钮的名称上下分成两部分:上面是“EMERGENCY”,下面是“STOP”,两个字被按钮隔开距离6厘米;同样,液压紧急断开按钮(动力源)的标识上下也被分为“HYDRAULICS”与“OFF”两部分。当操作人员只看到“STOP”与“OFF”这两个字的时候,很容易把这两个按钮的功能误解为“停止训练、卸载模拟机”,因此这两个紧急按钮被操作人员当作具有一般正常功能的按钮使用,误导人员操作,从而发生模拟机紧急卸载事件。可以说,这种本该放在一起的标识被硬生生地分开,是典型的“陷阱式”设计 。

  在按钮标识的颜色上,“动力源按钮”使用了淡黄色(米黄色),颜色较浅。事实上,按压此按钮会触发“二级断开”,对人员以及设备都有可能造成严重伤害,因此应该涂以红色、橙红色,至少也应该涂为航空业通用的琥珀色,而不是浅黄色。

  在文字标识的尺寸上,上述的英文字体的尺寸都比较小、不易于充分接收其信息。

  综合以上分析可以看出:第① 项属于彼得森模型中的“工作台”的设计缺陷(reach、force)造成人机界面的不匹配;第②项属于彼得森模型中的“不匹配的(信息)显示”造成人机界面的不匹配,这两种不匹配都会造成陷阱(TRAPS),带来安全隐患。

  解决途径:

图3:模拟机控制区的紧急按钮

 

  ① 将EPO与动力源应急按钮加装防护装置。如图 3所示。这些保护装置不仅能够防止使用人员的“误碰”,而且能够明确提醒企图按压这些按钮的人:这些按钮不是一般的操作按钮,而是应急的,这样能够防止人的“误操作”,设置最后一道关。

  ② 将警示字连成一体,如图 3所示。

  ③ 制作醒目的警示标识、包括颜色、字体大小以及中文等。

  案例3. 误按到“操纵按钮”(CONTROL LOADING ON/OFF),导致模拟机被人工启动“二级断开”,模拟机被紧急放下。

  模拟机控制区面板右上方的一排按钮包括四个独立功能的按钮,分别是“操纵按钮”、“视景按钮”、“运动按钮”以及“飞行状态按钮(IN FLIGHT SIGN)”。其中,前三个按钮既是显示装置又是操纵装置 ,被操纵的对象(机构)通过按钮来控制并由按钮内的灯来显示其状态,例如“操纵按钮”用来接通或者卸荷某些操纵机构 上的驱动力,同时通过按钮内的灯来显示整个操纵机构的状态:稳定的绿灯表示已接通、稳定的琥珀色为已卸荷并处于可用状态、闪烁的琥珀色表示系统处在接通的过程中、短暂的熄灭表示处在卸荷的过程中,而长时间的熄灭意味着系统不可用。

  教员在操作这些按钮的时候,可能会误按到“操纵按钮”,人工启动“二级断开”,导致模拟机被紧急卸载的事件。在此,需要找出模拟机工作台在设计上的“陷阱”,分析如下:

  ①  按钮布局不合理

  首先,从图 2可以看到,视景按钮、操纵按钮、运动按钮以及状态灯是并排的四个方形按钮,相邻按钮的操作面(表面)的边缘间距仅为2毫米,这个间距比一般的电脑键盘都要小。

  其次,如上所述,模拟机每天在投入使用之前,操纵加载系统已经由维护人员接通,无需教员操作,因此操纵按钮的按压次数很少,而相邻的“运动按钮”或者“视景按钮”却经常需要教员来操作,使用相对频繁。

  最后,误操作“操纵按钮”涉及到安全风险--它的意外断开会导致模拟机触发“二级断开”(在运动系统接通后),操纵失去动力,同时模拟机紧急卸载;而“运动按钮”或者“视景按钮”却不会因误操作而带来危险。

  因此,可以说厂家在按钮的设计上忽略了“操纵按钮”的危险性,没有把它与其他按钮区别开来,把上述按钮紧密地并列在一起显然是不合适的。

  ② 拟机控制区面板、教官台屏幕以及教员座椅的高度不匹配

  从图2还可以看出:当教员坐在一个适合操作屏幕的高度的时候,他的左手指尖离上述按钮约12厘米左右 ,而右手的指尖则距离上述按钮约50厘米(大多数人习惯使用右手)。很明显,按钮不在(坐姿的)教员的作业空间内,更别提最佳作业空间了。如果教员要按压上述按钮就需要采取以下某个方法:扭转身体引身向上、站立起来或者将座椅慢慢升高(电机驱动)以便手指能够按压到上述按钮。经过观察发现,最后一个方法(电动调节座椅高度)无人使用,因为在升高座椅后还要再降低座椅高度以便人员从座椅上下来,升降座椅的过程需要25秒左右的时间,实在是太慢了;而采取扭转身体引身向上或者站立起来的方法则更加方便快捷,但是这两种操作方法,需要操作人员抬高重心或者倾斜身体,因此会出现人体“底盘不稳”的后果,人的身体、胳膊以及手指都会出现“不听话”的现象,误按到“操纵按钮”。

  ③ 纵按钮的操作力量太小,过于容易触发

  真飞机驾驶舱内的重要按钮或者开关,例如发动机启动电门、惯导开关以及电瓶开关等都不是一触即发的,一般都装有防误碰的保护盖、凸出挡块或者卡槽,需要用较大的力或者/和一定的操作方法才能操作、改变或者关闭这些开关/按钮。而模拟机的操纵按钮没有保护盖,而且一碰即动,一触即发,操作过于灵活。

  ④ 按钮标识模糊

  上述每个按钮的尺寸为21毫米×15毫米,按钮上印的字为细小黑色英文字,因此不易识别。并且在模拟机正常使用的过程中,上述按钮四个内置灯的颜色都是绿色,且连成紧密的一排,不易区别,因此导致信息识别的困难,加大了误碰的风险。

  综合以上分析可以看出:第① ─④项都属于彼得森模型中的“工作台”的设计缺陷(size、reach、force),这种缺陷造成人机界面的不匹配,从而形成陷阱,最终有可能会引起人的错误操作而导致不安全事件的发生。

  解决途径:

  ①  修改按钮布局,隔开安装“操纵按钮”,并增大各按钮之间的距离。

  ② 优化作业空间,降低按钮高度至人的最佳作业空间内 。

  ③ 将“操纵按钮”加装活动的透明盖或者保护圈,对其增加“防差错”的保护。

  ④ 重新设计按钮标识,字体清晰、明显。

  案例4. 误打开后舱门,人工启动“四级断开”, 导致模拟机被紧急放下。

  在模拟机训练告一段落后,舱内人员打开舱门之前可以通过以下四个渠道来辨别运动系统卸载的情况:

  1)“运动按钮”的内置灯

  2)“飞行状态按钮”的内置灯

  3)来自模拟机外部的喇叭声

  4)模拟机后舱门上的观察孔

  按说,有四个信息渠道,何以被忽略呢?通过询问与观察,得知上述四个信息渠道都很窄,信息量较少、强度弱。对于前两个通道--按钮的内置灯,此前已经分析过,它们尺寸较小,布局紧密,人员离开座椅后回头看这两个灯是比较“费事、费眼力的”,尤其是熄灭了的“飞行状态按钮”灯几乎没有实际的信息价值;第三个渠道即来自模拟机外部的声音,然而在人员舱内对此声音不够敏感,并且多台模拟机之间存在声音干扰;而最后一道防线--后舱门上的观察孔(如图4所示)的实用价值就更加微乎其微了:该观察孔是一个内径为7毫米的“猫眼”小孔,位置较高,只有贴住“猫眼”才能观察到外面登机桥或者判定模拟机机体的位置,这种设计与其说是给使用者带来便利,不如说给使用者带来不必要的麻烦。

图4:舱门的观察孔

图5:舱门的观察窗

 

  综合以上分析可以看出:模拟机运动系统的状态信息不能有效地传递给教员,属于彼得森模型中的“工作台”的设计缺陷(feel--视觉与听觉),这种缺陷造成人机界面的不匹配。

  解决途径:

  ①  可以使用大尺寸的观察孔或者“观察窗”来取代原有的小观察孔。观察窗的中心点距离舱内地板的高度为157cm,窗的净尺寸为17cm×17cm,如图5所示。

  ② 将“飞行状态灯”安装在舱门内侧边,高度为158cm-162cm之间,在舱内人员将开门的之前提供更加直观的“目视”参考。

  ③ 将后舱门的锁设计为“电动安全锁”,只有在放下位的时候才能解锁并打开 。

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