民用飛機(jī)機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安全性分析研究

蔡銳　張銳

【摘 要】民用飛機(jī)系統(tǒng)的研制要求在國(guó)際上已經(jīng)有成熟的法規(guī)規(guī)定，而國(guó)內(nèi)的民用飛機(jī)系統(tǒng)目前還在很多方面存在一定差距，如管理體系、設(shè)計(jì)理念、安全性分析方法等等。本文著眼于FAR25.1322對(duì)機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)的要求，研究了現(xiàn)代民用飛機(jī)機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)及其安全性分析，包括系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、安全性分析的考慮。其中重點(diǎn)介紹了警報(bào)呈現(xiàn)元素及其優(yōu)先級(jí)的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；設(shè)計(jì)；機(jī)組警報(bào)；告警；安全性分析

1 警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總則

機(jī)組警報(bào)的目的是引起機(jī)組的注意，以告知機(jī)組特定的系統(tǒng)狀態(tài)異?；蜻\(yùn)行條件異?！，F(xiàn)代的警報(bào)系統(tǒng)還會(huì)向機(jī)組提供應(yīng)對(duì)異常情況的操作指導(dǎo)。這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于完善的警報(bào)功能設(shè)計(jì)，包括傳感器、警報(bào)觸發(fā)邏輯、信號(hào)的處理（依據(jù)緊急程度對(duì)優(yōu)先級(jí)的設(shè)定），以及警報(bào)呈現(xiàn)元素。無(wú)需引起機(jī)組注意的異常情況，不應(yīng)引起警報(bào)。

1.2 原理

機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)的原理始終如一，即發(fā)現(xiàn)警報(bào)條件，判斷緊急優(yōu)先級(jí)，和以某種元素呈現(xiàn)。

1.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

系統(tǒng)狀態(tài)異常和運(yùn)行條件異常，只有需要引起機(jī)組注意，并幫助機(jī)組做出決策、輔助其采取適當(dāng)操作時(shí)，才進(jìn)行警報(bào)。同時(shí)還要考慮具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)和駕駛艙原理。

所有呈現(xiàn)給機(jī)組的警報(bào)，必須提供有關(guān)運(yùn)行條件或系統(tǒng)狀態(tài)的信息，以便于機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)操作。警報(bào)時(shí)機(jī)組應(yīng)采取的操作在飛機(jī)操作手冊(cè)中規(guī)定，是機(jī)組培訓(xùn)課程中學(xué)員必須掌握的重要內(nèi)容。

遵循始終如一的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，即發(fā)現(xiàn)警報(bào)條件，判斷緊急優(yōu)先級(jí)，和以某種元素（或元素的組合）呈現(xiàn)。

采取適當(dāng)?shù)木瘓?bào)系統(tǒng)呈現(xiàn)元素，通常有：

（1）主視覺(jué)警報(bào)

（2）視覺(jué)警報(bào)信息（包括失效指示標(biāo)志）

（3）主聽(tīng)覺(jué)警報(bào)

（4）聲音信息

（5）特殊語(yǔ)調(diào)（特殊聲音）

（6）觸覺(jué)信息

警報(bào)系統(tǒng)的警報(bào)設(shè)計(jì)要基于人的邏輯。各元素的警報(bào)要同步，要制定警報(bào)規(guī)則以區(qū)分不同的緊急程度。

警報(bào)的呈現(xiàn)要遵守緊急性和優(yōu)先級(jí)的原則。

視覺(jué)警報(bào)必須與25.1322（e）條款規(guī)定的顏色規(guī)范相一致。

如果使用的聽(tīng)覺(jué)警報(bào)有多重語(yǔ)義，應(yīng)提供相應(yīng)的視覺(jué)、觸覺(jué)警報(bào)以避免混淆，準(zhǔn)確地識(shí)別警報(bào)內(nèi)容。

警報(bào)內(nèi)容。確定何種系統(tǒng)狀態(tài)或運(yùn)行條件需要警報(bào)。

緊急性和優(yōu)先級(jí)。根據(jù)25.1322（b）和25.1322（c）（1）的要求，確定各警報(bào)條件的緊急性（警告、戒備、提示）和優(yōu)先級(jí)。如果警報(bào)的緊急性和優(yōu)先級(jí)要視情況而定，需說(shuō)明具體情況。

呈現(xiàn)。確定始終如一的警報(bào)呈現(xiàn)方案。并確定警報(bào)呈現(xiàn)的格式。

1.4 警報(bào)功能元素

對(duì)于警告和戒備，為迅速引起機(jī)組關(guān)注，警報(bào)功能須至少有兩個(gè)元素（參見(jiàn)25.1322（c）（2））。對(duì)于提示，不需迅速引起機(jī)組關(guān)注的，通常是一個(gè)元素。

警告

依據(jù)25.1322（c）（2），警告使用多種功能元素的組合。警告（不包括時(shí)間緊急的警告）典型的組合如下：

（1）主視覺(jué)警報(bào)，視覺(jué)警報(bào)信息，主聽(tīng)覺(jué)警報(bào)。

（2）主視覺(jué)警報(bào)，視覺(jué)警報(bào)信息，聽(tīng)覺(jué)警報(bào)信息或特定警報(bào)語(yǔ)調(diào)。

注1：主聽(tīng)覺(jué)警報(bào)可以在聲音警報(bào)信息之前。

注2：按照25.1322要求，觸覺(jué)警報(bào)可以和視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)警報(bào)組合。

時(shí)間緊急的警告

一些警告對(duì)于飛機(jī)安全運(yùn)行具有時(shí)間緊急性，常用的主視覺(jué)警報(bào)和主聽(tīng)覺(jué)警報(bào)不能迅速引起機(jī)組對(duì)具體警報(bào)條件的關(guān)注，從而延誤了機(jī)組采取措施的最佳時(shí)機(jī)。這種情況下，警告元素應(yīng)直接提供具體的警報(bào)條件，使機(jī)組不需要查看其它的駕駛艙指示就能迅速進(jìn)行關(guān)注。這類(lèi)時(shí)間緊急的警告例如反應(yīng)式風(fēng)切變和近地警告。時(shí)間緊急的警告元素包括：

（1）對(duì)每種警報(bào)條件的特殊聲音信息或特殊語(yǔ)調(diào)；

（2）對(duì)每種警報(bào)條件，在每個(gè)飛行員主要視野內(nèi)的特殊視覺(jué)警報(bào)信息。

注：飛行員可感覺(jué)的特殊觸覺(jué)警報(bào)也可滿(mǎn)足25.1322（c）（2）的要求。

主視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)警報(bào)：

如果其他視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)警報(bào)更加需要機(jī)組關(guān)注，可不授權(quán)主視覺(jué)警報(bào)和主聽(tīng)覺(jué)警報(bào)。若使用主視覺(jué)警報(bào)和/或主聽(tīng)覺(jué)警報(bào)，應(yīng)足以引起機(jī)組注意并作出反應(yīng)，而又不至于使機(jī)組忽略時(shí)間緊急的警告。例如，在每個(gè)飛行員主要視野內(nèi)的特殊視覺(jué)警報(bào)信息，足夠引起機(jī)組的立即關(guān)注，可以取代主視覺(jué)警報(bào)。但是，聽(tīng)覺(jué)警報(bào)，或其他感官提示，仍需滿(mǎn)足25.1322（c）（2）的要求。

戒備：

戒備使用的警報(bào)元素一般情況下與警告的相同，因?yàn)閮烧叨夹枰獧C(jī)組的立即關(guān)注。

一些戒備警報(bào)條件預(yù)示著潛在的時(shí)間緊急警告條件。對(duì)這些情況，戒備警報(bào)系統(tǒng)元素應(yīng)與相關(guān)的時(shí)間緊急警告元素相一致。

提示：

按照25.1322的要求，提示警報(bào)功能元素應(yīng)包括視覺(jué)信息。提示信息應(yīng)處于機(jī)組每隔一段時(shí)間可查看的位置。

提示信息不要求機(jī)組立即給予關(guān)注。因此，不需要使用兩種感官組合的警報(bào)。另外，由于不需要機(jī)組立即關(guān)注，一般不使用主視覺(jué)或主聽(tīng)覺(jué)警報(bào)。

聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)信息，如維修信息、內(nèi)容信息，或不需警報(bào)的狀態(tài)信息在呈現(xiàn)給機(jī)組時(shí)，不應(yīng)與警報(bào)功能沖突。

2 警報(bào)系統(tǒng)安全性分析

2.1 總則

警報(bào)系統(tǒng)在單獨(dú)考慮以及與其它系統(tǒng)一同考慮的情況下，必須符合相關(guān)系統(tǒng)的安全性規(guī)定（如25.901（b）（2），25.901（c）和25.1309（b））。警報(bào)系統(tǒng)的安全性必須與其提供警報(bào)的系統(tǒng)功能或飛機(jī)級(jí)功能相當(dāng)。

2.2 分析要點(diǎn)

使用25.1309（b）對(duì)帶有機(jī)組報(bào)警的具體系統(tǒng)或功能進(jìn)行安全性分析時(shí)，需同時(shí)評(píng)估系統(tǒng)功能失效和相關(guān)報(bào)警的失效（25.1309（d）（4））。包括對(duì)引起系統(tǒng)功能和任何相關(guān)警報(bào)功能失效的單點(diǎn)（共模）失效的影響進(jìn)行評(píng)估。失效定義為：影響組件、零件或元件正常運(yùn)行的情況，使其不能完成應(yīng)有的功能。包括喪失功能和錯(cuò)誤功能。因此，進(jìn)行安全性分析時(shí)，應(yīng)考慮喪失功能和錯(cuò)誤功能兩種情況。

由于機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)通常與其他系統(tǒng)集成（或共模），警報(bào)系統(tǒng)的失效或錯(cuò)誤的影響要分別單獨(dú)分析和與其他系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)分析（25.1309（b））。應(yīng)分析警報(bào)系統(tǒng)的失效或錯(cuò)誤對(duì)接口系統(tǒng)的串聯(lián)影響。特別要考慮并避免對(duì)警報(bào)系統(tǒng)的錯(cuò)誤判斷導(dǎo)致飛機(jī)危險(xiǎn)增加（25.1309（c））。

評(píng)估警報(bào)系統(tǒng)的安全性，是通過(guò)評(píng)估警報(bào)系統(tǒng)失效時(shí)安全裕度的下降，包括：

（1）警報(bào)功能完全喪失；

（2）錯(cuò)誤功能；

（3）警報(bào)功能喪失或錯(cuò)誤功能與系統(tǒng)狀態(tài)的組合。

要對(duì)警報(bào)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行檢查，因?yàn)闀?huì)影響機(jī)組對(duì)警報(bào)的確認(rèn)和反應(yīng)。雖然某個(gè)系統(tǒng)單個(gè)的虛警影響有限，但如果虛警多次發(fā)生，將增加機(jī)組工作負(fù)擔(dān)，降低機(jī)組對(duì)警報(bào)系統(tǒng)的信任度，使其無(wú)法確認(rèn)真實(shí)警報(bào)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]SAE ARP 4754A，民用飛機(jī)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)指南[S].2010.

[2]SAE ARP 4761，民用機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備的安全性評(píng)估過(guò)程的實(shí)施指南和方法[S].1996.

[3]AC25.1309，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析[S].

[4]AC25.1322-1，機(jī)組警報(bào)[S].

[責(zé)任編輯：孫珊珊]