任务复杂度对自动化意识的影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252015VoI．36No．113678．3686ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．edu．cn任务复杂度对自动化意识的影响刘鹏，吕曦，李志忠*清华大学工业工程系，北京100084摘要：现代飞机驾驶舱的高度自动化容易导致飞行员对自动化的自满和依赖，进而降低飞行员的自动化意识。自动化意识失效是飞机事故征候和事故的主要影响因素之一。通过研究任务复杂度对自动化意识的影响以及自动化意识失效的原因后发现，高复杂度任务下的自动化意识失

2、效概率显著高于低复杂度任务，对自动化的注意力分配不足和自动化自满是高复杂度任务下自动化意识失效的两个主要原因。研究表明，在高负荷阶段，如果自动化失效，人难以在短期内发现自动化失效和作出有效响应。因此，增强自动化意识是维持航空安全的重要保障。关键词：复杂度；人与自动化交互；自动化意识；自动化自满；航空安全中图分类号：V328；TPll；TBl8文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)11—3678—092013年7月6日，载有291名乘客和16名机组成员的韩亚航空214号客机(波音777—200ER)在美国旧金山国际机场降落时撞到防波堤。该事故造成3名中国学生死亡和200

3、多人被送往医院接受治疗[1]。美国国家运输安全委员会(NTSB)的事故调查表明，此次事故的一个直接原因是飞行员自动化意识失效，即未意识到自动油门处于HOLD状态(即自动油门没有控制飞机的下降速度)E2]。在2013年12月11日的第一次听证会上，一个主要议题就是自动化对飞行员绩效的影响和飞行员的自动化意识。自动化意识被定义为人判断自动化系统当前状态和预测未来状态的能力。现代飞机驾驶舱的标志是高度自动化、数字化和计算机化。高度自动化带来了可观的安全效益，例如：第三代自动化客机的事故率显著低于第一代和第二代客机的事故率口]。但是，高度自动化对于飞行员来说并不完全是一件好事，可能会带来一定

4、的副作用。首先，飞行员的角色发生了改变，由主动的控制者(ActiveControllers)变为了被动的监管者(PassiveSupervisors)[4]，其主要工作之一就是监视自动化设备是否处于正常工作状态。这种角色转变增加了飞行员的脑力工作负荷[5]。事实上，人类并不擅长执行长时间的监视任务。其次，自动化系统设计可能存在缺陷，容易造成“笨拙的自动化”(ClumsyAutomation)现象[6]，即自动化设备在低负荷阶段(如巡航)能够辅助飞行员，而在高负荷和时间关键阶段(如起飞和降落)则不能发挥其有效作用，有时甚至会妨碍飞行员。再次，座舱高度自动化对飞行员与自动化的交互提出了更

5、高的要求(例如，理解座舱系统多个耦合组件交互的知识要求增加、飞行员与自动化系统的协作要求增加口1以及飞行员跟踪自动化系统行为的要求增加[83等)，可能会产生新的失误模式[8。9]。目前，已有不少研究表明，使用计算机化界面会导致注意力范围变窄或出现钥匙孔效收稿日期：2014-11-04；退修日期：2015—04-24；录用日期：2015-06-01；网络出版时间：2015．06-0409：25网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V20150604．0925001htmI基金项目：国家自然科学基金(70931003)；中国博士后科学基金(201

6、5M570120)*通讯作者Tel：010-62773923E-mail：zzli@tsinghua．edu．cn引用罄武iLiuP。LyuX。LiZz．EffectoftaskcomplexityOftautomationawarenessEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015。36(11)：3678-3686刘鸦．s曦．李志忠，任务复杂度对自动化意识的影响￡J]÷航空学报．2015．36(11)：3678-3686．刘鹏等：任务复杂度对自动化意识的影响应(KeyholeEffects)[1⋯。最后，高度自动化容易导致飞行员产生自动

7、化自满心理[1卜12]和情境意识丧失[13】，最终造成手动操作技能退化[14]和“自动化惊讶”(AutomationSurprises)现象[7](即：飞行员不了解自动化所做的事、自动化要这么做的理由和自动化将要做的事)。自动化系统的可靠性非常高，难以发生失效，而且部分航空公司(例如前文所述的发生事故的韩亚航空)在培训中要求飞行员多采用自动化设备，避免手动操作。这些情况容易导致飞行员对自动化的自满和手动飞行技能的下降。自动化自满是指飞行员过度依赖、信任和服