(11) Automation

Automation

 

범용 항공의 경우 automated aircraft는 일반적으로 PFD(primary flight display), MFD(multifunction flight display), 그리고 fully integrated autopilot으로 구성된 첨단 항전장비로 구성된다. 이러한 유형의 항공기는 보통 TAA(technically advanced aircraft)라 불린다. TAA 항공기에는 보통 두 가지 (컴퓨터) 화면이 있다: PFD와 MFD.

 

automation은 항공 기술에 있어 가장 중요한 진보 중 하나이다. EFD(Electronic flight display)는 정보가 표시되는 방법, 그리고 조종사가 사용할 수 있는 정보에 대하여 엄청난 개선을 만들어냈다. 조종사는 핸드북에 포함된 모든 정보를 포함하는 전자 데이터베이스를 통해 조종실 어수선함을 줄일 수 있다. [그림 2-21]

 

MFD는 moving maps를 표시할 수 있다. 이러한 화면은 모든 공역(Temporary Flight Restrictions – TFRs 포함)을 표시한다. 많은 조종사들이 항법을 위해 오직 moving maps에만 의존하는 함정에 빠진다. 또한 조종사는 출항 공항 및 목적지 공항에 대한 정보에 익숙해지기 위해 데이터베이스를 이용할 수 있다.

 

이제는 많은 조종사들이 비행 계획을 위해 전자 데이터베이스에 의존한다. 그리고 차트를 작성하고, 경로를 그리고, navigation points를 식별하고, weight and balance 및 performance charts를 위해 POH를 사용하여 비행을 계획하기보다는 automated flight planning tools를 사용한다. 비행 계획을 위해 어떤 방법을 선택하든 계산을 점검 및 확인하는 것이 중요하다. 기본적인 airmanship skills를 보존하는 것, 그리고 모든 업무에 대한 숙련도 유지를 위해 해당 기술들을 자주 사용하는 것은 조종사에게 달려 있다.

 

automation은 비행을 더 안전하게 만들었다. 허나 automated systems는 몇몇 오류를 숨기거나, 혹은 덜 드러나게 만들 수 있다. British Airline Pilots Association은 “automation에 대한 의존으로 인해 조종사들의 ‘기본 비행 기술’이 점점 더 부족해지고 있다”는 우려를 표명하였다.

 

automation에 대한 이러한 의존성은 기본 비행 기술의 부족으로 이어진다. 이는 비상 상황(예를 들어 갑작스러운 기계적 고장)을 대처하는 조종사의 능력에 영향을 미칠 수 있다. MFD flight decks의 수가 증가함에 따라 조종사가 automated systems에 지나치게 의존하고 있다는, 그리고 수동 비행을 훈련받지 못하고 있다는 우려가 커지고 있다.

 

automated flight decks가 일상적인 운영에 도입되기 시작하면서 교관과 평가관은 예상치 못한 부작용에 대하여 우려하였다. flight managers는 automation으로 인해 실제로 훨씬 더 큰 오류가 발생한다 보고하였다. 실제로 terminal environment에서 automated flight deck의 업무량은 analog flight decks보다 더 많아 보인다. 어떤 때에는 automation이 조종사를 안일하게 만드는 것처럼 보인다. 시간이 지남에 따라 컴퓨터에 대한 과도한 의존으로 인해 조종사의 수동 비행 기술이 저하된다는 우려가 나타났다. flight crew managers는 조종사가 직접 항공기를 조종해야 할 때 “stick-and-rudder” 숙련도가 부족할까봐 걱정된다 말하였다.

 

두 조종사 그룹의 능률을 평가하기 위한 연구가 수행되었다. 대조군은 아날로그 계기가 장착된 구형 twin-jet airliner를 조종하는 조종사들로 구성되어 있다. 반면 실험군은 EFIS(electronic flight instrument system)와 FMS(flight management system)가 장착된 최신 기종을 조종하는 조종사들로 구성되어 있다. 조종사들은 항공기 매개변수(예를 들어 heading, altitude, airspeed, glideslope, 그리고 localizer)를 유지하는 것에 대해, 그리고 조종사의 조종 입력에 대해 평가받았다. 이는 4 시간의 시뮬레이터 시간 도중 다양한 정상 기동, 비정상 기동, 그리고 비상 기동을 통해 기록되었다.

 

Results of the Study

 

수년간 EFIS를 비행한 조종사들이 다양한 기동을 직접 비행해야 했을 때 비행 기술이 감퇴하였음을 보여주었다. EFIS 그룹은 정상 기동 도중(예를 들어 flight director 없이 특정 headings로 선회하는 경우) 아날로그 그룹보다 큰 편차를 보였다. 대부분의 경우 편차가 PTS(practical test standards) 이내였다. 허나 확실히 아날로그 그룹만큼 localizer와 glideslope을 유지하지는 못하였다.

 

두 그룹간의 수동 비행 기술 차이는 비정상 기동(예를 들어 “slam-dunks”라 알려진 accelerated descent profiles)도중 더욱 두드러졌다. crossing restrictions가 주어졌을 때 아날로그 그룹은 암산에 능숙하였으며 항공기를 부드럽게 조작하여 restriction을 통과하였다. 반면 EFIS 조종사들은 FMS를 이용하여 crossing restriction을 해결하려는 경향을 보였다. [그림 2-22]

비상 기동은 두 그룹 간의 수동 비행 기술 차이를 분명히 나타냈다. 아날로그 그룹은 일반적으로 컴퓨터로 처리되지 않은 미가공 데이터를 기반으로 비행하려는 경향이 있었다. 따라서 flight director 없이 비상 상황(예를 들어 엔진 고장)을 처리하라 지시받았을 때 조종사들은 이를 능숙하게 수행하였다. 반면 EFIS 조종사는 flight directors를 사용하지 못하게 되자 불규칙한 육안 스캐닝 패턴을 보이기 시작하였으며 수동 비행에 어려움을 겪었다.

 

또한 automation을 더 잘 관리하는 EFIS 조종사들이 더 나은 비행 기술을 보여주었다. 이는 automation 관리가 개선될 필요가 있다는 것을 나타낸다. 권장 연습 및 절차는 automation과 관련된 초기 문제들 중 일부를 해결하였다.

 

조종사는 PTS에 명시된 기준 내로 항공기를 수동 조종할 수 있는 기술과 능력을 유지해야 한다. automated aircraft의 조종사는 때때로 automation을 해제한 다음 수동으로 항공기를 조종함으로써 stick-and-rudder 숙련도를 유지해야 한다. EFD가 비행 경험의 전반적 질을 높이긴 하지만 제대로 활용하지 않을 경우 대참사로 이어질 수도 있음을 이해해야 한다. moving map은 결코 VFR sectional chart나 low altitude en route chart를 대체하지 않는다.

 

Equipment Use

 

Autopilot Systems

 

single-pilot environment의 경우 autopilot systems가 업무량을 크게 줄여줄 수 있다. [그림 2-23] 그 결과 조종사는 그 외의 조종실 업무에 집중할 수 있다. 이는 상황 인식을 개선하며 CFIT 사고 가능성을 줄여준다. autopilot은 위험 제어 장치로 간주될 수 있다. 허나 실제 과제는 장치 고장의 영향을 판단하는데 있다. 출항 전에 autopilot이 작동하지 않는 것이 확인될 경우 이는 다른 위험들의 평가에 영향을 미칠 수 있다.

예를 들어 조종사가 VOR approach를 계획하고 있다. 이 경우 조종사는 coupled approach를 비행할 수 있는 autopilot에 크게 의존할 수 있다. 이를 통해 조종사는 항공기 성능을 모니터링 할 수 있다. 비행 중 고장 난 autopilot은 이를 medium ~ serious 수준의 위험으로 만드는 요인이 될 수 있다. 이 경우 대안을 고려해야 한다. 만약 autopilot 고장이 중요한 비행구간(작업량이 많은 때)에서 발생하였다면 조종사는 조치를 취할 준비를 해야 한다. 이 문제를 적절하게 대처하지 않을 경우 순식간에 비상사태로 번질 수 있다. 이러한 상황에 대비하는 가장 좋은 방법은 출항 전에 문제를 주의 깊게 연구하는 것, 그리고 autopilot 고장을 어떻게 처리할지 미리 결정하는 것이다.

 

Familiarity

 

조종사가 모든 장비에 익숙해지는 것은 안정성과 효율성을 최적화하는데 매우 중요하다. 조종사가 시스템에 익숙하지 않을 경우 업무량이 증가하며 상황 인식 능력이 떨어질 수 있다. 이러한 수준의 숙련도는 매우 중요하므로 필수 조건으로 간주되어야 한다. 따라서 항공기와 그 시스템에 익숙하지 않은 조종사는 이들을 위험 제어 장치가 아닌 위해요소로 간주해야 한다.

 

Respect for Onboard Systems

 

automation은 여러 가지 방법으로 조종사를 도울 수 있다. 허나 시스템이 제공하는 장점을 얻기 위해선 해당 시스템에 대해 완전히 이해해야 한다. PFD(primary flight display)로부터 최소 정보만을 사용하여 항공기를 비행하는 것은 중요하다. 여기에는 선회, 상승, 하강, 그리고 접근이 포함된다.

 

Reinforcement of Onboard Suites

 

EFD의 사용은 직관적이지 않을 수 있다. 허나 이해 및 연습을 통해 능숙도가 향상된다. 컴퓨터 기반 소프트웨어와 점진적 학습은 조종사가 onboard suites에 익숙해지는데 도움을 제공한다. 이후 조종사는 경험을 쌓기 위해 배운 내용을 연습해야 한다. 이는 automation 사용의 이점을 가져다줄 뿐만 아니라 업무량도 크게 줄여준다.

 

Getting Beyond Rote Workmanship

 

automation을 효과적으로 활용하기 위해선 작업을 수행하는 순차적 절차를 넘어서야 한다. 만약 조종사가 다음에 누를 버튼을 분석할 경우, 혹은 이용 가능한 버튼 입력 순서들이 많음에도 불구하고 항상 동일한 순서만을 사용할 경우 조종사는 기계적 과정에 갇혀있을 수 있다. 이러한 무의식적 절차는 시스템에 대한 이해가 얕음을 의미한다. “다음에 누를 버튼은 무엇인가”에 대한 고민 없이 무엇을 해야 할지 아는 조종사가 되는 것이 목표이다. 시스템을 능숙하게 다룰 경우 상황이 다양해질 때, 그리고 업무가 늘어날 때 조종사에게 도움이 된다.

 

Understand the Platform

 

서로 다른 electronic management suites를 갖춘 항공기를 비행하기 위해선 주의가 필요하다. 조종사는 특정 항공기에서 EFD가 사용되는 서로 다른 방법들을 검토 및 이해해야 한다. [그림 2-24]

 

다음은 EFD를 사용하기 위한 두 가지 규칙이다:

 

• 항공기를 PTS 표준에 맞춰 조종할 수 있다. 이는 조종사의 airmanship을 더 부드럽게 만들며 시스템에 더 많은 시간을 할애할 수 있다.

 

• electronic flight systems manuals(autopilot과 그 외 onboard electronic management tools 포함)를 읽고 이해한다.

Managing Aircraft Automation

 

aircraft automation을 숙달하기 전에 조종사는 먼저 항공기를 조종하는 방법을 알아야 한다. 기동 훈련은 여전히 비행 훈련의 중요한 요소로 남아 있다. 왜냐하면 모든 범용 항공 사고의 약 40%가 착륙 단계에서 발생하기 때문이다. 또 다른 범용 항공 사고의 15%는 이륙 및 초기 상승 도중 발생한다.

 

첨단 항전 장비의 문제는 해당 장비가 본인의 단점을 보완해 줄 것이라 믿고 해당 장비를 과잉 의존하는 조종사와 관련되어 있다. 과잉 의존과 관련하여 ADM의 역할이 중요한데, 이는 cross-country에 사용되는 고성능 항공기의 범용 항공 사고 기록에서 가장 중요한 요인일 수 있다. 연구에 따르면 잘못된 의사 결정은 첨단 항전 장비 조종사에게 많은 영향을 미치는 것으로 보였다. 여기서 대부분의 사고는 항공기와 직접적으로 연관된 것이 아니라 조종사의 경험 부족 및 잘못된 의사 결정으로 인해 발생하는 것으로 나타났다. 많은 사고들에서 일관된 주제 중 하나는 IMC를 향하여 VFR 비행을 계속하는 것이다.

 

따라서 정상 운영 및 비정상 운영을 위한 조종사 기술은 stick-and-rudder의 기계적 조작뿐만 아니라 EFD의 숙달도 포함한다. 첨단 항전 장비를 안전하게 비행하기 위해선 세 가지 핵심 비행 관리 기술이 필요하다: information, automation, 그리고 risk.

 

Information Management

 

PFD, MFD, 그리고 GPS/VHF 항법 화면은 화려한 메뉴들과 하부 메뉴들을 통해 많은 정보를 제공한다. 실제로 조종사는 특정 정보를 찾지 못할 수도 있다. 이러한 시스템이 컴퓨터와 유사하다는 점을 기억하면 도움이 될 수 있다.

 

첨단 항전 장비로 비행하기 위한 첫 번째 중요한 information management skill은 시스템을 개념수준으로 이해하는 것이다. 시스템이 어떻게 구성되어 있는지를 기억할 경우 이용 가능한 정보들을 관리하는데 도움이 된다. knob-and-dial 절차를 배우는 것만으로는 충분하지 않다는 것을 알아야 한다. 첨단 항전 장비 시스템이 어떻게 작동하는지에 대해 알게 되면 절차에 대한 기억력이 향상되며 이전에 보지 못했던 문제를 해결할 수 있게 된다.

 

이해에는 한계가 있다. 복잡한 항전 시스템의 모든 특성을 이해하는 것은 일반적으로 불가능하다. knobs의 기계적 조작법을 외우려고 노력하기보다는 예상치 못한 상황을 예상하는 것, 그리고 새로운 것을 계속 학습하는 것이 더 효과적이다. 특정 시스템에 대한 시뮬레이션 소프트웨어와 서적은 큰 도움이 된다.

 

두 번째 중요한 information management skill은 잠시 멈추고, 보고, 읽는 것이다. 첨단 항전 장치를 처음 접하는 조종사는 knobs에 fixate되어 버튼을 누르고, 당기고, 돌리는 모든 순서를 기억하려 노력한다. 첨단 항전 컴퓨터를 이용 및 관리하는데 있어 더 나은 전략은 잠시 멈추고, 보고, 읽는 것이다. 버튼을 누르거나, 당기거나, 혹은 돌리기 전에 먼저 읽는다면 조종사의 어려움을 줄일 수 있다.

 

첨단 항전 장비 항공기 조종사는 특정 작업을 수행하기 위해 정보 흐름을 측정하고, 관리하고, 우선순위를 매겨야 한다. 조종사들은 정보 흐름을 조정하는 것이 도움이 된다는 것을 알게 될 것이다. 이는 개인 선호도에 따라 PFD와 MFD 화면의 양상을 구성하는 전략을 통해 가능하다. 예를 들어 대부분의 시스템은 “north up”, “track up”, “DTK(desired track up)”, 그리고 “heading up”과 같은 map orientation options를 제공한다. 또 다른 전략으로는 얼마나 많은(혹은 얼마나 적은) 정보를 표시할지 결정하는 것이다. 또한 조종사는 특정 비행의 필요성에 맞도록 표시 정보들을 조절할 수 있다.

 

또한 정보 흐름은 특정 운영에 대해 조정될 수 있다. 조종사는 특정 비행 운영에 필요한 정보를 적시에 표시하기 위해 정보의 우선순위를 정할 수 있다. 특정 운영에 대하여 정보 표시를 조정하는 예는 다음과 같다:

 

∙en route와 terminal에서 map scale을 대조적으로 설정한다.

 

∙야간인 경우, 혹은 산악 지형에서 IMC 비행을 수행하는 경우 MFD의 terrain awareness page를 사용한다.

 

∙야간인 경우, 혹은 험준한 지형 상공인 경우 PFD의 nearest airports를 사용한다.

 

∙weather datalink가 echoes와 METAR status flags를 표시하도록 설정한다.

 

Enhanced Situational Awareness

 

첨단 항전 장비 항공기는 향상된 상황 인식을 통해 안전을 증가시킨다. 비록 AFM은 moving map, topography, terrain awareness, traffic, 그리고 weather datalink 화면들을 주요 정보원으로 사용하는 것을 금지하고 있으나 그럼에도 불구하고 이러한 장치들은 상황 인식 향상을 위해 조종사에게 전례 없는 정보를 제공한다. 훌륭하게 계획된 정보 관리 전략이 없다면 이러한 장치들은 조종사를 안일하게 만들 수 있다.

 

항법 정보 관리 전략으로 단지 moving map의 magenta line을 따르는 조종사를 생각해보라. GPS 직선 경로가 높은 지형이가 금지 공역을 통과하는 경우, 혹은 moving map display가 고장 난 경우 문제가 발생할 수 있다.

 

information management에 대한 상황 인식을 유지하기 위한 전략에는 automation을 통해 인식이 강화될 수 있도록 하는 관행이 포함되어야 한다. 시스템을 double-check 하는 것, 그리고 verbal callouts를 수행하는 것은 기본적인 절차이다. automation 사용 시 항상 제시되는 정보들의 타당성을 검증해야 한다. 항법 시스템에 올바른 목적지가 설정되었는가? callouts는 설령 single pilot operations라 하더라도 상황 인식을 유지하기 위한, 그리고 정보를 관리하기 위한 좋은 방법이다.

 

상황 인식을 유지하는 이 외의 방법들은 다음과 같다:

 

∙모든 프로그래밍에 대하여 확인 점검을 수행한다. 출항 전 지상에 있는 동안 프로그래밍 된 모든 정보를 확인한다.

 

∙비행경로를 점검한다. 출항 전에 모든 경로가 계획된 비행경로와 일치하는지 확인한다. 계획된 경로(headings와 경로 길이 포함)를 paper log에 적는다. 이 log를 사용하여 프로그래밍 된 정보를 평가한다. 만약 이 둘이 일치하지 않는다면 컴퓨터 정보가 올바르다 추측하지 말고 컴퓨터 입력을 다시 확인한다.

 

∙waypoints를 확인한다.

 

∙모든 항법 장비를 사용한다. 예를 들어 GPS를 백업하기 위해 VOR을 사용한다.

 

∙automated system의 사용을 조종사 숙련도와 일치시킨다. 개인적 한계 이내를 유지한다.

 

∙상황 인식을 유지하기 위해 현실적인 비행경로를 계획한다. 예를 들어 비록 탑재 장비가 Denver, Colorado로부터 Destin, Florida를 향한 직진경로를 허용한다 하여도 Egline Air Force Base의 공역 주변에서 rerouting 될 가능성이 높다.

 

∙컴퓨터 데이터 입력을 확인한다. 예를 들어 올바르지 못한 입력은 상황 인식 손실로 이어질 수 있다. 왜냐하면 높은 업무량으로 인해 조종사가 이 실수를 인지하지 못할 수도 있기 때문이다.

 

Automation Management

 

첨단 항전 장비는 다양한 수준의 automation을 제공한다. 모든 비행 상황에 적합한 automation 수준은 없다. 허나 첨단 항전 장비를 이용하여 비행할 때 주의산만을 방지하기 위해선 조종사는 CDI(course deviation indicator), navigation source, 그리고 autopilot을 관리하는 방법을 알고 있어야 한다.

 

조종사는 현재 사용 중인 특정 automated system의 특징들을 알아야 한다. 이는 무엇을 예상해야 하는지를, 그리고 어떻게 올바른 작동을 모니터링 하는지를 알려준다. 또한 이는 시스템이 예상대로 작동하지 않을 경우 적절한 조치를 취하도록 해준다.

 

예를 들어 autopilot을 관리한다는 것은 어떤 모드가 engaged 되어 있는지를, 그리고 어떤 모드가 armed 되어 있는지를 알고 있음을 의미한다. 조종사는 armed 된 기능(예를 들어 navigation tracking, 혹은 altitude capture)이 올바른 때에 engage 되는지를 확인해야 한다. automation management는 callout 기법을 연습하기에 좋은 또 다른 시점이다(특히 경로나 고도 변경을 위해 시스템을 arm 한 후).

 

또한 적절한 automation management는 autopilot이 다른 시스템들과 어떻게 상호작용하는지에 대한 철저한 이해를 필요로 한다. 예를 들어 일부 autopilots의 경우 e-HSI의 navigation source를 GPS에서 LOC(혹은 VOR)로 바꿀 시 autopilot의 NAV mode가 해제된다. 조종사가 원하는 navigation source로 NAV mode를 다시 설정하기 전까지는 autopilot의 lateral control이 ROL(wing level)로 설정된다.

 

ATP: autopilot을 사용하는 경우 먼저 원하는 autopilot 기능(들)을 활성화시킨다. 그리고 선택한 기능이 활성화되었는지 확인하기 위해 annunciator panel을 모니터링 한다. autopilot 고장이나 프로그래밍 오류가 발생할 경우를 대비하여 항공기를 수동으로 조종할 수 있도록 준비해둔다.

 

Risk Management

 

glass flight deck 항공기를 숙달하는데 필요한 세 번째 management skill은 위험 관리이다. 이러한 항공기가 제공하는 향상된 상황 인식과 automation 기능은 안전성과 유용성을 크게 확장한다. 허나 이와 동시에 작업량 감소로 인해 안일해질 수 있는 위험도 존재한다.

 

인간은 특성상 automated systems를 제대로 모니터링 하지 못한다. 고장, 이상, 혹은 그 외 드문 상황들에 대하여 automated system을 수동적으로 모니터링 할 경우 인간의 능률은 좋지 못하다. 시스템의 신뢰도가 높을수록 인간의 능률은 떨어진다. 예를 들어 조종사는 경보 시스템이 보호하도록 설계된 상황을 모니터링 하는 대신 경보 시스템만을 모니터링 한다. 기술적으로 발전된 첨단 항전 장비가 조종사의 인식을 증가시킬 수도 있고 감소시킬 수도 있다는 것은 automation의 모순이다.

 

EFD는 기본적인 비행 지식 및 기술을 대체하지 않는다. EFD는 비행 안전을 향상시키기 위한 도구이다. 해당 장치들이 기술과 지식의 부족을 보완한다 믿을 경우 위험이 증가한다. 범용 항공 항공기의 전자 시스템이 할 수 있는 것에는 한계가 있다는 것을 인지해야 한다.

 

조종사가 시스템을 모니터링 하지 않는 경우에도 위험이 증가한다. 시스템을 모니터링 하지 않음으로써, 그리고 과정의 결과를 확인하지 않음으로써 조종사는 안일함에 빠지게 된다. 다음은 안일함으로 인한 항공기 사고 사례이다.

 

두 명의 조종사가 비행하는 multi-engine aircraft가 안데스 산맥을 강타하였다. FMS 조사 결과 FMS에 입력된 waypoint가 1도(°) 잘못된 것으로 나타났다. 그 결과 그들의 의도한 경로로부터 60NM 떨어진 비행경로로 향하였다. 조종사들은 적절한 차트를 소지하고 있었고, 해당 경로가 차트에 표시되어 있었으며, 각 구간의 방향을 나타내는 paper navigation log를 가지고 있었다. 그들은 비행을 관리 및 모니터링 할 수 있는 모든 수단을 가지고 있었으나 automation이 이를 수행하도록 하였다. 시스템은 프로그램 된 것을 정확히 수행하였다(프로그램 된 경로를 따라 산으로 향하였고 그 결과 다수의 사망자가 발생함). 조종사는 시스템을 관리하지 않았고 그 결과 스스로 위해요소를 만들어냈다. 중요한 것은 이러한 부주의로 인해 만들어진 위험이다. 조종사는 automation에 의해 수행되는 매 차례를 평가하지 않음으로써 위험을 확대하였다. 이 경우 충분히 방지할 수 있는 사고가 조종사의 실수와 안일함으로 인해 비극이 되었다.

 

첨단 기기를 수반하는 모든 인간 활동에는 위험 요소가 발생한다는 것을 유의해야 한다. 지식, 경험, 그리고 임무 조건은 안전하고 성공적인 비행에 유리하게 작용한다. 첨단 항전 장비 항공기는 많은 새로운 기능들을 제공하며 기본적인 비행 업무를 단순화한다. 허나 이는 조종사가 적절한 훈련을 받았으며 모든 장비들이 올바르게 작동하는 경우에만 가능하다.