Das gläserne Cockpit : die Mensch-Maschine-Schnittstelle in modernen Verkehrsflugzeugen am Beispiel des Airbus A320

Abstract

Wer sich die Arbeit der Piloten im Laufe der vergangenen 100 Jahre ansieht merkt, dass sich die Distanz des Flugzeugführers zu seinem Werkzeug immer weiter vergrößert hat. Zu Beginn der Fliegerei saß der Pilot ungeschützt auf seiner Maschine, danach zwar in ihr, aber immer noch mit dem Kopf im Freien. Dadurch waren nicht nur persönliche Fähigkeiten ausschlaggebend, sondern auch das "Gespür" für das Element Luft. In den 1930er Jahren wurde die Pilotenkabine eingeführt, mit der der Flugzeugführer von seinem Medium - der Luft - abgeschnitten wurde.<br />Dennoch konnte er sich durch das Führen der Steuersäule, die ihm alle durch die Strömungen an Seiten- sowie Höhenruder verursachten Stöße mitteilte, ein Bild über die ihn umgebenden und für ihn informationsrelevanten Luftströme machen. Durch den Einbau der Hydraulik wurden diese Vibrationen jedoch gedämpft und nun - im Computerzeitalter - sind es elektrische Leitungen, die die Signale zum Betätigen der Ruder weiterleiten - die Abstraktion des Fliegens ist vollbracht. Wenn nicht der Ausblick aus dem Cockpit wäre, könnte der echte Flug nicht mehr von einer Computersimulation unterschieden werden.<br />Der Airbus A320 prägte den Begriff des sogenannten "gläsernen" Cockpits.<br />Mit seiner Einführung wurden erstmals in einem Verkehrsflugzeug alle mechanischen Zeigerinstrumente (mit Ausnahme der geforderten Notinstrumentierung) durch Bildschirme ersetzt. Auch wurde das schwere Steuergestänge, das das Steuer-horn direkt mit den Rudern verband, durch Steuercomputer und elektrische Leitungen (Fly-by-wire) ausgetauscht.<br />In der vorliegenden Diplomarbeit wird im ersten Teil das Cockpit moderner Verkehrsflugzeuge am Beispiel des Airbus A320 vorgestellt.<br />Besonderes Augenmerk soll dabei auf die eingesetzten Computersysteme und die Bedienung der Instrumente gelegt werden. Der zweite Teil befasst sich mit den Ursachen der Automatisierung, beschreibt Unfälle, die unmittelbar durch Computerfehler oder eine schlecht programmierte Mensch-Maschine-Schnittstelle verursacht wurden, und geht schließlich der Forschungsfrage nach, ob der vermehrte Computereinsatz zu einer Steigerung der Flugsicherheit geführt hat und ob durch eine weitere Automatisierung das derzeitige Zweipersonen-Cockpit durch ein Einpersonen-Cockpit ersetzt werden kann.<br />Der Airbus A320 soll in dieser Arbeit lediglich als Beispiel dienen.<br />Wenn sinnvoll wird auch auf neuere Modelle wie z.B. Airbus A380 oder Boeing 787 Dreamliner eingegangen.<br />

If you take a look at the pilot's work area in the course of the past 100 years, you might notice that the distance between the pilot and his machine grew bigger and bigger. At the beginning the pilot sat unprotected on his aero plane, some years later in it, but still had his head outside. He had profound knowledge of his vehicle and the "feel" for the element air. In the 1930s, the closed cabin was introduced and for the first time the pilot was cut off from his medium. Nevertheless, just by touching his control column the pilot was able to feel all deflections from his control surfaces and therefore was able to get a clear picture of the surrounding airflow. Later these vibrations were damped by the installation of hydraulic cylinders and now - in the computer age - electric cables pass the input from the cockpit to the control surfaces - the abstraction of flying was accomplished. If it wasn't for the view from the cockpit windows, the real flight could not be distinguished from a computer simulation.<br />The Airbus A320 coined the term of the so-called "glass cockpit". With his introduction in the year 1988 and for the first time in history of commercial aviation all mechanical flight instruments (with the exception of the required set of backup instruments) were replaced by CRT and now liquid crystal displays (LCD). Additionally Airbus got rid of heavy mechanical and hydro-mechanical flight control systems connecting the control wheel in the cockpit with the flight control surfaces on the wings. Instead they introduced an electronic interface where the movements of the flight controls are converted to electronic signals transmitted by wire - hence the term "Fly-by-wire".<br />Using the Airbus A320 as an example, the first part of this thesis describes the cockpit of modern civil aircrafts. Special attention will be paid to computer systems used and to the handling of the instruments.<br />The second part deals with the causes of automation and describes accidents which were directly influenced either by computer errors or by badly programmed man-machine interfaces. The study concludes by answering the research question if the introduction of computers in modern airplanes had a significant effect on flight safety and if current two-member flight crews can be reduced with the help of additional automation and new computer technologies.<br />However, the Airbus A320 should only serve as an example. Current state-of-the-art cockpit technologies, like those introduced in an Airbus A380 or Boeing 787 Dreamliner, will be described to bridge the gap between the 1990s and the present.