Программа книгоиздания России

6.4. Авиационная эргономика

Основоположники современной авиации, собрав­шиеся после второй мировой войны на Чикагской кон­ференции, прекрасно понимали, какие изменения пре­терпит авиация под воздействием технического прогрес­са, подстегнутого войной, и какие блестящие перспекти­вы открываются перед ней в мирное время. Вместе с тем во времена Чикагской конференции многие с удивлени­ем воспринимали поразительную гипотезу, согласно ко­торой коммерческий самолет является продуктом само­лета военного. Сегодня в промышленно развитых странах это перестало быть гипотезой.

Наибольшее развитие во многих странах получила авиационная эргономика, что стимулируется задачами создания и эффективного использования военных само­летов и вертолетов. Современная авиация, для которой характерно увеличение скоростей, дальности и высоты полетов, предъявляет повышенные требования к летному составу. Полет на предельно низких высотах над безори-ентирной местностью, заправка горючим в воздухе, по­садка самолета по приборам при отсутствии видимости и другие навигационные и специальные задачи требуют не только безукоризненного мастерства летчиков, но и со­вершенной техники. В современном реактивном самоле­те для предъявления информации только по одному дви­гателю используется столько приборов, сколько совсем недавно во всей кабине нужно было для слепой посадки. Кроме того, на реактивном самолете большое число и других приборов. В настоящее время нельзя эффектив­но разрабатывать и применять авиационную тех­нику и системы управления воздушным движением (УВД) без эргономики.
Для авиации развитие эргономики в буквальном смысле слова вопрос жизни и смерти. Специалисты фирмы "Боинг" определили, что 65% всех происшествий в реактивной транспортной авиации с 1959 по 1986 г. произошло из-за ошибок, совершаемых членами экипа­жа. По другим данным, 90% всех неправильных действий диспетчеров в системах УВД вызваны ошибками, связан­ными с вниманием, принятием решений и нарушениями связи. По данным Международной организации.граждан­ской авиации, за последние годы число авиационных катастроф, происшедших "по вине" бортового оборудо­вания, снижается, в то время как число аварий, вызван­ных ошибками экипажа самолета, возрастает. Причина­ми аварий называют: отвлечение внимания, забывчи­вость, нарушение инструкций, самонадеянность пилотов. Однако необходимо выяснить, в каких случаях летчик действительно является источником ошибок, а в каких он совершает их по независящим от него причинам.
Новые поколения авиалайнеров становятся все более сложными в управлении. Одновременно выяви­лось, что системы управления самолетом не защищены от ошибок человека. Авиационные происшествия и ава­рии показали, что вместо предотвращения ошибок чело­века некоторые виды новой технологии создают предпо­сылки для совершенно новых ошибок летного состава.
Два наиболее серьезных авиационных происшест­вия 1987 г. в США свидетельствуют об эргономических проблемах, связанных с конструкцией кабины экипажа современных самолетов. Пилот "Дельта эйрлайнз", а до него летчик "Юнайтед эйрлайнз" перекрыли подачу топ­лива на самолете «Боинг-767» сразу же после взлета самолета потому, что переключатели одной из автомати­зированных систем находятся не там, где надо. В течение всего развития реактивной авиации пилоты нагибались к основанию колонки управления между сиденьями, чтобы перекрыть поступление топлива к двигателям на стоянке. Поэтому для конструкторов «Боинга-767» было совершенно естественным разместить переключатели автомата тяги прямо под переключателями топлива. На­гибание для переключения подачи топлива — настолько хорошо отработанное движение, что в описанных выше случаях пальцы пилотов направила не к тем переключа­телям выработанная годами практики привычка.
Автоматизация, ее предпочтительный уровень и воз­никающие в связи с этим проблемы в авиации — одна из
180
основных сфер эргономических исследований и разрабо­ток. Микропроцессорная техника, сделавшая возмож­ным автоматизацию многих операций, выполняемых эки­пажем в ходе полета, заставила вплотную заняться иссле­дованием того, как автоматизация той или иной функции скажется на действиях экипажа в целом. В этой связи изучаются проблемы: вероятность ложной тревоги и ее влияние на действия экипажа; доверие летчиков к пока­заниям приборов; совершенствование систем отображе­ния информации; особенности взаимодействия с техни­кой в условиях непредвиденных ситуаций; создание сис­тем диагностики возможных ошибок.
Много исследований посвящено рабочей нагрузке пилотов. Сложность проблемы образно определил один ученый: "Нагрузка в кабине пилота — вершина айсбер­га". Ее актуальность связана с тенденцией уменьшения количественного состава экипажей самолетов. Для пере­распределения нагрузки летчика во все более усложня­ющихся условиях полета создаются новейшие системы речевой технологии, системы распознавания и синтеза речи, отвечающие требованиям эргономики.
Современный уровень развития микропроцессор­ной и дисплейной техники позволяет комплексно отобра­жать параметры полета воздушного транспортного сред­ства и визуализировать внешнюю обстановку. В этой связи эргономистами изучаются качественные показа­тели систем отображения: характер формируемого изображения, размер экрана дисплея, интегральный ха­рактер предъявляемой информации, адекватность ото­бражения динамических характеристик объекта, спосо­бы отображения многомерной информации. Разрабаты­ваются методы предъявления пилоту прогностической информации, исследуется эффективность использования цвета в форматах отображения информации в кабинах самолетов. Продолжают проводиться исследования, свя­занные с определением оптимальных размеров и форм органов управления и их размещения в кабинах само­летов.
Эргономическое проектирование средств отображе­ния информации и органов управления, их расположение в кабине самолета должно основываться на изучении деятельности летчиков не только в нормальных режимах полета, но и в аварийных. О сложности задачи можно составить представление, ознакомившись с фрагментом из захватывающего дух рассказа летчика-испытателя А.Гарнаева о том, как происходила посадка тяжелого сверхзвукового самолета при одном отказавшем двигате­ле и в условиях резкого ухудшения погоды:
"Внимание загружено сверх всех пределов, планки на навигационном приборе становятся все вертля­вее, а способного разом прекратить все мучения спасительного контура полосы впереди — нет! Да и у меня все меньше возможности время от време­ни бросать взгляд из кабины вперед: внимания на отслеживание всех необходимых параметров для захода едва хватает... и уже начинаю чувство­вать, что перестает хватать. Взгляд едва успева­ет обежать все стрелки приборов, оценить их магические подергивания. Остаток внимания цели­ком сконцентрирован на манипулировании рулями.
Я уже не могу, не имею права отрывать глаза от приборной доски, а только какие-то периферийные зрительные анализаторы вдруг отмечают, как мрак вокруг вдруг скачкообразно сгустился... Слов­но мощная пощечина напоследок — в остекление ударяют струи дождя. Какая сейчас высота? Смотрю на радиовысотомер, и сходу не могу себя заставить поверить его показаниям: двадцать метров ровно! Это значит, что при нашем расчет­ном «по глиссаде» снижении лететь до соприкос­новения с поверхностью родной планеты осталось примерно четыре секунды. На всякий случай увели­чиваю тягу работающего двигателя и инстинк­тивно начинаю уменьшать вертикальную ско­рость снижения. Взгляд — вперед! Это моя послед­няя попытка понять, выиграл я или проиграл. Став­ка — жизнь... И вот он — прямо передо мной: спасительный, непривычно близкий огромный бе­тонный контур. Единственное небольшое движе­ние ручкой управления HCt_f себя — и колеса уже мягко шуршат по полосе..." [46, с.104— 105].
Эргономические исследования, связанные с про­блемами использования дисплеев на борту самолета, занимают существенное место в авиационной эргономи­ке. В начале 80-х годов высказывалось даже мнение, что авиационная эргономика в США в основном занимается проблемами восприятия информации с экранов диспле­ев. С учетом того, что зрение является ведущим в летной деятельности и сильно загружено поступающей инфор­мацией, изучается возможность передачи части инфор­мации другим органам чувств. Исследования ручного слежения с применением вибротактильных средств ото­бражения информации позволили предположить, что оно может стать эффективным средством снижения визуаль­ной рабочей нагрузки.
Использование вычислительной техники в оборудо­вании самолетов, как правило, сводилось к решению с ее помощью конкретных задач. В результате, при наличии частных успехов, утрачивалась общая идея — что может дать вычислительная техника летчикам. В основу разра­батываемых концепций оборудования самолетов вычис­лительной техникой закладывается модель работы экипа­жа. Созданы проекты "интеллектуальной кабины".
Пилоты современных лайнеров в основном пассивно наблюдают за показаниями приборов автоматических систем, на которые переложена значительная часть рабо­ты экипажа и принятия решений. Именно поэтому члены экипажа, как правило, не могут сразу же перейти к активным действиям в случае даже незначительных от­казов автоматики.
Международный журнал "Прикладная эргономика" в 1987 г. поместил заметку под названием "Несчастный случай из-за несовершенства системы управления в ка­бине пилота". Самолет "Боинг-747" тайваньской авиа­транспортной компании на высоте 41 тыс. футов потерял управление и менее чем за 2 мин. снизился на 30 тыс. футов. Падал самолет в основном в перевернутом состо­янии. Пассажиры на несколько ужасных секунд повисли на привязных ремнях вверх ногами. Овладев в последний момент ситуацией, пилот на высоте 10 тыс. футов вернул машину в режим нормального полета.
181
Что же произошло? Тайваньский экипаж находился в полете около 10 часов и большую часть времени наблю­дал за показаниями приборов, следил за работой автопи­лота. Когда "Боинг" слегка качнуло, автомат тяги, запро­граммированный на поддержание постоянной скорости, сначала уменьшил силу тяги двигателей, а потом секунд через 30 вернул рычаги в исходное положение, как это и должно произойти. Однако на этом "борьба" между само­летом и автоматом не завершилась и продолжалась еще 4 мин. Командир, находившийся после многочасового наблюдения за работой автомата в состоянии понижен­ной бдительности, оставил автопилот включенным и даже не попытался взять в руки штурвал. Другими словами, командир и экипаж находились в состоянии пониженной готовности к активным действиям. В докладе комиссии, расследовавшей это авиационное происшествие, гово­рится о летчиках как о людях, следящих за системами, вместо того чтобы ими управлять.
На основе проведенных исследований ученые НАСА обосновали положение, согласно которому при разработ­ке автоматических систем и использовании ЭВМ необ­ходимо предусматривать активное вовлечение операто­ров в управление, а не ограничивать их роль только регистрацией показаний приборов [44]. Подобный же цикл исследований позволил российским психологам обо­сновать принцип "активного оператора", предполагаю­щего нахождение некоторого оптимума активности, т.е. определенного уровня включенности человека в процесс управления объектом [45].
Эргономисты многое делают, чтобы говоряще-све-тяще-мигающая сигнализация в кабине современного самолета в полной мере отвечала деятельности лет­чиков в нормальных и особенно аварийных условиях по­лета. Компания "Боинг" провела анализ, который выявил тенденцию к значительному увеличению количества сиг­нальных ламп, звонков, зуммеров, гонгов и т.п. в сигналь-но-предупреждающих системах для привлечения внима­ния пилота к текущей или потенциальной опасности в системах самолета. Было выявлено, например, что коли­чество сигналов тревоги увеличилось на 61% в системе самолета "Боинг-747" по сравнению с "Боингом-707" и что в авиационной промышленности вообще нет никакой разумной проектной концепции создания оптимальной сигнально-аварийной системы. В свете этого исследова­тельская группа НАСА изучала альтернативные сигналь-но-аварийные системы для кабины пилота будущего и в сотрудничестве с фирмой "Боинг" предприняла попытку определить психофизические аспекты проекта идеаль­ной сигнально-аварийной системы.
Может создаться впечатление, что вся сложность управления авиационной техникой связана с процессами получения, переработки информации, принятия реше­ний и действиями с органами управления. Но это не так. Учет данных эргономической антропологии представ­ляет сложную задачу. При конструировании места пило­та в американском самолете F/A-18 выяснилось, что при катапультировании носки ног пилота задевают за край приборной панели. Было предложено три варианта кон­струкций, уменьшающих силу удара: поглощающий энер-
гию материал, покрывающий край панели; свободно ви­сящая панель; устройство, направляющее ногу. Была со­здана математическая модель ситуации, учитывающая вес пилота, скорость катапультирования, различные по­ложения ног и бедер, рассчитана сила удара и ее влияние на ноги, позвоночник и таз. Наилучшей оказалась кон­струкция направляющего устройства. Были проведены испытания на тренажере с манекенами, а затем с пило­тами, которые отмечали либо полное отсутствие удара, либо незначительное его воздействие.
В самолетах, создаваемых многими авиационными фирмами (американская корпорация "Боинг", европей­ский консорциум "Аэробус индустри" и др.), находят воплощение достижения проектной эргономики и дизай­на (рис. 28, 29 цв. вкл.). Определение эргономической концепции является одним из первых шагов в проектиро­вании кабины экипажа. Работа по совершенствованию, например, кабин самолетов А310 и А300—600 ("Аэробус индустри") была сосредоточена на четырех направлени­ях: безотказность, снижение рабочей нагрузки, улучше­ние обзора, функциональный комфорт для экипажа [47]. В кабинах этих самолетов находятся два электронных центра; система электронных приборов по обслужива­нию полета и электронный центр управления самолетом. Первый состоит из двух расположенных один над другим электронно-лучевых индикаторов (ЭЛИ) для каждого пи­лота — командного пилотажного прибора и прибора ин­дикации навигационных данных. Второй центр состоит из двух ЭЛИ на центральной приборной доске. Функци­онально он является как бы ожившим цветным справоч­ником. Левый дисплей индицирует параметры, выполня­ет функции напоминания и предупреждения, правый становится простым графическим аналогом любого при­бора. Информация выдается автоматически или при на­жатии нужной кнопки. В случае отказа дисплеев исполь­зуются обычные табло предупредительной сигнализации и дублирующие электронно-механические приборы.
Основным замыслом при разработке электронного центра управления самолетом было снижение рабочей нагрузки, особенно при возникновении тяжелых множе­ственных отказов приборов. При необходимости бы­строй перестройки в работе, как правило, в аварийных ситуациях система снижает напряжение летчиков, так как выдает информацию только в необходимом объеме и лишь в экстренных случаях.
В кабинах самолетов A310 и А300-600 используются панели, закрывающие металлические поверхности (го­ловки винтов и другие детали) на главной приборной доске. В результате приборы лучше выделяются. Другая особенность пилотской кабины — мягкая облицовка бли-козащитного козырька над приборной доской. Мягкий материал закрывает острую металлическую кромку ко­зырька и служит опорой для рук пилотов при работе с кнопками блока управления полетом. До этого на само­летах АЗОО и A310 верхняя кромка была закрыта идущей вдоль нее тонкой резиновой полоской.
В интерьере кабины использованы декоративные панели, которые легко снимаются и обеспечивают доступ к оборудованию. Они защищают его от случайных уда-
182
ров, предохраняют от пыли, закрывают острые углы. Потолочные панели оригинальной конструкции, располо­женные возле верхнего пульта управления, выделяют его, разграничивают функциональные зоны.
Многое было сделано для оптимизации вентиляции и освещения. Вентиляционные сопла собственной кон­струкции фирмы расположены так, что исключают сквоз­няки. До начала полета, когда экипаж только входит в кабину, нужен максимально рассеянный свет, освещаю­щий все помещение. Его дают расположенные на потолке большие закрытые плафоны-светильники с регулируе­мым уровнем яркости. После того, как все займут свои места, свет концентрируется спереди на приборной доске и пультах. Он также регулируется по желанию каждого члена экипажа. Столик для письма, расположенный на оконной раме, и блокнот на колонке управления освеще­ны маленькими лампочками, которые дают мягкий свет, чтобы не дезадаптировать зрение в ночных условиях полета. Членам экипажа, входящим из пассажирского салона в затемненную кабину пилотов, помогают ориен­тироваться лампочки в полу. Люминесцентные лампы заменены лампами накаливания.
Особое внимание уделялось креслу пилота. Он не должен испытывать неудобств, на его здоровье не долж­ны сказываться последствия длительного пребывания в положении сидя. Кресло должно создавать необходимую опору для бедер, поясницы, спины не только в состоянии расслабленности и внимательного наблюдения, но и в случае активной деятельности. При этом полнота опоры не должна ограничивать свободу движений. Для удовле­творения этих требований было предложено кресло новой конструкции, которое регулируется с помощью дистанционного электроуправления и обеспечивает мак­симально удобную для каждого пилота позу. Большой интерес вызывает отклоняющаяся спинка, поворачиваю­щаяся вокруг точки, соответствующей положению тазо­бедренного сустава. Это дает правильную с точки зрения анатомии поворотную опору и, следовательно, релакса­цию в отклоненном положении. В спинке кресла предус­мотрен специальный легкодоступный отсек для хранения спасательного жилета.
В кабине имеются разнообразные устройства, влия­ющие на качество условий обитания. Конструкция рам сдвигающихся боковых окон закрыта тонкими декора­тивными панелями, которые защищают экипаж от сопри­косновения с холодными поверхностями. В то же время нижняя часть этих панелей служит своего рода подстав­ками, расположенными под удобным углом по отноше­нию к пилоту. В них сделаны углубления для таких предметов, как карандаши, солнечные очки. Рельсы, по которым скользят сдвижные окна, закрыты специальной полоской из материала, предохраняющего их от скапли­вания грязи и попадания мелких предметов, что одновре­менно исключает заклинивание окон во время движения. Для защиты от действия прямых солнечных лучей предусмотрена скручивающаяся шторка, вмонтирован­ная в верхнюю декоративную часть панели окна. При вытягивании она закрепляется на нижней части рамы.
Панели на боковых пультах расположены под не­большим наклоном для удобства записи. В кабине пред­усмотрено несколько складывающихся и убирающихся столиков. Пепельницы и чашки теперь можно ставить i удобных местах. Для всех элементов кабины разработане трехцветная гамма окраски.
Много внимания уделялось разработке оптимальной формы каждого рычага управления, поиску их удобногс размещения, а также их быстрому опознанию, особенно в тех местах, где они находятся в непосредственной близости друг от друга. Сначала велись эксперименты с V-образным штурвалом, который увеличивает обзор­ность пилотажных приборов. Затем был спроектирован более традиционный штурвал. Увеличение обзорности достигнуто за счет большого заднего скоса его колонки.
Во время исследований было обнаружено, что боль­шинство пилотов не пользуются перчатками. Их надева­ют лишь тогда, когда рукоятки управления неприятны тактильно (холодные, липкие), что является результатом плохой эргономической и дизайнерской проработки. В новой кабине штурвал и ручка управления передним колесом покрыты прочной и долговечной кожей. Это намного удобнее, чем рукоятка, покрытая матовой чер­ной краской, которая стирается, оставляя голый металл .
Эргономические проблемы проектирования, управ­ления и технического обслуживания вертолетов имеют свою специфику и требуют специального рассмотрения.
Большое число исследований связано с использова­нием ЭВМ в процессе управления воздушным движе­нием. Масштабы и темпы развития воздушного движе­ния уже не соответствуют пропускной способности сис­тем УВД. Прогнозируется дальнейшее значительное уве­личение числа и объема воздушных перевозок, однако экономические и другие факторы ограничивают возмож­ности строительства новых аэропортов и взлетно-поса­дочных полос. Связанные с этим перегруженность воз­душных трасс и чрезмерная рабочая нагрузка авиадис­петчеров, несмотря на попытки автоматизации их функ­ций, сказываются на увеличении ошибок.
Для деятельности авиационного диспетчера харак­терны:
1) высокая личная ответственность;
2) поддержание на оптимальном уровне эффективности управления воздушным движением;
3) легко проверяемые, тщательно контролируемые зада­ния, ибо все документируется и сохраняется;
4) огромное количество коммуникаций (почти полностью вербальных по своей природе) между коллегами, руко­водителями полетов и пилотами;
5) сложность опознавания и формулирования соответству­ющего ответа на особые комбинации условий, напри­мер погоды, условий полетов, технических характерис­тик воздушных судов при полете, аэродромного обеспе­чения и т.д.;
6) наличие многих слабо операционализируемых подза­дач, для решения которых необходимо вовлечение твор­ческого потенциала и навыков принятия решений;
7) динамизм обрабатываемой информации и высокие тре­бования к своевременному и точному реагированию на ее изменения;
183
8) критическая зависимость от имеющихся в его распоря­жении технических средств и оборудования, необходи­мость определенного взаимодействия с ними и полная уверенность в их нормальном функционировании и надежности [48].
В романе "Аэропорт" А.Хейли описывает рабочие будни одного из международных аэропортов США, в котором в обычное время на двух главных полосах само­леты взлетают и садятся каждые 30 с. Работу диспетчеров по управлению самолетами в этом аэропорту американ­ский писатель сравнивает с шахматной игрой: "...только в этой игре все пешки находились на разном уровне и передвигались со скоростью несколько сот милей в час. Причем в ходе игры их надо было не только двигать вперед, но и поднимать или опускать — да так, чтобы каждая фигура отстояла от всех других минимум на три мили по горизонтали и на тысячу футов по вертикали и ни одна из них не вылезала за край доски. А пока шла эта опасная игра, тысячи пассажиров сидели в своих воздушных креслах и с нетерпением ждали, когда же наконец завершится их полет. Игра эта, повторяющаяся из смены в смену, требует от игрока — диспетчера, находящегося, как правило, в цейтноте, умения макси­мально обострять мысли и чувства и вместе с тем оста­ваться предельно собранным, сохранять железное спо­койствие".
Во многих странах изучаются изменения в функциях авиадиспетчера, способах его взаимодействия с пилота­ми, другими авиадиспетчерами и рабочей средой. Разра­батываются концептуальные программы отображения информации и автоматизации функций авиадиспетчеров в процессах принятия решений. Анализируются факто­ры, которые будут влиять на проектирование перспек­тивных систем УВД. Многие из перечисленных проблем решались эргономистами при создании, например, евро­пейского центра управления воздушным движением в Г.Маастрихт [49] (рис. 30 на цв. вкл.).
Огромный арсенал разработанных принципов и ме­тодов, а также накопленные данные открывают перед авиационной эргономикой принципиально новые пер­спективы развития, которое окажет существенное воз­действие на эргономику в целом.