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《知識》飛行員與自動駕駛的「和平共處」

如何讓機師與自動駕駛系統不產生衝突,銜接上不出現失誤,能夠發揮各自的能力呢?這個課題,自1990年代起便在航空業界引發激烈討論。在航空器的設計概念上,相較於自動化系統,美國波音公司更信任人性,認為在可能發生事故的緊急狀態時應優先由機師操作飛機,這類設計屬於「以人為本的自動化」;歐洲空中巴士公司的看法卻非如此,該公司認為相較於人類,設計上更應該仰賴自動駕駛。對於這兩種極端的看法,我們該如何選擇呢?

「以人為本的自動化」大致包括下列情況:清楚明瞭的顯示畫面、通知異常狀況的警示音、依人類判斷來停止自動化系統以介入操作的系統;以「自動化系統為本」的設計範例如下:緊急時避免人為介入的連動裝置、因高度自動化而未考量由人工操作的系統整體、自動化系統的設計會盡可能排除人為介入的可能性。

上述兩種大相逕庭的設計概念,應該選擇哪一種呢?事實上,即便是諮詢專家,也常演變為哲學式的辯論,難以取得共識。或許,換個方式提問:「你想搭乘沒有機師坐鎮駕駛艙,完全自動駕駛的飛機徜徉天空嗎?」延伸閱讀:《知識》無人駕駛客機,我們敢坐嗎?

航空歷史中有些案例涉及機師與自動駕駛的事故。提及機師與自動駕駛之間的「衝突」所引發的航空事故,代表性案例是1994年發生在名古屋國際機場的華航A300空難。

這起空難發生當時,自動駕駛裝置設定在TOGA模式,這是在難以著陸時,為了重新降落而讓飛機再次爬升的重飛模式。最新型航空器配備電傳操作(fly-by-wire),機翼舵面(藉由操作其擺動來改變航空器姿態和飛行方向而裝置的舵)可藉由電子訊號驅動。衝突發生在機師未注意到自動駕駛已經啟動,仍手握操縱桿企圖以手動方式重新降落。結果造成自動駕駛與機師手握的操縱桿同時發出電子訊號,兩者相互干擾,最終引發了事故。這場空難可說是高度自動化系統誘發機師失誤的案例。從失事飛機的黑盒子留下的機師對話紀錄「怎麼會這樣子?!」,窺見自動化系統的不透明。自動化程度越高,人們越難理解它正在為了什麼目的而動作。這是設計自動化系統的難題之一。

A300空難後,改進了自動駕駛系統,變更為當自動駕駛運作時,只要機師啟動手動駕駛,自動駕駛系統即會中止。這樣的設計造成另一個問題,也就是自動駕駛自行中止時,可能會伴隨引發機體震動等危險狀況,因此操作守則規定原則上應由機師手動按下開關來中止自動駕駛。

另外,曾發生機師與自動駕駛系統無法良好銜接的案例。1990年代,麥道公司(McDonnell Douglas)所製造的MD11型飛機陸續出現故障。1997年,一架以自動駕駛飛行中的MD11型飛機遭遇強烈亂流,亂流帶來的影響遠大於自動駕駛系統於設計階段所預想的程度,使得自動駕駛無法有效降低飛行速度,進而超過上限值。機師切換為手動駕駛而握住操縱桿後,隨即發生上下搖擺的振盪。飛行員的操作誘發機體振盪的情形,稱為PIO(pilot-induced oscillation,飛行員誘發振盪)。事故之後,雖然為降低PIO的程度而在MD11型加裝了阻尼器,但後續在2002年仍出現其他事例,如B747-400型飛機也在類似情況下發生PIO。

無論是機師或自動駕駛系統,其實都具備十分優異的能力。受過完整訓練的機師,理應擁有應付航程中各種狀況的技巧和臨機應變的能力,可隨著環境的變化,釐清狀況做出判斷。這是自動駕駛系統無法模仿的部分。

縱然如此,身為人類的我們,身心層面都有極限,也會感到疲勞,無論機師多麼資深都可能失誤。相對而言,自動駕駛系統只要處於設計階段所設定的條件,就可發揮優越的操控能力。
基於上述種種理由,如果機師與自動駕駛能相互截長補短、和睦共事,不正是極致的理想型態嗎?我們是否想搭乘沒有機師坐鎮的飛機,完全依賴自動駕駛?延伸閱讀:《影片》機器人在模擬飛行中駕駛波音737成功降落

接下來的問題,則是該如何讓機師與自動駕駛系統不產生衝突,銜接上不出現失誤,能夠發揮各自的能力,和睦共事?機師與自動駕駛系統,兩者之間倘若有善於溝通的「協調者」介入,充當潤滑劑,該有多好。

機器人和人工智慧等領域,常可見將人腦或神經系統的資訊處理運作方式,應用於工程學的例子。機師與自動駕駛系統之協調控制的想法,換言之,應用仿自小腦運動協調功能的協調機能,嘗試讓機師與自動駕駛個別的優秀操作能力能夠因應狀況完美配合。


參考資料:
飛航管制的祕密世界:每飛行兩億小時,只容許一次的「衝突」
緊急狀況時,你想搭乘「沒有機師、完全自動駕駛」的飛機嗎?