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首次商飛成功!電院人機環(huán)智能系統(tǒng)團隊助力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，中國東方航空使用中國商飛全球首架交付的C919大型客機開啟全球首次商業(yè)載客飛行。這標(biāo)志著C919的“研發(fā)、制造、取證、投運”全面貫通，中國民航商業(yè)運營國產(chǎn)大飛機正式“起步”!

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

使命使然，創(chuàng)建團隊

2008年，中國商飛公司成立，我國民用航空產(chǎn)業(yè)進入了體系化發(fā)展的新階段。在梳理相關(guān)技術(shù)儲備時，傅山帶領(lǐng)的人機環(huán)團隊發(fā)現(xiàn)航空人為因素，特別是指導(dǎo)飛機駕駛艙設(shè)計與驗證的駕駛艙人為因素，從理論基礎(chǔ)到實踐在我國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)時中國民用航空領(lǐng)域識別出的必須攻克的重大技術(shù)難點。

國內(nèi)當(dāng)時并沒有系統(tǒng)的人為因素人才培養(yǎng)體系，在學(xué)校各級領(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、計算機、生醫(yī)工等專業(yè)的老師和學(xué)生們組建了“人機環(huán)智能系統(tǒng)”研究團隊，勇敢地闖進了一個當(dāng)時在國內(nèi)鮮為人知的陌生研究領(lǐng)域。團隊建立伊始，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。

團隊自研的“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)任中國民航上海審定中心人為因素領(lǐng)域?qū)＜?，另一位現(xiàn)任中國商飛上海飛機設(shè)計研究院艙室集成專業(yè)總師

人機環(huán)團隊在努力完成飛機型號研制任務(wù)的同時，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驗平臺和相關(guān)軟硬件系統(tǒng)，使得團隊逐步擁有了國內(nèi)領(lǐng)先的、可以承擔(dān)國家重大研究項目的“金剛鉆”，更重要的是鍛煉了一支具備堅實理論基礎(chǔ)和經(jīng)歷過工程實踐鍛煉的研究隊伍。

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

具備運動能力的新一代飛行模擬及人因工程研究系統(tǒng)(2021年)

堅定信念，砥礪前行

回顧過往，人機環(huán)團隊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)成果與工程實踐的協(xié)調(diào)與平衡。人因工程研究如果不與實際工程問題聯(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，團隊解放思想，勇于挑戰(zhàn)過去沒有涉及過的研究內(nèi)容。只要與人為因素研究相關(guān)的問題，團隊都會盡全力“分兵把守”“各個擊破”。從宏觀的各類政策規(guī)范到極為細致的各類操作流程規(guī)范，從團隊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)、認知科學(xué)等學(xué)科，從團隊原本就擅長的信號處理、建模分析到?jīng)]有太多經(jīng)驗的系統(tǒng)設(shè)計、驗證與評估，團隊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。這套體系可以進行針對人機交互組件、分系統(tǒng)操控、全系統(tǒng)績效等多尺度的人為因素實驗研究?；谠隗w系化實驗中獲得的大量數(shù)據(jù)及經(jīng)過驗證的分析方法，編制了多款人為因素相關(guān)的軟件系統(tǒng)，這些系統(tǒng)也成為了在多個工業(yè)行業(yè)中得到實際驗證的設(shè)計與驗證工具。

開展各類認知過程解析研究，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，團隊高度重視人才培養(yǎng)的工作，先后開設(shè)了全校性的通識核心課程《工程心理學(xué)》，本科專業(yè)課程《系統(tǒng)設(shè)計中的人為因素》、《航空安全與人為因素》，研究生課程《航空人為因素與人機工效》等多門課程，課程也受到了同學(xué)們的歡迎與認可。除此之外，團隊培養(yǎng)的研究生在科研教學(xué)、工程實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

人機環(huán)團隊迎來的第一次真正的考驗是在2014年，承擔(dān)了國產(chǎn)先進支線客機ARJ21-700型飛機駕駛艙人為因素適航符合性驗證的試驗工作。這是我國首次依據(jù)國際通用的適航標(biāo)準(zhǔn)和驗證準(zhǔn)則，對我國自行研制的民用飛機人為因素進行全面的審查。駕駛艙人為因素適航符合性驗證通常都是安排在適航驗證工作的后期，一旦延誤會對整個適航驗證工作產(chǎn)生難以彌補的后果。團隊緊密合作，經(jīng)過數(shù)月的艱苦工作，最終圓滿完成了任務(wù)。團隊也因此確立了在國內(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，“人機環(huán)智能系統(tǒng)研究團隊”從最初的小火種逐步發(fā)展壯大，漸漸呈現(xiàn)燎原之勢。

ARJ21飛機人為因素模擬飛行實驗，團隊采用自研的第一代行為捕獲系統(tǒng)完成對飛行機組行為的完整記錄與定量分析

ARJ21項目尾聲階段，數(shù)據(jù)分析總結(jié)會

通過此次試驗工作，團隊深刻認識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，同時也是智能化發(fā)展的基礎(chǔ)問題。針對國內(nèi)航空人為因素專業(yè)人才匱乏的狀況，團隊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)十位得到國際專業(yè)機構(gòu)認證的人因工程專家，為我國人因工程的培訓(xùn)工作提供了寶貴的經(jīng)驗，不僅解決了工業(yè)部門人才短缺的問題，而且有力地促進了團隊與工業(yè)部門的交流與合作。

組織國際化人為因素專項培訓(xùn)

在ARJ試驗之后的這些年來，團隊不斷加強人為因素領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，完善實驗設(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踐經(jīng)驗。

2022年是不平凡的一年，在這一年，團隊師生日夜奮戰(zhàn)，克服疫情困難，配合試驗任務(wù)的開展，攻堅克難，完成了C919飛機人為因素適航符合性驗證近千小時的模擬器試驗及試飛試驗，有力保障了C919飛機駕駛艙人為因素適航符合性驗證工作。

C919飛機駕駛艙人為因素研制與審查團隊核心成員

FAA/EASA人為因素專家對團隊工作進行評估

C919飛機駕駛艙人為因素適航符合性驗證工作是團隊完成的一項重要工作，也是團隊的“高光時刻”，其背后凝聚著團隊老師和同學(xué)們十多年來的辛勤努力。

航空界專家、領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)型號總師對團隊工作進行指導(dǎo)

近十五年以來，電院自動化系人機環(huán)智能系統(tǒng)團隊在國家“973”項目課題、工信部民機專項、ARJ21-700、C919、AG600等多項飛機型號研制項目的大力支持下，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)基金以及各級領(lǐng)導(dǎo)的殷切鼓勵下，團隊不負眾望、砥礪圖強，成功助力并見證了國產(chǎn)C919的商業(yè)首飛。未來，團隊將繼續(xù)秉承嚴(yán)謹求實、勇攀高峰的工作作風(fēng)，不斷為國產(chǎn)大飛機事業(yè)貢獻電院人的智慧和力量。