民机客舱人机工效设计准则确认方法研究

周珺

摘  要：民用飞机的客舱是典型且复杂的人机环境，需要解决飞机旅客的乘坐、在飞行不同高度的舱内压力和温度保持、新风量供给以及乘客和客舱服务通道及设施、在应急情况下的撤离等一系列问题，既要满足乘客的舒适度要求，又要保证乘客的安全性。客舱设计中，乘客座椅、服务员操纵器件以及空间布局等通常遵循人机工效设计准则。该设计准则按适航规章的要求和适用的工业标准要求建立，并需要确认其正确性和完整性。

关键词：人机工效;客舱设计;设计准则;确认流程;确认方法

中图分类号：V37            文献标志码：A

为在有限空间并高速运动的民机客舱里实现客舱舒适性和安全性的设计目标，需要考虑人机工效的要求，而这些要求通常反映在客舱人机工效设计准则中。人机工效设计准则的形成是一个从无到有的过程，需要捕获CCAR/FAR/CS适航规章及相关说明文件的要求以及民用飞机客舱、人机工效相关行业和国家标准的要求，并参考类似飞机产品的设计要求和运行经验，经过流程和方法的确认，最终获得适用的、工程设计可实现的设计准则。

1 民用飞机客舱人机功效设计准则确认方法

人机工程这一学科中的研究交叉融合了人体科学、生物医学、安全科学、系统工程、控制理论、计算机科学等多种学科。目前常用的研究方法有观察记录、实测、实验、模拟器、计算仿真、分析等方法。通过研究分析CAAC/FAA/EASA等局方规章和指导材料以及SAE、MIL-STD、MIL-HANDBOOK、GB、GJB等行业相关技术资料，借鉴ARJ21、C919等相关机型客舱研制经验，结合人机工程学科中的研究方法，人机工效设计准则确认方法可以采用（详见表1）。

1.1 调查问卷法

调查问卷法也叫填表法或者书面调查法，是把要验证的准则内容以填写、选择、问答等形式编制成调查表，然后把它分给被调查人填写，最后收回进行整理分析。

1.2 虚拟样机法

针对特定客舱环境，运用各种模型和技术完成虚拟建模并得到相似度好的样机模型，设置并调整虚拟样机中的各项参数，构建设计准则确认的虚拟场景，以可视化手段确认设计准则的合理性、可行性。

1.3 物理样机法

根据待确认的设计准则内容选取物理样机，针对待确认参数调整物理样机，利用测量工具测量物理样机环境中的尺寸参数，根据测得的参数和待验证准则内容进行对比，得出验证结果。

1.4 相似机型法

将具备相似性或继承性的机型的结构设备参数进行比较，通过对比、分析，判断出设计准则的合理性、可行性

1.5 合理性声明

依据标准、规范及最佳航空实践等，直接准确地表述待确认准则的合理性、可行性的方法。

2 客舱人机工效设计准则最低完整性及确认

设计准则的确认除确认可实现性外，还应关注设计准则的完整性。而如何定义和保证客舱人机工效设计准则的完整性，目前仍未有唯一的答案。

适航规章的要求与人机工效行业要求并不一致，在确定设计准则关键的人机工效要素上存在高度交叉。该文将通过实际的客舱案例，分析说明如何确定客舱人机工效设计准则（框架）的完整性。

2.1 典型的大型民用飞机客舱

图1展示了现代民机客舱中座椅的功能及与乘客的界面，图2展示了客舱数字网络连接方式，如图3所示展示了氧气面罩的安装，如图4所示展示了紧急出口。可以看出，民机客舱人机工效设计准则的核心要素包括空间及布局、座椅及调节、客舱娱乐、应急逃生等多个与人相关的要素。事实上，CCAR25部适航规章的要求也完全覆盖图1～图4所示客舱案例的所有要素。

2.2 客舱人机工效设计准则的最低完整性考虑

既然CCAR25部适航规章要求能够覆盖客舱设计的所有必备要素，又与该文中设计准则框架中各要素存在高度交叉，因此适航规章要求中与客舱人机工效关联条款可以作为客舱人机工效设计准则的最低完整性保证。

以适航规章表达的人机工效设计准则需要在每一个飞机上落实。每种机型飞机的客舱人机工效设计准则选取通常要高于最低完整性设计准则，这样，既保证了各厂家飞机设计的竞争性，又确保了客舱的安全性和乘坐人员的健康。

2.3 客舱人机工效设计准则的合理性和正确性考虑

客舱人机工效设计准则的合理性定义为在保證安全的前提下，人机工效设计在经济性和舒适性之间的权衡值。过高的舒适性要求需要更高的成本，经济性就要降低。对于客舱的设计来讲，以适航标准构建的最低完整性设计准则已在经济性和舒适性方面做了权衡，具备合理性。

由于适航规章是经过长时间的经验积累和飞机运行案例继承下来的，已确保了现有民用飞机使用的安全性，因此适航规章的正确性是不需要确认的，同理，以适航规章要求构建的最低完整性的客舱人机工效设计准则也是正确的。这样的确认方法属合理性声明（VM5）。

3 客舱人机工效设计准则的确认程序

基于表1中客舱人机工效设计准则确认方法，给出调查问卷确认法以及基于虚拟样机、物理样机、典型机型、合理性声明的确认流程，如图5所示。

调查问卷确认法（VM1）主要确认步骤是调查问卷的设计、发放、回收、处理。设计调查问卷问题时需要紧扣确认内容，发放调查问卷时需要注意调查对象的选择，通过回收并分析调查问卷得出确认结果，利用统计分析判断设计准则的合理性、可行性。

虚拟样机确认法（VM2）主要确认步骤是选择虚拟样机，根据中国人体尺寸百分位数建立人体模型，通过调整虚拟样机平台布局与布置和人体模型的空间位置，通过DELMIA等软件进行人机工效学分析得出分析，结果以此来判断设计准则的合理性、可行性。

物理样机确认法（VM3）主要确认步骤是选择物理样机平台，调整样机平台的布局与布置，利用测量工具，对测得的人机工效参数进行分析，根据分析结果来判断设计准则的合理性、可行性。

相似机型确认法（VM4）主要确认步骤是根据需要确认的设计准则选择相似机型，测量已选机型的人机工效设计参数，通过测得的参数和设计准则进行对比来确认准则的合理性、可行性。

合理性声明（VM5）主要确认步骤是根据被引用的适航条款直接给出设计准则的合理性、可行性的确认结果。

4 结语

该文提出了确认客舱环境人机工效设计准则的5种方法，包括调查问卷法、虚拟样机法、物理样机法、相似机型法、合理性声明以及开展确认工作的确认程序，可以应用于民用飞机客舱的产品开发。

以适航规章中涉及客舱人机工效的条款要求构建的设计准则，保证了客舱人机工效设计准则的最低完整性。

参考文献

[1]民航局令第 209 号.运输类飞机适航标准（CCAR-25R4），中国民用航空局出版社，2011.

[2]C.D.威肯斯，J.G.霍兰兹.工程心理学与人的作业[M].上海：华东师范大学出版社，2001.