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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)運營國產大飛機正式“起步”!

作為C919研發(fā)過程中航空人為因素領域的中堅力量，由上海交通大學電子信息與電氣工程學院自動化系傅山教授所帶領的“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，我國民用航空產業(yè)進入了體系化發(fā)展的新階段。在梳理相關技術儲備時，傅山帶領的人機環(huán)團隊發(fā)現航空人為因素，特別是指導飛機駕駛艙設計與驗證的駕駛艙人為因素，從理論基礎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計專業(yè)領域，是決定飛行器總體發(fā)展方向的核心關鍵技術。這是當時中國民用航空領域識別出的必須攻克的重大技術難點。

國內當時并沒有系統(tǒng)的人為因素人才培養(yǎng)體系，在學校各級領導的關心指導下，一群原本學習電子、控制、通訊、計算機、生醫(yī)工等專業(yè)的老師和學生們組建了“人機環(huán)智能系統(tǒng)”研究團隊，勇敢地闖進了一個當時在國內鮮為人知的陌生研究領域。團隊建立伊始，就明確了使命：系統(tǒng)建立人為因素領域科學研究體系、工程應用體系和人才培養(yǎng)體系。

團隊自研的“裸奔”的第一代飛行模擬系統(tǒng)(2010年)，圖中當年的學生，一位現任中國民航上海審定中心人為因素領域專家，另一位現任中國商飛上海飛機設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的同時，也積極開展了研究設施的建設。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軟硬件系統(tǒng)，使得團隊逐步擁有了國內領先的、可以承擔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和經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鍵，與此相關的公開參考材料幾乎為零。其次是學術成果與工程實踐的協(xié)調與平衡。人因工程研究如果不與實際工程問題聯系起來是無法發(fā)揮作用的，與工程問題相結合又存在著如資金、設備短缺等諸多問題。

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容。只要與人為因素研究相關的問題，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科到必須“自學成才”的心理學、生理醫(yī)學、認知科學等學科，從團隊原本就擅長的信號處理、建模分析到沒有太多經驗的系統(tǒng)設計、驗證與評估，團隊逐步建立起了一套完整的人為因素基礎研究與工程應用的體系和相應的設施。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據及經過驗證的分析方法，編制了多款人為因素相關的軟件系統(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

為了使人為因素成為可持續(xù)發(fā)展的研究領域，團隊高度重視人才培養(yǎng)的工作，先后開設了全校性的通識核心課程《工程心理學》，本科專業(yè)課程《系統(tǒng)設計中的人為因素》、《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、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，承擔了國產先進支線客機ARJ21-700型飛機駕駛艙人為因素適航符合性驗證的試驗工作。這是我國首次依據國際通用的適航標準和驗證準則，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生難以彌補的后果。團隊緊密合作，經過數月的艱苦工作，最終圓滿完成了任務。團隊也因此確立了在國內航空人為因素領域的領先地位，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，數據分析總結會

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)展的基礎問題。針對國內航空人為因素專業(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，在民用航空領域培養(yǎng)了數十位得到國際專業(yè)機構認證的人因工程專家，為我國人因工程的培訓工作提供了寶貴的經驗，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

在ARJ試驗之后的這些年來，團隊不斷加強人為因素領域的基礎研究，完善實驗設施，拓寬應用方向，在航空航天、電網調控、核電儀控、指揮控制、船舶等領域積累了豐富的工程實踐經驗。

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們十多年來的辛勤努力。

航空界專家、領導、相關型號總師對團隊工作進行指導

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，在學校學院內的各類學科建設基金以及各級領導的殷切鼓勵下，團隊不負眾望、砥礪圖強，成功助力并見證了國產C919的商業(yè)首飛。未來，團隊將繼續(xù)秉承嚴謹求實、勇攀高峰的工作作風，不斷為國產大飛機事業(yè)貢獻電院人的智慧和力量。