飛行安全是民用航空的第一追求和永恒主題,確保飛行安全是民用航空的頭等大事。飛行安全的三大要素是人、機器和環(huán)境。人是飛機運行中的能動主體,尤其是被稱為飛行安全最后一道防線的飛行員,在飛行安全中起著舉足輕重的作用。工作負荷是影響飛行員工作表現(xiàn)的重要因素。若工作負荷過低,則會令人產(chǎn)生厭倦和自滿情緒,變得漫不經(jīng)心和/或無聊;若工作負荷過高,則往往會導(dǎo)致遺漏重要信息、出現(xiàn)差錯或削減任務(wù)以試圖降低工作負荷。為了使飛行員保持及時和有效執(zhí)行任務(wù)的能力,適宜的工作負荷極為重要。工作負荷是了解飛行員工作表現(xiàn),進而了解航空系統(tǒng)安全高效運行的核心,對飛行安全非常重要。飛行安全領(lǐng)域發(fā)展起來的工作負荷先進理念和方法,在道路交通安全和工業(yè)生產(chǎn)安全等領(lǐng)域亦獲得廣泛應(yīng)用。

飛行員工作負荷是人為因素研究中的一項關(guān)鍵內(nèi)容。自從20世紀70年代初,人為因素(簡稱“人因”)被認為是一個導(dǎo)致飛行事故反復(fù)出現(xiàn)的原因以來,它在飛行事故中一直占據(jù)著突出地位,絕大多數(shù)飛行事故都與人為因素有關(guān)。在多起與人為因素有關(guān)的飛行事故中,由飛行員工作負荷不佳導(dǎo)致的人因差錯占據(jù)了相當大的比例,從而使其較早成為國際航空界對飛行安全領(lǐng)域的重點關(guān)注內(nèi)容之一。在相當長的一段時期內(nèi),飛行員工作負荷評估是民用飛機駕駛艙人因評估的總綱統(tǒng)領(lǐng),在與民用飛機有關(guān)的適航性驗證和審定中占據(jù)頂層的關(guān)鍵位置。航空人因領(lǐng)域的研究人員對飛行員工作負荷進行了大量研究,成果在飛行員工作負荷測量、評估與預(yù)測、民用飛機駕駛艙人機界面優(yōu)化設(shè)計、民用飛機適航驗證與審定等方面獲得了認可和應(yīng)用,對降低飛行員差錯、提高飛行安全發(fā)揮了積極作用。

飛行員工作負荷受到飛行任務(wù)、飛行環(huán)境、個體能力、身心狀態(tài)等多種因素的影響,許多因素具有非線性、隨機性、時變性等特點而難以量化,往往需要綜合多學(xué)科知識加以研究,研究者亦從不同的角度提出了多種評估方法。如果從工作負荷與任務(wù)執(zhí)行者的關(guān)系來看,工作負荷可認為由功能上相互關(guān)聯(lián)的三部分組成,即輸入負荷、操作者努力和工作績效。基于輸入負荷而進行的工作負荷評估方法指的是基于人機界面和操作任務(wù)進行工作負荷預(yù)測分析方法;基于操作者努力而進行的工作負荷評估方法指的是應(yīng)用于操作者自身的測量,如主觀評價法和生理測量法;基于工作績效即操作結(jié)果而進行的工作負荷評估指的是主要任務(wù)測量法和輔助任務(wù)測量法。這些方法是目前飛行員工作負荷評估的代表性方法。本書第1章“概述”是飛行安全與飛行員工作負荷的總體介紹,包括飛行安全與工作負荷的概念,二者的發(fā)展與現(xiàn)狀,工作負荷在飛行安全中的地位和作用,以及工作負飛行員工作負荷2荷與認知、情境意識等相關(guān)研究的關(guān)系。第2~5章對代表性評估方法做了詳細介紹,即基于輸入負荷的評估方法(第2章“基于人機界面和任務(wù)的工作負荷評估方法”)、基于操作者努力的評估方法(第3章“主觀評價法”和第4章“生理測量法”)和基于工作績效的評估方法(第5章“工作績效測量法”)。這些方法各有優(yōu)缺點,例如主觀評價法和工作績效測量法穩(wěn)定度及可靠性高,但客觀性不足,而生理測量法則剛好相反。為了揚長避短,同時考慮到不同評估方法的適用情境,包含多種評估方法在內(nèi)的綜合性方法也在逐漸發(fā)展起來。

對飛行員/飛行機組工作負荷的評估,目標是要驗證該機型在工作負荷方面是否滿足適航要求。任何新機型或改裝機型均需進行系統(tǒng)評價和試驗計劃,通過一套邏輯過程來評估、測量、演示特定駕駛艙設(shè)計施加給飛行員/飛行機組的工作負荷。為了保證航空器作為常規(guī)交通工具能安全地運行,在投入市場之前,必須證明航空器的設(shè)計和構(gòu)造是符合安全要求的,這就是適航符合性審定。適航概念的引入,可幫助航空工程領(lǐng)域的研究者、設(shè)計者、制造者、運營商和適航當局相互了解,為飛行安全這個共同目標而協(xié)同一致地工作。本書第6章“工作負荷適航符合性審定”介紹了民航飛行員/飛行機組工作負荷適航規(guī)章條款、適航符合性驗證方法和審定程序,以及國內(nèi)外在工作負荷標準方面的研究成果和已發(fā)布的相關(guān)標準。

過去一個多世紀,在飛機設(shè)計方面積累了大量的經(jīng)驗。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,飛機系統(tǒng)愈加復(fù)雜,駕駛艙系統(tǒng)集成和自動化應(yīng)用更加廣泛。無論技術(shù)如何發(fā)展,飛行安全始終是飛機設(shè)計首要關(guān)注的問題,現(xiàn)代運輸機任何時候都離不開人的主導(dǎo),飛行員/飛行機組工作負荷是飛機設(shè)計過程中必不可缺的人因要素。

本書根據(jù)北京航空航天大學(xué)2020年《人因工程與飛行安全教學(xué)大綱》中飛行員/飛行機組工作負荷的教學(xué)內(nèi)容同時結(jié)合作者及國內(nèi)外其他學(xué)者的研究工作編著而成,側(cè)重介紹事關(guān)飛行安全的工作負荷的基礎(chǔ)內(nèi)容,盡量反映當前國際民航主流的工作負荷與飛行安全理念和方法。感謝以下項目和課題支持: 國家自然科學(xué)基金項目“基于車載科技產(chǎn)品使用的駕駛分心策略研究”、中國標準化研究院院長基金重大項目“中國常用人體工效學(xué)特征模型構(gòu)建及應(yīng)用研究”、國家重點研發(fā)計劃課題“以人為中心的設(shè)計與產(chǎn)品用戶體驗測評技術(shù)標準研究”。感謝北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院對本書成稿的鼓勵和支持。此外,還要感謝王黎靜、柳忠起博士在本研究中的相關(guān)工作。鑒于作者水平有限,書中難免有不當之處,敬請讀者諒解和批評指正。

作 者

2020年2月