基于SHEL模型的飞行人为差错研究

张玉虎，樊宇，李庆谊

（空军航空大学飞行训练基地，辽宁省阜新123100）

基于SHEL模型的飞行人为差错研究

张玉虎，樊宇，李庆谊

（空军航空大学飞行训练基地，辽宁省阜新123100）

利用SHEL模型分析飞行人为差错的来源，提出了预防人为差错相关对策。可加强飞行人员的心理选拔、打牢航空理论基础、加强机组资源管理（CRM）的研究、提高飞行人员的训练质量，并改善硬件、软件、环境界面与人的相容性。

人为差错；飞行安全；SHEL模型

人为差错是安全技术领域的专用名词，包含两方面含义：一是没有按规定的程序和要求完成操作；二是做了不符合程序和规定要求的操作。飞行人为差错，就是飞行人员在飞行实践活动中发生的过失和错误。很显然，每一个飞行人员在某次人为差错事件中都并不是故意犯错误，而是他在特定的情境中，由于受一种或多种因素的影响以及人固有的功能局限而导致其出错的。利用SHEL模型对飞行人为差错进行研究，有助于更为深刻、全面地剖析飞行人为差错。

1 SHEL模型概述

SHEL模型是描述飞行中人的因素的概念模型。SHEL并不是一个单词，而是由Software（软件）、Hardware（硬件）、Environment（环境）、Liveware（人）的首写字母所组成。该模型表明了航空系统中与飞行人员构成界面的四个要素及其相互关系。从图1可以看到，与飞行人员构成界面的四个要素是：硬件、软件、航空环境及其他机组成员、管制员（或指挥员）等。系统各要素之间构成的界面是凸凹不平的，意味着各界面之间必须谨慎匹配，否则，系统内的应力就会过高，最终引起系统的断裂或解体，飞行差错也就在所难免。从该图中还可以看到，“飞行人员”位于模型的中心，其他要素围绕在它的周围。可见，只要是有人驾驶的飞机，无论自动化程度有多高，飞行人员都将始终是航空系统中最有价值、最重要的因素。但是，由于人类自身的局限，飞行人员也是最易变化、最不可靠的因素。因此，在整个飞行系统里，不但飞行器的设计和制造必须考虑人的特点，其他要素也应适合于人，更重要的是，模型中心的飞行人员还必须了解与自己构成界面的其他要素的局限，并不断完善自身，才能避免飞行人为差错。

2 在SHEL模型下分析飞行人为差错的来源

对飞行人为差错来源的分析，可以根据SHEL模型中与人构成界面的四个要素来探讨当人与其中一个或多个界面不相容时，是如何引起人为差错的，每一个界面都可视为人为差错的发源点。

2.1 人-硬件（L-H）界面

人—硬件界面是飞行人为差错最常见的发源地。如果机载设备的设计和制造不符合人的生理和心理特点或缺乏对意外情况的考虑，就容易诱发人的错误。过去空军曾多次发生连续起飞收襟翼时错提发动机停车手柄、着陆滑跑放减速伞时误投副油箱的问题，这些差错确实是飞行人为差错，但停车手柄与襟翼手柄、投副油箱按钮与放减速伞按钮之间的距离太近，也确实是导致飞行人为差错的诱因。第三代战机加装了语音提示与信号灯相结合的特情告警系统，从技术上看是一大进步，但有时也带来弄不清真假的问题，很有可能导致飞行人员在特殊情况判断和处置上发生错误。作为飞行人员，只有非常熟悉自己所飞机型的硬件及其设计原理，并对它的优点和缺陷作出合理、客观的评价，才能真正做到良好的驾驶舱资源管理。

2.2 人-软件（L-S）界面

软件包括条令大纲、飞行手册、飞行程序、航空理论及信息显示等非物理性信息。这一界面若匹配不良时，也可能诱发飞行人员的错误。例如，某部两起运-8C飞机事故，直接原因是平尾结冰导致海豚跳，但关于海豚跳的问题，国际民航有过深入系统研究，还下发了技术通报，但对此信息，空军却没有得到，直至事故发生。人—软件界面的问题通常不及人—硬件界面的问题那样具体和可直接观察，比较而言，它更难解决。现代飞机座舱的自动化程度越来越高，飞行人员的任务已由原来的直接操纵飞机为主逐渐改变为以监控信息为主，飞行人员的一个非常重要的任务便是对软件的利用和管理，现代飞机对飞行人员的要求更高，驾驶起来更难。另外，现代飞行管理系统有多种选择模式，飞行人员与这些系统打交道时，经常会为如何选择“模式困惑”而头痛，进而导致决策差错。如，歼-10飞机进入复杂状态后，飞行人员错误使用自动改平系统，酿成了灾难性后果。

2.3 人-环境（L-E）界面

人—环境界面是航空系统中最早被人们认识到的一个界面，也是诱发飞行人员错误的常见来源。以自然环境而言，在黄昏、拂晓飞行中，由于自然光线若明若暗且与座舱内灯光亮度相近，致使飞行人员观察仪表刻度时模糊不清，很容易发生看错仪表刻度的错误。云中平直飞行，由于飞机两侧的明暗程度不同，很容易使飞行人员产生倾斜错觉，甚至产生错误修正的操纵动作。云上飞行，因云的层面与地面并不平行，当飞行人员把云层与蓝天的分界线即“假天地线”，错误地当成“真天地线”时，就会诱发飞行人员产生飞行状态判断错误。低空超低空飞行，由于对地面观察的范围缩小，所见地标数量少，且与中空观察时变化很大，再加上无线电罗盘指示误差大、甚至失真，很可能诱发空中迷航的人为差错。在远海上空飞行，昼间要么睛空万里而海天一色，要么云雾弥漫而天海难分；夜间海面无灯光，向下望去则是黑乎乎的一片；很容易使飞行人员对飞行状态做出错误的判断，并导致错误的操纵动作，甚至因此而造成飞机坠海事故。

2.4 人-人（L-L）界面

人—人界面是最微妙，也是非常重要的一个界面。包括飞行人员、机组、指挥员、空管人员、保障人员等的内部以及他们之间的协同，也包括飞行前、飞行中和着陆后的简令、指挥和报告等。实际上，大多数多乘员飞机事故都能找到协同不良的教训。例如，前后舱如果权力梯度过大或过小，必然影响沟通协调，遇有特殊情况，导致决策错误。某部歼轰-7飞机事故，两名飞行人员都是老飞行员，经验丰富，个人技术比较过硬，恰恰是这种情况，反而导致领导与服从关系处理不好，判断处置特情没有统一意志，各自为是，相互抢杆，酿成悲剧。又如，指挥用语不规范、指挥意图不明确等，都可能导致人为差错的发生。某部轰—6F一等飞行事故，在飞机着陆产生跳跃后，指挥员指挥口语化，口令不具体、不准确，飞机连续三次跳跃都是“稳住点”、“不要推”、“柔和”，始终没有发出“看好地面”、“下沉拉杆”、“蹬平舵”的关键口令，直至飞机坠毁。某部直-9WA直升机三等飞行事故，就是因驾驶舱内指挥用语不标准，都是“哥们”、“伙计”、“撑住啊”、“往上爬”等俗语，机组成员谁都可以指挥、口令，而机长既不决策也不操纵飞机所致。

需要说明的是，在SHEL模型下分析飞行人为差错的来源，并不是为了说明发生飞行人为差错“难免论”，更不是为了说明发生飞行人为差错“合理论”，而是为了更深刻地认识杜绝人为飞行差错的艰巨性，需下更大的决心，作出更大的努力，真正解决飞行人为差错的问题。

3 利用SHEL模型研究飞行人为差错的预防

SHEL模型不仅适用于讨论飞行人为差错的来源，在制定飞行人为差错的预防措施时也同样适用。

3.1 改善模型中心飞行人员的质量

1）扎实的航空理论知识是减少人的差错的基础

在航空理论学习和应用方面存在一些薄弱环节，是发生飞行人为差错的又一重要原因。近年来在新机飞行训练中发生的飞行人为差错，多半与新机理论学得不深不透有关。因此，提高航空理论在飞行实践中的应用水平，能够有效预防飞行人为差错。值得一提的是，航空理论知识应该包括有关飞行中人的知识的学习，人们过去较多地注意了对航空系统中的硬件、软件及环境的认识，但对飞行中的主体—飞行人员却了解甚少，这不能不说是飞行人员航理教育的一个失误或缺陷。实际上，人的因素和“机组资源管理”（CRM）课程的重要性并不亚于领航学和空气动力学。对人的科学了解得越多，便越有利于对自己和他人行为的管理，也就越有利于减少人的错误。

2）提高飞行人员的训练质量是预防飞行人为差错的关键和核心环节

首先，要加强教育引导。由于人为飞行差错是人的行为造成的，人的行为是受思想支配的，所以，防止人为飞行差错的第一道防线就是加强对飞行人员的教育引导，使飞行人员深刻认识飞行实践活动的特点对飞行人员所提出的特殊要求，使每个飞行人员都能充分发挥自己的自觉能动性，刻苦钻研航空理论，熟练掌握飞行技能和空中作战本领，自觉培养锻炼飞行实践和空中作战所需要的优良作风，不断提高思想水平和心理素质。

其次，提高飞行人员的心理素质，使其成为战胜自己弱点的强者。飞行人员在心理素质上存在某些不适应飞行要求的弱点，是发生飞行人为差错的重要原因。多数特殊情况处置差错，均与过分紧张、惊慌失措、难以正常思考问题等心理障碍有关。飞行人员要像钻研其他航空理论那样钻研心理科学理论，并运用心理科学知识分析研究自己的个性心理特征，既要找出自己心理素质中适应飞行实践活动的强点，又要找出自己心理素质中不适应飞行实践活动的弱点。飞行人员要掌握调节自己心理状态和思想情绪的方法，实现从自然心理状态到自主心理状态的转变，使其成为驾驭自己心理状态和思想情绪的主人。

再次，每次飞行前、上飞机前要认真进行地面准备。认真进行地面准备，对预防发生飞行人为差错、保证飞行安全、提高飞行训练质量和效益，增强完成各种飞行任务的能力，具有重要的作用。我国空军发扬艰苦奋斗、勤俭练兵的光荣传统，长期坚持“地面苦练、空中精飞”的做法。除了采取传统的、行之有效的座舱实习、徒步演练、地图作业、默画座舱、领航计算、背记飞行数据、特殊情况问答、以及岗位练兵竞赛等具体做法外，还应充分利用飞行模拟器，不断改进飞行模拟训练的教学方法，最大限度地发挥其“预实践”的作用。尤其要探索练习快速判断决策和调节心理状态的具体做法。

3.2 改善硬件、软件、环境界面与人的相容性

与人构成界面的其他要素就如同人本身一样，其表面都是凹凸不平的，要减少人的错误的发生，关键的一步便是改善这些界面与人的相容程度。飞行座舱是人机交互的桥梁，飞行座舱的设计是人—硬件界面的一个重要方面，必须对它们进行很好的设计以便适合于人的特点。相对于传统的飞行仪表，多功能视觉显示系统有着更多针对中国飞行人员的工效学要求。比如，汉字如何排列才最易被飞行人员判读、字体使用什么颜色、亮度为多少、字号是多大、液晶显示器的背景照度为多少才合适等等。这些看似无关痛痒的小问题，都直接关系到飞行人员对于飞行参数的读取。显示器不仅必须提供信息，而且所提供信息的方式还必须有助于提高人的信息加工效率。

通过改善人—软件界面各要素的性能也能减少人的错误。条令大纲、飞行手册、飞行程序、航空理论等软件内容并不是一成不变的，虽然严格遵照标准操作程序可降低人的错误，但标准操作程序本身也不可能尽善尽美、适合于任何条件和情况。因此，需要飞行训练的管理部门及时收集飞行人员反馈的相关情况，不断修订“软件”，使之更加实用和科学。

3.3 降低人犯错误的后果

预防人的错误的另一条途径便是采用余度设计，以便防止人的错误发展到不可逆转的地步。第一，在设计机载设备时应尽可能考虑到即使飞行人员发生错误也应使他有机会修正，不至于一次错误便导致灾难。如，为防止起落架接地时的意外收上而使用的起落架手柄联锁系统，虽然也不能降低源发性错误率，但却可以确保防止起落架收上而引起的严重后果。也就是说，人的错误行为可由此得到逆转。只要可能，对那些一旦出错就会引起严重后果的系统，应该在设计时考虑设计余度，以便于出错时有修正的可能。第二，交互监视问题。如，在飞行学员初上飞机的几个架次，飞行教员通常会进行与飞行学员进行同收同放起落架手柄的动作，一旦飞行学员由于人为因素出现地面误收起落架手柄或空中放起落架手柄不到位的错误，飞行教员通过同收同放能避免出现不可挽回的错误。除人与人之间的交互监视可减少或减轻其后果外，还可使用设备对人的表现实行监视，如近地警告系统（GPWS）和防撞警告系统（TCAS）等，运用上述设备可以引起飞行人员的注意，从而防止撞地或空中相撞事故。

4 结语

利用多种途径和方法并举消灭飞行人为差错是避免飞行事故的明智之举。布鲁金克在定义飞行事故调查概念时指出：飞行事故调查应该是系统地探索为什么飞行活动参与者没有或没能中断一系列人为差错而最终导致飞行事故的过程。许多事件或人为错误连成一串时便会诱发飞行事故，在它们连成一串前去掉或排除掉一个错误事件，事故就可得到预防。

[1]罗晓利.飞行中人的因素[M].成都：西南交通大学出版社，2002.

[2]庄志谦.人为飞行差错研究[M].北京：蓝天出版社，2006.

[3]姜海辉，张航江.航空兵部队机组资源管理概论[M].北京：国防大学出版社，2009.

[4]空军预防人为差错教育宣讲材料[J].北京：空军司令部军训部，2012.

[5]罗晓利.驾驶舱资源管理[M].成都：西南交通大学出版社，2002.

Research on Human Error in Flight Based on SHEL Model

Zhang Yuhu,Fan Yu,Li Qinyi
(Flying Training Base of Air Force Aviation College,Huxin,Liaoning,123100)

This paper intends to use SHEL model to analyze the source of human error in flight and puts forward some related solutions to prevent those errors,including enhancing the phychological screening of pilots,strengthening the basis of aviation theory,reinforcing the research on crew resource management(CRM),increasing the training quality of pilots,and improving the compatibility of hardware,software,circumstance interface with human.

Human error;Flight safety;SHEL model

2017-09-06）

>>>作者简介 张玉虎，男，1975年5月出生，1998年毕业于原空军第三飞行学院，现任团飞行副参谋长，上校，一级飞行员，一直从事飞行组织和教学工作。樊宇，男，1979年5月出生，2001年毕业于原空军第三飞行学院，现任飞行副大队长，中校，一级飞行员，一直从事飞行组织和教学工作。李庆谊，男，1975年12月出生，1999年毕业于原空军第三飞行学院，现任飞行副中队长，上校，一级飞行员，一直从事飞行教学工作。