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如果你想了解自动化给人类带来了哪些影响，你应该先朝天上看看。航空公司、飞机制造商、政府机构和美国空军一直在特别积极地寻找用机器取代人工劳动的方式，并进行了许多独创性的尝试。现在，汽车设计者将计算机融入设计，但其实飞机设计者早在几十年前就开始这么做了。因为驾驶舱内一个小小的失误就会导致大量人员伤亡，并造成几百万美元的损失，所以，人们投入了大量的私人资金和公共资金，对自动化的影响进行心理和行为研究。几十年来，科学家和工程师一直在研究自动化对飞机驾驶员的技术、认知、想法和行为所造成的影响。在人类同计算机协作方面，我们所了解的大部分信息都源自这些研究。
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飞行自动化的故事大概始于100年前的巴黎。那是1914年6月18日，不同的记载都表明，那天风和日丽，天空湛蓝，用来见证伟大的事件再好不过了。巴黎西北部塞纳河畔的阿让特伊大桥旁聚集了一大群人，他们都是来观看飞机安全大赛的。这场飞行比赛将展示飞行安全方面的最新进展。有近60架飞机及其驾驶员参加了这次比赛，展示了令人称奇的各式各样的技术和设备。当天活动进入尾声时，英俊的美国飞行员劳伦斯·斯佩里驾驶着寇蒂斯C-2双翼飞机进场。在C-2开放的驾驶舱里，坐在斯佩里身旁的是法国机械师埃米尔·加香。当斯佩里驾驶着飞机飞过观众队伍上空，接近评委席时，他松开了飞机的操纵杆，举起双手。观众席爆发出一阵惊呼。飞机在自己飞行！
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斯佩里的表演才刚刚开始。飞机转了几圈后，他再次飞过评委席，又将双手举到空中。但这次，加香爬出了驾驶舱，抓着飞机上下机翼之间用于支撑的立柱，在飞机的右下翼上行走。飞机因为这位法国人的体重向右倾斜了一秒，然后立即自动恢复了平衡。在这期间，斯佩里没有进行任何操控。人群的惊呼声更大了。斯佩里又绕了一圈。当飞机第三次接近评委席时，加香和斯佩里都爬出了驾驶室，加香在飞机的右翼，斯佩里在飞机的左翼。C-2飞机仍在平稳飞行，但驾驶室里空无一人。观众和评委都惊呆了。斯佩里获得了特等奖——5万法郎。第二天，他登上了欧洲所有报纸的头版。
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斯佩里这架寇蒂斯C-2搭载了世界上第一台自动驾驶设备——“陀螺稳定器装置”。斯佩里和他的父亲，著名的美国工程师及实业家埃尔默·A·斯佩里，在两年前发明了这个装置。陀螺稳定器由两个陀螺组成，分别以水平和垂直的方式安装在飞行员座椅的下面，由螺旋桨下方的风动发电机提供动力。陀螺仪在一分钟内能转数千次，并且根据飞机三个旋转轴——横向倾斜、纵向侧滚以及垂直偏航，精确地感知飞机的飞行方向。一旦飞机偏离了既定方向，陀螺仪上的带电钢丝刷就会连接飞机机架上的接触点，形成回路。电流将流向操纵飞机主控板的引擎——飞机上的副翼以及尾部的升降舵和方向舵，控制板会自动调整升降舵和方向舵的位置，修正飞行错误。水平陀螺仪用于保证飞机机翼及飞机龙骨的平稳性，垂直陀螺仪控制转向。
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在美国军方的支持下，经过20年的测试和完善，陀螺自动驾驶仪才最终应用于商业飞行。这项技术一问世，就引起了前所未有的轰动。1930年，《科技新时代》（Popular Science）的一名撰稿人发表了一篇激动人心的文章，他解释了配有自动驾驶仪的飞机——“巨大的三引擎福特汽车”，是如何在“没有人类参与”的情况下飞了三个小时，从俄亥俄州的代顿市到达华盛顿特区的。“四个人惬意地向后靠着，坐在飞机的乘客舱里，”他写道，“但是驾驶舱里却空无一人。一位金属材质的‘飞行员’，只有汽车电池那么大，正在控制着飞机的操纵杆。”三年以后，勇敢的美国飞行员威利·波斯特在斯佩里自动驾驶仪的帮助下（他称之为“机械麦克”），成功实现了第一次世界巡回单人飞行，各大媒体纷纷预测，航空飞行的新时代到来了。《纽约时报》写道：“原来飞行员依靠飞行技术，凭借鸟一样的方向感，在数小时的飞行中努力保持航向，度过没有星星的黑夜，穿过雾气弥漫的天空，当这样的日子结束时，我们就会迎来商业飞行的自动化时代。”
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陀螺自动驾驶仪的引进为航空业在战争和交通中地位的大幅提升奠定了基础。自动驾驶仪的应用使得驾驶员不再需要手动保持飞机的平稳性和航向，不必再纠结于操纵杆和脚踏板的配合或是线缆和滑轮的运转问题。这不仅降低了飞机驾驶员因长时间飞行而产生的疲惫感，还解放了他们的双手和双眼，最重要的是，飞机驾驶员有精力去关注更细微的操作。他们可以操纵更多的工具，进行更多的计算，解决更多的问题，总的来说，他们可以深入分析和创造性地思考工作。他们能飞得更高、更远，而且坠机的可能性也降低了。以前有些天气条件不允许飞行员驾飞机飞行，但现在这已经不是问题了。飞行员能进行复杂的操作，在使用自动驾驶仪之前，人们认为进行这些操作绝对是轻率的决定，或者认为飞行员不可能完成这些操作。在自动驾驶仪的帮助下，飞机驾驶员可以运送乘客或是投放炸弹，他们的能力越来越大，职责也越来越重。飞机也发生了变化：它的体积更大，速度更快，内部构造更加复杂。
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自动转向及稳定工具的相关技术在20世纪30年代得到了飞速发展，物理学家对空气动力学的认识逐渐增加，工程师将气压计、气动控制、减震器等设备融入自动驾驶机制。这期间最大的突破是在1940年，斯佩里公司推出第一台自动驾驶的电子模型A-5。A-5利用真空管放大陀螺信号，能够更快、更准地做出调整，纠正错误。它还能感知飞机速率及加速的变化情况。电子自动驾驶仪结合最新的轰炸瞄准技术，成了“二战”时期同盟国空军的一大法宝。
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战争后不久，1947年9月的一个夜晚，美国空军进行了一次试验性飞行。这次试验展示了自动驾驶技术的发展成果。军队测试飞行员——上尉托马斯·J·威尔斯同7名机组人员一起，驾驶一架C-54空中霸王运输机从纽芬兰出发。在飞行的过程中，他松开了操纵杆，按下按钮，开启了自动驾驶模式。驾驶室里的一名同事回忆：“之后，上尉就向后靠在椅子上，手放在大腿上。”飞机自行起飞，自动调整襟翼改变推力，离开地面后，自动收回起落架。然后，飞机按照之前编写好并输入‘机械脑’里的指令，飞越了大西洋。每一个指令都精确到了特定的高度和英里数。飞机上的人不知道飞行线路，也不清楚目的地是哪儿；飞机通过对地面或是海上船只发送的无线电信标进行监控来维持航线。第二天黎明，C-54到达了英国海岸。依旧是凭借自动驾驶系统，飞机开始降低高度，放下起落架，沿着牛津郡皇家空军基地的跑道完美地降落。上尉威尔斯将双手从大腿上拿开，停好了飞机。
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空中霸王完成了这次里程碑式的飞行。几个星期之后，英国航空杂志《班机》（Flight）的一名撰稿人评价了这次飞行的影响。他提到，新一代自动驾驶仪使得“飞机不再需要导航员、无线电话务员或飞机工程师”。机器让一些工作变得多余。他认为飞机驾驶员看起来也不是不可或缺的。至少在最近几年里，飞机驾驶员还会继续待在驾驶舱里，不过他们的任务也就是“观察各个计时器和不同的读数，确保飞行顺利”罢了。
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专业飞行员即计算机操作者
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1988年，C-54坠入大西洋40年后，欧洲航空公司——空中客车公司推出了A320喷气式客机。这架飞机有150个座位，是空客A300客机的缩小版。但是同之前传统的、死气沉沉的机型不同，A320让人大为惊叹。它是第一台真正意义上由计算机控制的商用飞机，是日后飞机设计参照的样板。A320的驾驶舱发生了很大变化，估计威利·波斯特或劳伦斯·斯佩里都会认不出了。A320没有模拟表盘或仪表电池等原来飞机驾驶舱里常见的设备。取而代之的是6块由CRT（阴极射线管）组成的玻璃屏幕，这6块屏幕整齐地排列在风挡下面。飞机驾驶员可以从显示器上获取机载计算机网络的最新数据和读数。
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A320里布满显示器的驾驶舱被飞行员称为“玻璃座舱”，但这并不是A320最突出的特点。NASA兰利研究中心的工程师们早在10年前就尝试使用CRT屏幕传送飞行信息。20世纪70年代末，飞机制造商就已经开始在客机上安装屏幕。让A320真正脱颖而出的——用美国作家兼飞行员威廉姆·朗格维舍的话来说，使A320成为“自怀特兄弟的‘Flyer’以来最具创新性的民用飞机”的——是它的电传操纵系统。在A320出现之前，商用飞机仍然由机械控制。机身和机舱内装配的是电缆、滑轮和齿轮，还有一个由液压管、水泵和阀门组成的微型水厂。控制装置（包括操纵杆、油门杆和脚舵）通过机械系统直接连接控制飞机方位、方向和速度的运动部件。飞行员操作控制装置，飞机做出相应的动作回应。
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要让自行车停下来，你需要握手闸。手闸拉动闸线，收紧制动钳，将垫圈紧紧压在轮毂上。实际上，你是在用手发送指令——停下的信号，刹车将这项指令传给车轮。然后，你的手会感受到手闸传回的命令接收信息：制动钳的阻力、垫圈压在轮毂上的压力、车轮在路上滑行。从小的方面来说，这同飞行员驾驶由机械控制的飞机一样。飞机驾驶员是机器的一部分，他们用身体感知机器的运转以及机器对命令的响应，而机器则负责传达驾驶员的意愿。人类同机械装置之间复杂的纠葛是飞行快感的一大来源。著名的诗人飞行员安东尼·德·圣埃克苏佩里一定会认同这种说法的，当他回想起20世纪20年代驾驶邮政飞机的日子时，他写道：“乍一看，飞机好像是帮人类解决了大自然的一个难题，但事实上，是让人陷得更深了。”
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A320的电传操纵系统实现了飞机驾驶员和飞机之间的相互感知，在人类控制和机器响应间插入了数字计算机。当飞行员在空客飞机的驾驶舱里移动操纵杆、转动旋钮或按下按钮时，换能器将指令翻译成数字信号，快速传送给计算机，计算机按照软件程序计算出完成飞行员的指令所需的各种机械调整。然后，计算机将自己的指令传送给数字处理器，数字处理器负责控制飞机的各个部件。数字信号替代了机械运动，随之而来的，飞机驾驶舱的控制装置也需要进行重新设计。原来驾驶舱里的操纵杆负责拉动线缆并压缩液压油，特别笨重，需要两只手来操作。而在A320上，操纵杆被小巧的“侧杆”取代，“侧杆”安装在驾驶员的座椅旁边，一只手就能控制。在驾驶舱前方的操作台上安装着配有LED（发光二极管）数字显示器的旋钮，飞行员可以将空速、高度以及方向的设定信息输入计算机。
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A320问世以后，飞机的发展和计算机的进步相互融合。制造商和航空公司不断突破自动化的极限，将硬件和软件、电子传感器和控制器、显示技术等方面的进步同商用飞机设计紧密地结合在一起。现在的喷气式飞机搭载了多个计算机化系统，用于保证飞机按航线平稳飞行的自动驾驶仪只是其中之一。还有控制发动机功率的自动油门。飞行管理系统从GPS接收器和其他传感器那里搜集定位数据，通过这些信息设置或调整飞行线路。防碰撞系统扫描附近空域的飞机。电子飞行包存储图表和其他文件的数字拷贝供飞行员使用。此外，飞机上还有其他计算机设备，用于收放起落架，操控制动器，调整座舱压力或执行其他功能，这些任务原来都是机组人员负责的。为了设计计算机程序并监控计算机输出的信息，飞行员现在使用彩色纯平大屏幕，屏幕上以图像的形式显示出电子飞行仪表系统产生的数据。除了屏幕，飞行员还要使用键盘、数字键盘、滚轮等其他输入设备。航空学教授、人体工程学专家唐·哈里斯表示，在现在的飞机上，计算机自动化技术真是“无孔不入”，可以把驾驶舱“看作一个大的飞行着的计算机接口”。
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现代的飞行员舒适地坐在高科技玻璃座舱里，快速飞过天空，从斯佩里、波斯特和圣埃克苏佩里的灵魂旁擦肩而过，这种感觉怎么样？不用说，商业飞行员的工作已经失去了原有的浪漫与冒险色彩。故事里的人手握控制杆和方向舵凭感觉飞行，现在看来就像个传说。在现在最常见的客机上，飞行员操纵控制杆的时间不超过三分钟——其中一到两分钟是在起飞的时候，另外一到两分钟是降落的时候。在整个飞行过程中，飞行员大多数时间是在检查屏幕，输入数据。飞行安全基金会主席比尔·沃斯曾表示：“在过去，自动化技术还只是用于辅助飞行员操控飞机；而现在我们进入了一个新的时代，自动化变成了控制飞机飞行的主要系统。”飞行研究员及美国联邦航空管理局顾问赫曼特·巴纳（Hemant Bhana）写道：“自动化的功能越来越强大，飞行员的角色转变为自动化系统的监督者或管理者。”商业飞行员变成了计算机操作者，许多航空领域和自动化技术方面的专家开始认为这样下去会出问题。
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新型坠机事故
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1923年，斯佩里在飞跃英吉利海峡时坠机身亡。
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1935年，波斯特随飞机一同坠毁在阿拉斯加。1944年，圣埃克苏佩里驾驶着飞机在地中海上空消失。在飞行史早期，早逝是一种常见的职业风险。浪漫和冒险要付出高昂的代价。乘客的死亡率也高得惊人。20世纪20年代，航空业初具规模，一家美国航空杂志的出版商要求政府提高飞行安全率，指出“每天都有飞行员因缺乏经验造成致命的飞行事故，给乘客的生命安全带来威胁”。
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很幸运，那些致命的飞行旅途已经一去不返了，现在，乘坐飞机很安全。在航空业内，几乎所有人都认为自动化技术的发展是飞行安全问题得以解决的原因之一。正是得益于机械化和计算机化的发展，以及飞机设计、航空公司安全程序、飞行员训练以及空管的进步，在过去几十年间，飞行事故发生率和伤亡数量大幅下降。在美国和其他西方国家，机毁人亡的情况已经很少见了。2002~2011年，乘坐美国商用航班的乘客超过70亿人次，其中只有153人因坠机事故丧生，也就是说每100万名乘客有0.02人死于空难。1962~1971年这10年间，有13亿人乘坐飞机，却有1 696人丧生，也就是说每100万名乘客中就有133人死于空难。
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这个充满光明的故事背后也有一些灰暗的数据。乔治·梅森大学心理学教授、全球自动化专家拉嘉·帕拉休拉曼表示，坠机事故总次数的下降掩盖了最近出现的“严重的新型事故”。当机载计算机系统出现一些预期内的故障，或是飞行中出现其他意料之外的问题，飞行员就必须采用手动飞行。突然担当一个陌生角色，飞行员通常会犯错误，这些错误可能造成灾难性的后果，正如大陆连线和法航的事故一样。在过去的30年间，许多心理学家、工程师及人体工程学家（或“人因工程”专家）展开调查，研究飞行员和软件共同执行飞行任务所带来的得与失。他们发现高度依赖计算机自动化技术会造成飞行员专业技能的退化，飞行员变得迟钝，注意力下降，正如英国布里斯托大学人因工程专家简·诺伊斯所说的：“飞行员丧失了飞行技能。”
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人们对飞行自动化负面影响的关注并不是最近才有，早在玻璃座舱和电传操纵系统发展之初就已经存在。1989年，NASA（美国国家航空航天局）艾姆斯研究中心的一份报告显示，在未来10年，随着飞机上的计算机设备越来越多，行业及政府研究者“感到越来越不安，驾驶舱会变得过于自动化，设备替代人类操作的平稳过渡可能会祸福参半”。虽然大部分人对计算机化的飞行充满热情，但许多航空业人士却颇感担忧：“飞行员过于依赖自动化技术，他们手动飞行的能力会退化，态势感知能力也会下降。”
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随后的研究发现，许多意外事故或潜在事故都同自动系统的故障有关，或者同“自动化所导致的飞行员的失误”有关。2010年，美国联邦航空管理局公布，在过去10年间，该局曾对航空公司的航班进行过专业调查，调查显示，有2/3的坠机事故同飞行员的失误有关。美国联邦航空管理局的科学家凯西·阿博特表示，这项调查进一步表明，自动化提高了飞行员出现失误的可能性。阿博特认为，操作机载计算机会分散飞行员的注意力，飞行员也会“将过多的任务分配给自动化系统”。2013年，专家小组根据一组FAA提供的数据撰写了一份报告，报告指出，在最近发生的事故中，有一半以上都同自动化有关，自动化带来了一些问题，例如态势意识退化和手动飞行技能退化等。
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英国顶尖的工程学院——克兰菲尔德大学的人因研究员马修·艾柏森进行了一项缜密的研究，其研究结果为从事故报告和调查中搜集到的实例证据提供了实证支持。“在自动化程度较高的航空公司，飞行员会丧失手动飞行技能”这一论断缺乏确实的、客观的数据，艾柏森为此感到失望，但他想要填补这片空白。他从英国航空公司招募了66名经验丰富的飞行员，让他们进入飞行模拟器，进行高难度的操作——驾驶爆缸的波音737客机，在恶劣的天气条件下完成降落。模拟器内没有自动驾驶系统，这迫使驾驶员必须采用手动飞行。艾柏森在报告中指出，一些飞行员在测试中的表现出乎意料地好，但是许多人表现很差，勉强达到“可接受的程度”。艾柏森将每名飞行员在模拟器中的操作——施加在操纵杆上的力量、空速稳定度、航线变化程度，同他们的历史飞行记录进行比较。他发现，飞行员的控制能力同手动飞行时间，特别是试验前两个月里的手动飞行时间，存在着直接的联系。分析表明“如果没有相对频繁的训练，飞行员的手动飞行技能很快会退化到‘过得去’的边缘”。艾柏森表示，飞行员控制“空速”的能力特别“容易退化”，而这项技能是识别、避免和应对失速或其他危险情况的关键。
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