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首次商飛成功!電院人機(jī)環(huán)智能系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)助力C919迎來新的里程碑

以下文章來源于上海交大電院 

5月28日，中國(guó)東方航空使用中國(guó)商飛全球首架交付的C919大型客機(jī)開啟全球首次商業(yè)載客飛行。這標(biāo)志著C919的“研發(fā)、制造、取證、投運(yùn)”全面貫通，中國(guó)民航商業(yè)運(yùn)營(yíng)國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)正式“起步”!

作為C919研發(fā)過程中航空人為因素領(lǐng)域的中堅(jiān)力量，由上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院自動(dòng)化系傅山教授所帶領(lǐng)的“人機(jī)環(huán)智能系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)”也走進(jìn)了第十五個(gè)發(fā)展春秋，十年磨一劍為我國(guó)大飛機(jī)事業(yè)中航空人為因素的研究做出了從0到1的貢獻(xiàn)。

使命使然，創(chuàng)建團(tuán)隊(duì)

2008年，中國(guó)商飛公司成立，我國(guó)民用航空產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了體系化發(fā)展的新階段。在梳理相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備時(shí)，傅山帶領(lǐng)的人機(jī)環(huán)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)航空人為因素，特別是指導(dǎo)飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的駕駛艙人為因素，從理論基礎(chǔ)到實(shí)踐在我國(guó)都是近乎處于空白的狀態(tài)。航空人為因素屬于飛行器總體設(shè)計(jì)專業(yè)領(lǐng)域，是決定飛行器總體發(fā)展方向的核心關(guān)鍵技術(shù)。這是當(dāng)時(shí)中國(guó)民用航空領(lǐng)域識(shí)別出的必須攻克的重大技術(shù)難點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)并沒有系統(tǒng)的人為因素人才培養(yǎng)體系，在學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心指導(dǎo)下，一群原本學(xué)習(xí)電子、控制、通訊、計(jì)算機(jī)、生醫(yī)工等專業(yè)的老師和學(xué)生們組建了“人機(jī)環(huán)智能系統(tǒng)”研究團(tuán)隊(duì)，勇敢地闖進(jìn)了一個(gè)當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)鮮為人知的陌生研究領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)建立伊始，就明確了使命：系統(tǒng)建立人為因素領(lǐng)域科學(xué)研究體系、工程應(yīng)用體系和人才培養(yǎng)體系。

團(tuán)隊(duì)自研的“裸奔”的第一代飛行模擬系統(tǒng)(2010年)，圖中當(dāng)年的學(xué)生，一位現(xiàn)任中國(guó)民航上海審定中心人為因素領(lǐng)域?qū)＜?，另一位現(xiàn)任中國(guó)商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院艙室集成專業(yè)總師

人機(jī)環(huán)團(tuán)隊(duì)在努力完成飛機(jī)型號(hào)研制任務(wù)的同時(shí)，也積極開展了研究設(shè)施的建設(shè)。先后自行開發(fā)和優(yōu)化了用于航空人為因素研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和相關(guān)軟硬件系統(tǒng)，使得團(tuán)隊(duì)逐步擁有了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的、可以承擔(dān)國(guó)家重大研究項(xiàng)目的“金剛鉆”，更重要的是鍛煉了一支具備堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)和經(jīng)歷過工程實(shí)踐鍛煉的研究隊(duì)伍。

集成有人為因素測(cè)量系統(tǒng)的綜合飛行模擬系統(tǒng)(2016年)

具備運(yùn)動(dòng)能力的新一代飛行模擬及人因工程研究系統(tǒng)(2021年)

堅(jiān)定信念，砥礪前行

回顧過往，人機(jī)環(huán)團(tuán)隊(duì)在研究過程中也遇到過諸多困難。首先，由于人為因素問題大多涉及到重大裝備的系統(tǒng)總體效能問題，是裝備研制的核心關(guān)鍵，與此相關(guān)的公開參考材料幾乎為零。其次是學(xué)術(shù)成果與工程實(shí)踐的協(xié)調(diào)與平衡。人因工程研究如果不與實(shí)際工程問題聯(lián)系起來是無法發(fā)揮作用的，與工程問題相結(jié)合又存在著如資金、設(shè)備短缺等諸多問題。

在研究過程中，團(tuán)隊(duì)解放思想，勇于挑戰(zhàn)過去沒有涉及過的研究?jī)?nèi)容。只要與人為因素研究相關(guān)的問題，團(tuán)隊(duì)都會(huì)盡全力“分兵把守”“各個(gè)擊破”。從宏觀的各類政策規(guī)范到極為細(xì)致的各類操作流程規(guī)范，從團(tuán)隊(duì)熟悉的電子信息類學(xué)科到必須“自學(xué)成才”的心理學(xué)、生理醫(yī)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科，從團(tuán)隊(duì)原本就擅長(zhǎng)的信號(hào)處理、建模分析到?jīng)]有太多經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與評(píng)估，團(tuán)隊(duì)逐步建立起了一套完整的人為因素基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用的體系和相應(yīng)的設(shè)施。這套體系可以進(jìn)行針對(duì)人機(jī)交互組件、分系統(tǒng)操控、全系統(tǒng)績(jī)效等多尺度的人為因素實(shí)驗(yàn)研究。基于在體系化實(shí)驗(yàn)中獲得的大量數(shù)據(jù)及經(jīng)過驗(yàn)證的分析方法，編制了多款人為因素相關(guān)的軟件系統(tǒng)，這些系統(tǒng)也成為了在多個(gè)工業(yè)行業(yè)中得到實(shí)際驗(yàn)證的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工具。

開展各類認(rèn)知過程解析研究，為系統(tǒng)人為因素研究奠定基礎(chǔ)

為了使人為因素成為可持續(xù)發(fā)展的研究領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)高度重視人才培養(yǎng)的工作，先后開設(shè)了全校性的通識(shí)核心課程《工程心理學(xué)》，本科專業(yè)課程《系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的人為因素》、《航空安全與人為因素》，研究生課程《航空人為因素與人機(jī)工效》等多門課程，課程也受到了同學(xué)們的歡迎與認(rèn)可。除此之外，團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)的研究生在科研教學(xué)、工程實(shí)踐等方面都在各自單位發(fā)光發(fā)熱，發(fā)揮骨干作用。

星星之火，可以燎原

人機(jī)環(huán)團(tuán)隊(duì)迎來的第一次真正的考驗(yàn)是在2014年，承擔(dān)了國(guó)產(chǎn)先進(jìn)支線客機(jī)ARJ21-700型飛機(jī)駕駛艙人為因素適航符合性驗(yàn)證的試驗(yàn)工作。這是我國(guó)首次依據(jù)國(guó)際通用的適航標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)證準(zhǔn)則，對(duì)我國(guó)自行研制的民用飛機(jī)人為因素進(jìn)行全面的審查。駕駛艙人為因素適航符合性驗(yàn)證通常都是安排在適航驗(yàn)證工作的后期，一旦延誤會(huì)對(duì)整個(gè)適航驗(yàn)證工作產(chǎn)生難以彌補(bǔ)的后果。團(tuán)隊(duì)緊密合作，經(jīng)過數(shù)月的艱苦工作，最終圓滿完成了任務(wù)。團(tuán)隊(duì)也因此確立了在國(guó)內(nèi)航空人為因素領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，并且在其他行業(yè)建立聲望。至此，“人機(jī)環(huán)智能系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)”從最初的小火種逐步發(fā)展壯大，漸漸呈現(xiàn)燎原之勢(shì)。

ARJ21飛機(jī)人為因素模擬飛行實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)采用自研的第一代行為捕獲系統(tǒng)完成對(duì)飛行機(jī)組行為的完整記錄與定量分析

ARJ21項(xiàng)目尾聲階段，數(shù)據(jù)分析總結(jié)會(huì)

通過此次試驗(yàn)工作，團(tuán)隊(duì)深刻認(rèn)識(shí)到人為因素是各類裝備系統(tǒng)，特別是復(fù)雜大型裝備系統(tǒng)的共性問題，同時(shí)也是智能化發(fā)展的基礎(chǔ)問題。針對(duì)國(guó)內(nèi)航空人為因素專業(yè)人才匱乏的狀況，團(tuán)隊(duì)開展了多層次人為因素專業(yè)工程培訓(xùn)，在民用航空領(lǐng)域培養(yǎng)了數(shù)十位得到國(guó)際專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的人因工程專家，為我國(guó)人因工程的培訓(xùn)工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，不僅解決了工業(yè)部門人才短缺的問題，而且有力地促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)與工業(yè)部門的交流與合作。

組織國(guó)際化人為因素專項(xiàng)培訓(xùn)

在ARJ試驗(yàn)之后的這些年來，團(tuán)隊(duì)不斷加強(qiáng)人為因素領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，完善實(shí)驗(yàn)設(shè)施，拓寬應(yīng)用方向，在航空航天、電網(wǎng)調(diào)控、核電儀控、指揮控制、船舶等領(lǐng)域積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2022年是不平凡的一年，在這一年，團(tuán)隊(duì)師生日夜奮戰(zhàn)，克服疫情困難，配合試驗(yàn)任務(wù)的開展，攻堅(jiān)克難，完成了C919飛機(jī)人為因素適航符合性驗(yàn)證近千小時(shí)的模擬器試驗(yàn)及試飛試驗(yàn)，有力保障了C919飛機(jī)駕駛艙人為因素適航符合性驗(yàn)證工作。

C919飛機(jī)駕駛艙人為因素研制與審查團(tuán)隊(duì)核心成員

FAA/EASA人為因素專家對(duì)團(tuán)隊(duì)工作進(jìn)行評(píng)估

C919飛機(jī)駕駛艙人為因素適航符合性驗(yàn)證工作是團(tuán)隊(duì)完成的一項(xiàng)重要工作，也是團(tuán)隊(duì)的“高光時(shí)刻”，其背后凝聚著團(tuán)隊(duì)老師和同學(xué)們十多年來的辛勤努力。

航空界專家、領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)型號(hào)總師對(duì)團(tuán)隊(duì)工作進(jìn)行指導(dǎo)

近十五年以來，電院自動(dòng)化系人機(jī)環(huán)智能系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)家“973”項(xiàng)目課題、工信部民機(jī)專項(xiàng)、ARJ21-700、C919、AG600等多項(xiàng)飛機(jī)型號(hào)研制項(xiàng)目的大力支持下，在航空航天、能源、船舶、汽車等工業(yè)部門的多項(xiàng)研究基金的鼎力相助下，在學(xué)校學(xué)院內(nèi)的各類學(xué)科建設(shè)基金以及各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的殷切鼓勵(lì)下，團(tuán)隊(duì)不負(fù)眾望、砥礪圖強(qiáng)，成功助力并見證了國(guó)產(chǎn)C919的商業(yè)首飛。未來，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)秉承嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇攀高峰的工作作風(fēng)，不斷為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)事業(yè)貢獻(xiàn)電院人的智慧和力量。