浅谈现代民机警告系统的设计

杨永华/哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

浅谈现代民机警告系统的设计

杨永华/哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

警告系统在现代民机的整个显示系统中，占有的地位越来越重要。因此，警告系统设计的好坏将直接影响到飞机飞行安全。本文就现代民机警告系统的设计提出自己的一点经验和想法。

警告系统；民机

一、前言

众所周知，飞机一旦出现故障失事将造成人员伤亡及经济的重大损失，后果不堪设想；而如果出现故障机组能够及时发现又能处理得当，就能保证乘客安全和减少损失，而飞机上的机组警告系统就起到了这个作用，它能够及时让飞行员了解到“机器”的“病痛”，并及时给与“医治”，保证了飞行安全。因此，机组警告系统对于现代民机的安全飞行起着至关重要的作用。

二、民机警告系统的发展

随着航空工业的飞速发展，现代民机的警告系统也取得了长足的进步，应该说警告系统比其它任何显示系统发展得都快。从最初的一些大警铃、警示灯，直至今天的ECAM、EICAS系统；除了视觉警告外，在听觉警告方面，从原来的警铃、爆响器、蜂鸣器、警笛、间停警笛、警钟、间停警钟，发展到现在的语音合成；从零散杂乱的、非集成化的警告器，发展到以二十世纪八十年代的B737为代表的系统化警告系统；另外，警告系统中的人机界面的设计发展也十分迅速，越来越人性化。

总之，随着科学技术的不断发展，通过飞行员们的不断实践和探索，使得现代民航飞机的警告系统得到了迅速发展。

三、警告系统的设计

1.警告系统告警形式及及告警级别的划分。在现代民机警告系统中警告信号形式主要有：视觉警告、听觉警告和触觉警告。现在国际上通常将民机的驾驶舱警告系统概括地划分为四个等级：

第一级（Warning），指那些与性能相关的或者影响安全飞行的，包括失速、超速、近地或火警等，这些都是相当紧急的；

第二级（Caution），是指与飞机系统、设备运行状态相关的，如设备故障或需要机组采取措施进行处理的告诫提示等；

第三级（Advisory），指那些与飞机系统状况有关的，包括系统/设备工作状态指示或其它提示信息；

第四级（Status），相对来说是最不关键的，不影响飞行安全，例如数据库过期提示等。

这些信号有不同的紧急级别，第一级最紧急，用红色表示。这意味着为了飞行安全，必须立即采取措施。

2.警告系统设计需考虑的因素

（1）人为因素。驾驶舱警告系统的设计必须全面考虑人机界面的问题，必须严格遵守人为因素学的原理。告警信息可信度是最重要的，因为一旦飞行员得到错误的信息，飞行安全就失去了保障。相信大家都听过《狼来了》的故事，试想一段正常的飞行被各种毫无必要的警告信号所充斥，飞行员必将被系统的“谎言”干扰得心神不宁，一旦出现真正的故障告警就很难辨识，更别说做出正确处置了。

其次，过度显示警告会影响飞行员的反应，带来行为混乱。换句话说，在正常情况下警告信号不应被显示。飞行员对多种视频、音频警告信号的获悉过程需要足够长的时间，才能使飞行员在没有语言附加提示下做出适当的反应。这样一些多样的灯光、符号和声音信息吸引飞行员注意的同时，也会到导致飞行员迟钝或错误反应。

第三，警告系统与飞行员的情景意识必须紧密结合，真实飞行中要求在不正常情况下，立即让飞行员辨识警告信号是不现实的。本质上，飞行员通常是从飞行阶段中了解非正常情况，而绝不是仅仅从视觉或声音警告中获得。

（2）人机工程学的考虑。SAE于1980年出版了一套推荐使用整体警告装置（ARP450）的推荐书，用来解决各种警告器不规范而复杂的问题。这一系统提出了一整套概念，即用整套警示器及中心显示版上显示的视觉警告信号，提供警告信号，这个概念极力反对复杂的警告信号的使用。在现代民机警告系统的设计中要充分考虑人机工程学中对于人的视线区域注意力等级的划分。人机工程学研究指出人对自己视线区域的注意力按一定的顺序递减：1.正前方、2.侧前方、3.前下方、4.后下方、6.后上方。所以在设计飞机警告系统时要将飞行员注意力第三级以下视线区域的警告信号集成到次级注意力视线区域上的一个主警告灯上。一旦出现飞行员高级注意力视线区域以外的故障都会引起主警告灯亮，并且通过一个中央警告牌来对故障进行归类。这样的警告系统才可称得上初步具有警告、警戒功能的警告系统。

总之，在驾驶舱警告系统的设计中必须以人为本，关注人机结合的问题，我们认为驾驶舱中警告系统的设计有三种基本原理：他们要能警告并取得机组的注意；能够告诫，即告之即将发生的情况；提示，即能够指导他们做出正确的反应。

3.警告系统的设计要具有指导性和系统逻辑功能。上文提到的初步具有告警功能的警告系统设计还不够完善，它存在一定的缺陷。由于系统本身信号冗余，其本身也缺乏足够的情景意识，其信息缺乏足够的被辨识性和指导性。缺乏系统逻辑功能和趋向式警告能力是这一代警告系统的另一缺陷。

要解决缺乏指导性和系统逻辑功能这两个毛病，就要求警告系统进一步整合化。而80年代后期逐渐成熟的CRT技术，正成为系统整合化的一个飞跃点。标志这一飞跃的就是B757上的发动机指示和机组警告系统（EICAS）和A320上的电子中央飞机监控系统（ECAM）。B757上的EICAS系统以一个CRT为显示核心，对发动机的超温、超压等一切不正常状况进行监控和显示，并通过逻辑化的电子检查单对机组在不正常情况下的行动作出适当的指示。A320的ECAM与其相似且更先进，它通过逻辑电路与飞机各系统相连来监控飞机大部分系统的工作，而且它与FMC的整合有效地提供了一些趋向式警告。这些第三代的警告系统功能较完善、整合性效高、指导性较强。在现代民机的安全保障上起到了举足轻重的作用。

四、结束语

科技的发展是永无止境的，那么民机警告系统发展也将是永恒不变的主题。随着科学技术的不断发展，通过飞行员们的不断实践和探索，飞机的技术指数将不断提高，驾驶舱中的警告系统必将更为完善。希望飞机的设计者、制造者和操纵者都将为之不懈努力，通过在不断的发现和弥补缺陷中前进。

[1]（ 英）伊恩 ﹒莫伊尔（Lan Moir）（英）阿伦 ﹒西布里奇（Allan Seabridge）.民用航空电子系统.航空工业出版社出版日期：2009年4月.

[2]杜建勋.发动机指示和机组警告原理及应用.北京：国防工业出版社，1994.

[3]孙静.发动机指示机组综合报警系统设计.南京：南京航空航天大学，2005.