jueves, 15 de septiembre de 2016

La interfaz hombre-máquina de los E-Jet


El E-Jet es un avión muy automatizado que cuenta con los últimos avances en sistemas de gestión de vuelo y presentación de datos. Esta aeronave está dotada de un modernísimo sistemas de vuelo tipo EFIS que permite una integración perfecta con el sistema de gestión FMS y el vuelo automático. La familia E-Jet de Embraer es el vivo ejemplo del llamado concepto “Glass Cockpit”, donde la electrónica y la aviónica ayudan a los pilotos descargándolos de las tareas más tediosas para que se puedan concentrar en el pilotaje y la gestión del vuelo. Cuando se tiene acceso a la cabina de vuelo del E-Jet uno se puede dar cuanta inmediatamente de lo que ha avanzado la aviación en pocos años. La mayoría de las situaciones anormales se pueden gestionar con una reducida carga de trabajo y la electrónica que incorpora se hace cargo de los automatismos del sistema. El E-Jet está altamente automatizado y para poder entender bien como funciona los pilotos que lo operen deban de estar mucho más capacitados técnicamente.

La aviónica


Se trata de una configuración de concepción muy avanzada basada en el sistema Primus EPIC de la casa Honeywell. Toda la cabina de vuelo es digital y computerizada, utilizando el concepto “By Wire” no solo para los mandos y controles de vuelo, sino también para la dirección de la rueda de morro, tren de aterrizaje, frenado, etc. Simplificando mucho podemos decir que detrás de cada interruptor o palanca en la cabina de vuelo, la señal generada es enviada a un ordenador para su procesamiento. En el diseño de la cabina y la posición de los controles de vuelo se han tenido en cuenta las características físicas de los pilotos por medio de los estudios antropométricos y ergonómicos mas recientes. Con estos datos se calcula la posición correcta de los asientos, los controles más adecuados, etc.




Las pantallas 


En el diseño de las pantallas se ha tenido en cuenta los estudios mas recientes sobre la teoría de detección de señales. Se sabe desde hace tiempo que un altímetro convencional es tres veces mas difícil de leer (interpretar) que uno digital (la tasa de errores incrementa hasta en un 20%), sin embargo los parámetros de motor en general son mas fácilmente interpretables en representación del tipo analógica (aguja). Otra consideración importante en el diseño de las pantallas es el uso del color, el número y el tamaño de estas. En el E-Jet se emplean 5 pantallas y 2 unidades MCDU, todas ellas en color. 


Existe la posibilidad de usar también un sistema de guiado basado en el concepto Head Up Guidance que incrementa de forma considerable la seguridad al superponer los datos de vuelo en frente de los ojos de piloto. Estos datos se superponen con el mundo real exterior, con lo que el nivel de alerta es máximo.


Los controles


El diseño de los mandos de vuelo es convencional, si bien se ha seguido la tradicional forma que Embraer lleva utilizando desde hace muchos años en la columna de dirección. Ver ilustración. Difiere de los mandos tradicionales en la posición de las manos, se puede ver que este diseño es muy confortable para los pilotos, ya que la tendencia natural de las manos en su posición relajada es muy parecida a la que se obtiene en este tipo de columnas. La única pega es que la función trim en cabeceo se encuentra en una posición inusual, ya que el interruptor se haya inclinado unos grados hacia la derecha no coincidiendo con el eje natural de cabeceo. Se necesita unos cuantos minutos en el simulador de vuelo para acostumbrarse a el.



Los interruptores y su posición en la cabina de vuelo también han sido estudiados de forma cuidadosa. Se ha tenido en cuenta su importancia, la frecuencia de uso, el modo de actuación, etc. Otra circunstancia importante que se ha tenido en cuenta es el concepto “sweep-on/sweep-off”. Este diseño contempla la posibilidad de posicionar interruptores para que se puedan accionar siguiendo un flujo o dirección basado en el movimiento natural del brazo del piloto. La ilustración muestra el concepto claramente.



Automatismo 


EMBRAER recomienda usar el mayor nivel de automatismo posible la mayor parte del tiempo. Esto da al piloto la posibilidad de monitorizar lo que esta haciendo el avión a la vez que reduce su carga de trabajo. Bajo mi punto de vista esto tiene dos consecuencias importantes, la primera es que debido al alto nivel de automatismo el piloto puede caer en lo que se conoce como complacencia tecnológica, dejando al avión hacer lo que este considere oportuno. La complacencia tecnológica es la tendencia de las personas a entregar las responsabilidades a las máquinas y confiar por completo en sus capacidades de resolver la situación. Mientras tanto, los humanos dejan de prestar más atención al problema hasta que llega el momento en el cual pasa algo malo y no sabrán cómo resolverlo.

En este avión es usual encontrarse con pilotos que durante el entrenamiento exclaman cosas como, “Se supone que debería hacer esto, ¿no?” o “¿por que no hace lo que yo le digo?” Esto le sonara al lector medio bastante familiar, pues es lo que nos suele pasar a todos cuando tratamos con ordenadores y sistemas operativos, (los cuales no conocemos muy bien), yo soy también de los que opina que la compañía de microprocesadores Intel debería de cambiar el logo por uno que pusiera - Intel Inside - Idiot Outside -. Bromas a parte, este es un problema serio que requiere de un gran esfuerzo de todos aquellos que nos dedicamos al entrenamiento de pilotos. 

La segunda consecuencia que esta relacionada con la primera es, que con el fin de evitar este tipo de situaciones desagradables, el piloto debe de incrementar su nivel de conocimiento mucho mas que en un avión convencional. Pero el problema aquí estriba en que los nuevos sistemas son mucho mas difíciles de entender que en los aviones de generaciones anteriores. Después de una buena explicación, para el común de los mortales, no es complicado entender como funciona una válvula mecánica o un sistema hidráulico convencional. El problema se complica cuando la electrónica y los sistemas ultramodernos (“smart” en terminología inglesa) se mezclan a partes iguales. Lógica Booleana, transformaciones matemáticas complejas, buses de datos, puertas lógicas, micro electrónica y lenguajes de ordenador que desconocemos… ¿Que es realmente importante aprender? 

La cabina de vuelo


Se trata de una cabina de vuelo digital de ultima generación dotada de 5 pantallas informativas LCD llamadas DU’s (Display Unit). La cabina también cuenta con dos elementos de control llamados CCD’s (Cursor Control Device) con los que se puede dosificar y controlar las propias DU’s y la información que aparece en ellas. El sistema cuenta también con otros dos elementos de control llamados MCDU’s (Multifunction Control display Units), este interfaz esta dotado de pantallas LCD de matriz activa en color y un teclado alfanumérico a través del cual el piloto interactúa con los sistemas de gestión de vuelo, comunicaciones y DU’s. Las MCDU’s sirven básicamente para sintonizar las frecuencias de radio, comprobar el estado de los CB’s (Circuit Brakers) electrónicos y aquellos otros de tipo convencional (Thermal CB’s) que ese encuentran en las bodegas de aviónica. Estos dispositivos también se utilizan para programar el sistema de gestión de Vuelo FMS y obtener información relativa al mismo y a otros sistemas como el ACARS, GPS, etc. Las pantallas o DU’s son conocidas como PFD (Primary Flight Display), MFD (Multifunction Display) y EICAS (Engine Indication and Crew Alerting System).




Gracias al dispositivo CCD cada piloto tiene acceso a su propio PFD ya su MFD, pero solo uno de los dos puede acceder al EICAS a un tiempo, el ultimo en pulsar el botón del EICAS en el CCD retiene el control sobre esta pantalla. Los controles de ajuste de brillo de las pantallas son independientes encontrándose el EICAS en la parte izquierda de la cabina junto con los controles de brillo del PFD y el MFD del comandante. El primer oficial retiene sus propios controles de brillo para el PFD y el MFD además del ajuste de los instrumentos de emergencia. 


Los CCD’s tienen tres botones que sirven para seleccionar la pantalla sobre la que deseamos trabajar, también disponen de un panel sensitivo al tacto similar al “touch pad” de los ordenadores portátiles. Este panel se usa para mover el cursor y navegar por los menús desplegables del MFD, acceder al área de frecuencias en la parte inferior del PFD y la parte dedicada a las alertas (CAS) del EICAS. El CCD cuenta también con dos botones giratorios concéntricos que sirven para cambiar las frecuencias de la radio, desplazar los mensajes de emergencia o aviso en el EICAS en caso de que no se vean todos al mismo tiempo y también se utilizan para cambiar la distancia del mapa en el MFD o la inclinación de la antena del radar meteorológico.



Para poder activar cualquier selección hecha a través del CCD debemos accionar cualquiera de los botones laterales. Resulta inevitable caer en la tentación de golpear con el dedo un par de veces en el panel táctil tal como lo haríamos en nuestro portátil, pero aquí no funciona así y cuesta un poco hacerse con el sistema. Una vez familiarizados con el resulta de lo mas intuitivo y rápido. El panel superior (OVERHEAD PANEL) tiene unas dimensiones bastante reducidas, ha sido muy bien diseñado y en el se ha tratado de simplificar al máximo los sistemas más importantes.


Los interruptores y controles de la cabina son convencionales. La filosofía de la cabina esta basada en el concepto “Dark and Quiet” que nos proporciona funcionamiento automático y normal de los sistemas cuando los interruptores están posicionados a las 12 en punto (AUTO) y no existen ni luces ni avisos. Como se puede apreciar en la ilustración la lógica del software actúa cuando los interruptores se posicionan en AUTO. Como se puede ver siempre existe la posibilidad de anular el sistema apagándolo (OFF) o haciéndolo operar continuamente en la posición de encendido (ON)

El panel superior donde se encuentran los sistemas es fácilmente accesible y especialmente sencillo de manejar.

A pesar de ser un avión Fly-By Wire (excepto los alerones) no utiliza joystick sino unos mandos de vuelo convencionales pero atípicos. Se trata de los mismos mandos que podemos encontrar en los HAWKER de BAe por ejemplo o los que popularizo el Concorde y que han sido utilizados en la mayoría de los productos EMBRAER

La consola central





Detalle de la consola central. En la foto se puede apreciar que las unidades MCDU no están planas, sino que se encuentran inclinadas unos grados hacia arriba. Esto facilita su visualización y el manejo (ergonomía) por parte de los pilotos.



Como es usual en aeronáutica, las partes potencialmente peligrosas de la cabina de pilotaje se han cubierto y/o pintado de rojo o de rayas negras y amarillas. Todas estas son áreas que no deben de tocarse sin conocimiento. Es conveniente fijarse en la posición de los FLAPS/SLATS y del RAT antes de entrar en la cabina para la inspección pre-vuelo, ya que estos elementos no son visibles desde su interior. En caso de que exista una discrepancia entre la posición de las palancas y la de las superficies es conveniente llamar a mantenimiento.

La lógica de las pantallas


En caso de que se produzca un fallo en las pantallas, el sistema cuenta con una lógica interna de degradación para aprovechar al máximo las posibilidades de información de las pantallas. Esta lógica se produce automáticamente cuando los interruptores del REVERSIONARY PANEL se encuentran en la posición AUTO. si se produce un fallo en la DU1, automáticamente el PFD se traslada a la DU2, no habiendo forma de recuperar en ese lado la MFD.


La lógica de las pantallas también es la siguiente; si se produce un fallo de la pantalla central DU3 (EICAS) el sistema pasa la información del EICAS a las DU2 y DU4 (información repetida), tal como se muestra en la ilustración. 


El avión no puede saber quien es el piloto al mando, por ello presenta la información a ambos. Una vez que se decide quien conserva el mando se puede hacer uso del reversionary panel. En nuestro ejemplo el LSP (left seat pilot) conserva el EICAS y el RSP (right seat pilot) cambia a MFP. Hay que tener en cuenta que después de que el RSP haya cambiado a MFD, el LSP no tiene posibilidad de obtener un MFD en su lado, ni siquiera usando su reversionary panel, ya que la lógica interna dice que tiene que haber al menos un EICAS a la vista. Esta lógica no hace más que cumplir con la legislación de la EASA en esta materia.

Si la DU2 o DU4 (donde se encuentra el MFD) fallan su lugar queda vacío y no se puede usar el panel de reversión, tal como se puede ver en la ilustración inferior. El avión se puede volar perfectamente con un solo PFD y el EICAS, ya que el mapa y el radar meteorológico se pueden también visionar en la parte baja del PFD.

Cosas que podrían mejorarse en la cabina 


En general se puede decir que la cabina esta muy bien diseñada, pero siempre podemos encontrar alguna cosa que sea susceptible de ser mejorada. En mi opinión existen demasiados botones giratorios, todos ellos muy juntos en el panel de control de guiado (GP). Es típico ver que los pilotos tocan el botón equivocado cuando comienzan el entrenamiento, más tarde se acostumbran a mirar los botones antes de tocarlos, esto les lleva varios segundos hasta que dan con el botón correcto. Por supuesto todo es cuestión de entrenamiento, pero se podría acortar el tiempo que el piloto emplea en percibir, reconocer y actuar si los botones estuvieran diseñados de otra manera o quizás un poco mas separados. Un problema similar ocurre con los dos botones giratorios de las unidades de control MCDU y las CCD. Ver ilustración.

Aquí los botones están muy juntos. Es fácil equivocarse al intentar cambiar una frecuencia de radio o al intentar cambiar la distancia del mapa. 


Se podría cambiar el botón de los mínimos por una rueda giratoria con pulsación y nos evitaríamos un par de botones de forma sencilla 

Otro de los puntos que se podría mejorar en cuanto a actuaciones humanas se refiere es la incongruencia entre los menús desplegables que aparecen en el MFD y el panel de control de audio en la consola central. En los menús desplegables se pueden seleccionar tantos cuadrados como se quiera, pero solo un circulo (como hacemos con los programas de Windows), si nos fijamos en el diseño del control de audio veremos que es totalmente al revés. En el panel de control de audio podemos seleccionar un solo cuadrado, pero tantos círculos como queramos.



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