0 引言

民机市场竞争激烈，产品竞争力的关键主要体现在维修性、舒适性、经济性、安全性等方面。民机产品设计是一个复杂的系统工程，其中外部勤务接口的布置是民机外部布置的关键组成部分。合理的飞机勤务接口的布置设计，能有效降低地面勤务人员的工作负荷、提升地面勤务人员工作效率，同时缩短飞机在航前、过站、航后的地面服务停机时间，提升机场运行保障效率，给航空公司带来更高的收益。

飞机外部勤务接口布置与设计不仅需要考虑飞机内部系统布置，还需要考虑飞机实际运营场景下的可维修性、安全性与地面服务车辆的兼容性。简而言之，飞机全生命周期的需求均需被考虑。

国内对飞机外部勤务接口的布置已开展初步研究。陈裕^[1]对外部勤务的设计依据和设计过程进行了初步探索；张磊^[2]等基于维修性设计原则开展了民机气源系统的设计研究，考虑了维修中的可达性、防差错、人素工程等要素；朱宇川^[3]对航空装备地面保障设备接口标准化进行了研究；何勇^[4]等对A320型飞机水系统勤务工作进行了研究。

但是，上述文献仅考虑了地面维护维修中的人为因素，并未考虑飞机地面运营需求，且未给出方案评估验证流程。本文基于上述研究成果，全面归纳了勤务点布置与设计过程中的关键技术，基于人机工效和防差错建立了布置方案评估体系，提高了外部勤务接口布置方案的设计有效性。

1 外部勤务接口概述

投入航线运行的飞机在起飞前、进场或过站时，需要进行上下旅客、装卸行李和货物、添加燃料、补充食品、清洁外部、整理内部等工作，这些工作均需要通过机场地面保障设备经过飞机外部的接口补给进入飞机内部。民用飞机外部勤务接口主要包含地面电源、地面空调、货物装卸、加油、清水/污水等服务接口。图1展示了A320窄体机的外部服务接口布置，图2展示了A350宽体机的外部服务接口布置。

相关服务内容如表1所示。

表1（续）

民用飞机外部勤务设计的核心思想是应尽可能缩短飞机在航前过站航后全过程地面服务停机时间。与之对应，民机主要勤务接口的布置与设计也需要考虑人为因素的影响、飞机地面运营影响。综上所述，只有将飞机与维护操作视为有机整体，充分重视上述设计要素，才能满足外部勤务点安全、高效、可达的设计要求。

2 外部勤务接口布置方法

外部勤务接口的布置设计主要考虑接口的离地高度与横向位置。

2.1 总体布置原则

民用飞机外部勤务接口的布置主要根据全机系统布置方案、机身舱门结构开口位置等因素确定，其总体布置原则如下：

1）应考虑地面维护维修，方便勤务人员及地面保障设备的接近。

2）应兼容地面运营，接口的位置保证对应的服务车辆有足够的作业空间。

3）应考虑全机排水、排液，接口的位置通常应避开排水或排液路径。

4）专用服务车辆的外部勤务接口应避开或尽量远离舱门位置布置；应保证尽可能多的地面服务车辆同时接近服务点。

5）勤务接口的位置尽量远离飞机发动机附近的危险区域。

2.2 离地高度设计

外部勤务接口的离地高度首先应考虑地面勤务人员的操作可达性。可达性^[5]是指在进行作业活动时，相关人员视线以及肢体能够迅速方便地达到作业部位的特性，主要分为作业接触可达、视觉可达两方面。勤务活动的进行必须在勤务接口满足可达性的情况下才能开展。

外部勤务接口的可达性应满足以下要求：

1）勤务接口的高度使勤务人员尽可能不使用工装梯可较易接近；

2）除具有足够的操作的空间，还需留有一定空间供观察、操作；

3）勤务接口的高度应匹配地面保障车辆的作业能力。

飞机的实际高度与飞机的重量、重心状态有较大关系。一般来说，该高度一般是指飞机在使用空机重心状态下的高度。飞机高度计算方法与流程如图3所示。

在飞机设计初期，为定义地面服务口盖的高度，需结合人体尺寸^[6]研究为设计和分析提供有效的数据依据。根据文献可知：不同国家根据实际人体数据建立了相关的人体尺寸数据库，并将人体划分为1%、5%、10%、50%、90%、95%、99%七个百分位^[7]。

为减少数据处理的复杂度，在人体尺寸测量中，通过统计数据的平均值和标准差来计算百分位信息。具体而言，假设人体尺寸的统计数据服从正态分布，通过某尺寸数据的均值和标准差计算任一百分位的数据，计算公式为：

其中，$\stackrel{-}{x}$为均值；S_D是标准差；K为变化系数，在求小于50%的百分位数据时，取负号；在求大于50%的百分位数据时，取正号。实际开展勤务操作与维护作业评估时，通常可选取50百分位，这样可以保证设计的高度值适用于50%的人群。

除此以外，接口的布置高度还应考虑全机排水或排液。比如：飞机外部电源接口不应布置在排水或排液路径上，因此外部电源接口一般避开机身下零纵布置。

根据以上流程，可初步确定勤务接口的离地高度。

2.3 勤务接口横向位置设计

接口横向位置首先应根据系统管线路/设备的总体布置方案初步确定接口布置的可行性范围，比如飞机空调包^[8]一般布置在翼身整流罩内，地面空调接口通常布置在翼身整流罩区域；水箱、废水箱通常布置在中后机身^[9]，地面饮用水及污水接口布置在中后机身。基于布置可行性范围，在保证与周围系统管线路的间隙空间足够的前提下，选取合适的布置位置。

除此以外，还需在设计阶段提前考虑到飞机投入航线后的运营场景，主要是地面勤务人员、地面服务车辆两大主要因素。

首先，应统筹考虑人为操作便捷性。操作便捷性指的是在设计中采取相应措施，以降低操作对象根据操作程序进行操作时的身体与心理负荷。因此，外部勤务接口的设计应考虑机场地面勤务车辆常规作业位置，保证接口与对应的勤务车辆尽量位于飞机同侧。

其次，外部勤务接口应基于机场地面服务车辆的尺寸、标准停靠姿态及地面任务作业顺序进行布置设计，保证接口两两之间位置的协调性，最大程度上增加交叉服务时间，缩短飞机过站总时间。

图4表示某机型地面服务接口布置状态。H表示地面加油服务接口与后货舱门沿飞机展向理论距离，L表示地面加油服务接口与后货舱门沿飞机航向理论距离。

以地面加油服务（使用管线加油车）与货物装卸为例，加油口（PRESSURE FUEL）位于右翼前缘，后货舱门位于机身右侧。

地面压力加油^[10]时，管线加油车根据机场燃油地井的位置选择停靠方向（车头朝前或朝后），停靠位置在右翼下方，尾部升降平台正对加油口，地勤手持油车上的加油管路，依托升降平台完成作业（如图5所示）；装卸货时，货物装载车车身通常垂直机身停靠，传送带一端抬升插入后货舱门内部后实现货物传输（如图6所示）。

在地面加油和货物装卸任务同时进行的情况下，考虑管线加油车及货物装载机处于标准作业姿态，应将前文所提的L、H两个理论距离与两种勤务车辆的尺寸进行比对，可能的结果有四种：

1）管线加油车车身长度大于L，货物装载车车身长度小于H，结论：地面加油与货物装卸可同时进行。

2）管线加油车车身长度小于L，货物装载车车身长度大于H，结论：地面加油与货物装卸可同时进行，但货物装载车会阻挡管线加油车的撤离路径。

3）管线加油车与货物装载车车身长度分别小于L、H，结论：地面加油与货物装卸可同时进行。

4）管线加油车与货物装载车车身长度分别大于L、H，结论：管线加油车与货物装载车同时作业时车身可能发生干涉，地面加油与货物装卸同时进行可能相互影响。

综上，考虑勤务接口在机场实际运营场景下与勤务人员、服务车辆的兼容性要求，可全局把握多个外部相邻勤务接口之间的布置协调性，使外部勤务接口布置方案更合理。

3 布置方案评估方法

当外部勤务接口布置方案确定后，需建立相应的方案评估体系，制定评估流程，确保接口满足使用。本章节重点阐述人机工效评估体系与防差错评估体系。

3.1 人机工效评估

为保证布置方案可用且好用，需要对勤务接口的操作空间、操作可达性、可视性等关键分析要素开展可行性评估。基于三维数字样机开展人机工效仿真验证^[11]是目前主要的评估手段。

仿真关键技术路径如图7所示。

1）人体建模。选择合适的人体百分位、性别、年龄等参数建立虚拟人模型，将虚拟人移动至需仿真的作业场景中。

2）调整人体姿势。在作业场景中尽可能将人体调整为合适的姿势。

3）执行仿真分析任务。首先，将人体、作业环境（结构壁板、系统管路、线束或设备等）均设置为可碰撞属性，并开启虚拟人可视锥、手部可达包络体。

4）评估可视及可达性。首先检查操作对象的作业空间是否能满足该百分位人体的作业需求；另外，还需检查操作对象是否位于人眼可视锥或手部可达包络范围内，若有至少一项不在范围内，需再次在人体活动范围内适当调整人体姿势，并再次判断，该结果可作为布置方案设计的指导依据。

3.2 防差错评估

为避免因勤务接口人为差错威胁飞机的运营安全，需要对外部勤务接口的布置方案开展防差错评估^[12]，技术路径如图8所示。

4 结论

本文归纳并总结了民用飞机外部勤务接口的布置与设计中的相关要点，给出了人机工效和防差错评估流程，为后续民机外部勤务接口的设计提供了思路。外部勤务接口的布置是一个长期的、交替迭代的过程，需在飞机试飞、运营等过程中逐步积累经验，最终实现最优布置。

参考文献