人VS智能,“爱因斯坦”能更靠谱些吗?

  两起空难,346个生命瞬间陨落。去年10月的印度尼西亚狮航公司空难和今年3月的埃塞俄比亚航空公司空难举世震惊。这两次空难中驾驶的均是波音737 MAX8型飞机,失事均在起飞后不久,均导致全员死亡,无一幸免。这让波音737 MAX8型飞机一时处于风口浪尖,其设计、自动化系统以及安全认证面临严重质疑。在船舶智能化趋势日益明显、智能化研发热度空前的大背景下,这两起空难以及背后的原因将为船舶智能化研发带来什么启示,值得关注。

  驾驶员与“爱因斯坦”谁值得信赖?

  狮航公司与埃航公司飞机坠落的原因现在还没有定论,但从目前媒体和业内机构及专家的分析来看,空难原因均指向该型飞机的MCAS(Maneuvering Characteristics Augmentation System机动特性增强系统)失控。波音虽然没有直接承认问题出在控制系统,但该公司已经宣布,要对整个MAX系列飞机进行软件升级,等于间接承认了问题所在。根据相关报道,在狮航坠机事件中,飞行员一直试图把飞机的机头拉起来,MCAS却一直在将机头往下推。最终,自动化系统“胜出”,飞机坠落。

  埃航空难之后,美国总统特朗普发推特称:“在争分夺秒的生死关头,我不想让爱因斯坦来驾驶我的飞机,我需要能够马上控制飞机的非常专业的人来当飞行员。”

  业内人士表示,飞机控制自动化之后,传感器信息、自动处置方案却并非十分完善,一旦数据错误,就可能出现埃航和狮航这种致命的自动操控。

  江南造船(集团)有限责任公司总工程师胡可一表示,如果飞机的自动化系统出现问题,经常是致命的。飞机的运动是非水平的,如果出现失去动力的情况,后果就是坠落。这和船舶还不一样,船舶运动是水平的,即使失去动力,最多就是停在水面上。此外,船舶的速度远低于飞机的速度,纵然船舶的自动化系统失控,也有更多的时间和机会进行修正。

  中国船舶信息中心分析师吴笑风也持相同的看法。他认为,飞机的自动化系统所要求的安全保障等级更高,因为相关系统失效导致的人员和财产损失更加严重,因此系统需要更高的冗余程度,对驾驶员参与故障模式识别和应急响应的要求也会更高。

  然而,虽然飞机与船舶的自动化模式、程度不同,研发重点各异,但在提升自动化系统的可靠性要求方面是相同的。波音飞机坠落的悲剧对船舶的智能化发展具有重要的启示意义,至少提醒研发人员需要思考一些重要的问题。首先,智能化确实是大势所趋,但它也存在短板,它的短板在哪里?对于技能型和规则型行为,自动化系统的优势不言而喻,但是自动化系统能否完全胜任知识型行为?一旦发生故障,自动化系统是否将飞机或船舶置于更危险的境地?其次,在自动化系统面前,飞行员和船长的角色从操纵者转变为观察/决策者,对飞机和船舶的驾驶反而相对少了直观的了解,凭借经验和能力来解决问题、消除故障变得更加困难,这是否让智能化能让交通工具变得更加安全的说法成为谎言?再次,因为自动化系统均是在通过分析已知问题的基础上设计的,也就是说,它能处理的是设计者所能考虑到的情况,一旦设计者没有考虑到的情况发生, 自动化系统是否将变得无能为力?此外,自动化系统往往与强调简化的可靠性原则相背离,就像特朗普在埃航空难后所说的,“飞机的设计太复杂了,人们不再需要飞行员,反而需要麻省理工学院的计算机专家。很多产品都是如此,总是画蛇添足,而通常情况下,旧的、简单的方法反而更好。”这种看法对于船舶行业来说是否也有道理?

  吴笑风表示,自动驾驶和辅助驾驶技术给人类驾驶员带来的益处是有目共睹的,但控制系统中的“人机协同”将面临长期的“进化”。波音飞机坠落事故就表明,在“人机协同”达到足够多的积累和一定的可靠性之前,对自动驾驶的应用应继续持谨慎态度。“同时,我们对自动控制系统的设计和测试应该上升到一个更高的重视程度,特别是对软件逻辑设计的评议应当更加充分。”他说,从技术研发角度看,研究自动(无人)驾驶系统不能或者不适合做什么,与探索它能做什么甚至同等重要;从商业应用角度看,自动驾驶系统投入运营之前的可靠性测试和评定将是确保安全的重要保障;从运营角度看,相关责任认定、保险赔偿等规则的完善仍需要持续探索。

  爱因斯坦”是“助手”还是“主人”?

  飞机的自动驾驶早在上世纪初就已经出现,上世纪30年代趋于成熟,工程师把飞机的升降舵、副翼和方向舵与陀螺仪、高度计相连,飞机可以根据设定的方向和高度飞行。飞机在飞行过程中,大多数操作都是依赖自动驾驶系统来完成的。自动驾驶系统用来保持机翼水平、飞机当前的仰俯角、选定的飞行方向、选定的飞行高度等。可以说,飞机的自动驾驶与船舶智能化发展的初衷有很多相似之处,就是提升安全性、降低人员的劳动强度等,而且飞机的自动驾驶初衷更多体现在减少飞行事故上。自动驾驶的发展衍生出庞大的自动化控制系统,并在避免人为判断和操控失误,减少飞机失速、失控等事故方面发挥了重要作用。由于自动化方案在飞机领域的成功,波音、空客等飞机业巨头甚至已开始布局无人驾驶飞机,以实现自动航空运输。业内人士认为,此次波音飞机失事,或将促使业界对这一业务领域更加慎重。

  船舶自动化程度远不如飞机,但目前正在沿着智能化的方向快速发展。船舶的自动化和智能化除可以提升安全性和降低人员的劳动强度外,还可以显著降低人员成本,而且一些无人驾驶船舶在海洋测量、地质勘探、矿产采样、水下工程、安全消防等方面具有无可替代的作用。

  目前,业界对船舶智能化的研究如火如荼、进展不断。已有装满传感器并充分利用人工智能软件的自动驾驶渡船,完成了首次距离不短的港口到港口自动航行与靠泊。而且,人们对这一无人驾驶船舶的好奇远远大于惧怕,这艘“Falco”号渡船首次自动航行,就搭载了80名乘客,这对飞机来说是不可想象的。试想如果是一架无人驾驶飞机首飞,愿意搭乘的人应该寥寥无几。

  业内人士表示,这倒是充分说明,行驶相对缓慢许多的船舶对于自动化系统的要求确实没有飞机的那么高。但是,智能船舶对自动化系统的要求有自己的特色与针对性。比如,由于船舶自重较大,遇到紧急情况需要更长的时间来修正,因此,自动驾驶船舶更需要提前预判,传感器等硬件也要求非常灵敏。而对远洋航行的船舶来说,虽然茫茫海面几乎不太可能发生船舶相撞事件,但需要考虑海上复杂的天气、海盗、网络袭击等因素。

  目前来看,远洋船舶实现无人驾驶恐怕还需要很多年,其智能化轨迹应是自动化程度日益提升,人员配备越来越少,最后实现无人驾驶。业内人士表示,在船舶自动航行过程中,船长和船员还有许多事情要做,如知道自己的位置、监控自动驾驶系统、监控动力状态等。这样的话,即使自动驾驶系统出了问题,船长也可以轻松接手船舶。而且,就像飞机飞行时也需要地面系统的指引一样,船舶的自动化航行也在一定程度上依靠岸上系统的指引。

  汽车也是无人驾驶研发的重点领域之一,很多车企在畅想未来的汽车模样时,无一例外都让汽车的方向盘消失,也就是完全把人交给了自动系统。这样的话,即使系统出现问题,人也无能为力。这恐怕并不是飞机、船舶等交通工具智能化理性的发展方向。人可以预判形势、可以随机应变,能够通过技术与经验的结合,灵活应对从未出现过的状况,这是自动化系统难以做到的,因此,即使船舶高度智能化之后,人也依然应该是最终的“主人”。

  埃航空难之后,美国总统特朗普发推特称:“在争分夺秒的生死关头,我不想让爱因斯坦来驾驶我的飞机,我需要能够马上控制飞机的非常专业的人来当飞行员。”

  业内人士表示,飞机控制自动化之后,传感器信息、自动处置方案却并非十分完善,一旦数据错误,就可能出现埃航和狮航这种致命的自动操控。

  江南造船(集团)有限责任公司总工程师胡可一表示,如果飞机的自动化系统出现问题,经常是致命的。飞机的运动是非水平的,如果出现失去动力的情况,后果就是坠落。这和船舶还不一样,船舶运动是水平的,即使失去动力,最多就是停在水面上。此外,船舶的速度远低于飞机的速度,纵然船舶的自动化系统失控,也有更多的时间和机会进行修正。

  中国船舶信息中心分析师吴笑风也持相同的看法。他认为,飞机的自动化系统所要求的安全保障等级更高,因为相关系统失效导致的人员和财产损失更加严重,因此系统需要更高的冗余程度,对驾驶员参与故障模式识别和应急响应的要求也会更高。

  然而,虽然飞机与船舶的自动化模式、程度不同,研发重点各异,但在提升自动化系统的可靠性要求方面是相同的。波音飞机坠落的悲剧对船舶的智能化发展具有重要的启示意义,至少提醒研发人员需要思考一些重要的问题。首先,智能化确实是大势所趋,但它也存在短板,它的短板在哪里?对于技能型和规则型行为,自动化系统的优势不言而喻,但是自动化系统能否完全胜任知识型行为?一旦发生故障,自动化系统是否将飞机或船舶置于更危险的境地?其次,在自动化系统面前,飞行员和船长的角色从操纵者转变为观察/决策者,对飞机和船舶的驾驶反而相对少了直观的了解,凭借经验和能力来解决问题、消除故障变得更加困难,这是否让智能化能让交通工具变得更加安全的说法成为谎言?再次,因为自动化系统均是在通过分析已知问题的基础上设计的,也就是说,它能处理的是设计者所能考虑到的情况,一旦设计者没有考虑到的情况发生, 自动化系统是否将变得无能为力?此外,自动化系统往往与强调简化的可靠性原则相背离,就像特朗普在埃航空难后所说的,“飞机的设计太复杂了,人们不再需要飞行员,反而需要麻省理工学院的计算机专家。很多产品都是如此,总是画蛇添足,而通常情况下,旧的、简单的方法反而更好。”这种看法对于船舶行业来说是否也有道理?

  吴笑风表示,自动驾驶和辅助驾驶技术给人类驾驶员带来的益处是有目共睹的,但控制系统中的“人机协同”将面临长期的“进化”。波音飞机坠落事故就表明,在“人机协同”达到足够多的积累和一定的可靠性之前,对自动驾驶的应用应继续持谨慎态度。“同时,我们对自动控制系统的设计和测试应该上升到一个更高的重视程度,特别是对软件逻辑设计的评议应当更加充分。”他说,从技术研发角度看,研究自动(无人)驾驶系统不能或者不适合做什么,与探索它能做什么甚至同等重要;从商业应用角度看,自动驾驶系统投入运营之前的可靠性测试和评定将是确保安全的重要保障;从运营角度看,相关责任认定、保险赔偿等规则的完善仍需要持续探索。

  “爱因斯坦”如何才能变得更可靠?

  在狮航和埃航空难之后,关于波音737 MAX8型飞机自动控制系统设计、安全认证及培训等方面存在漏洞的消息甚嚣尘上。根据美国媒体报道,波音737 MAX8型飞机MCAS本应读取多个传感器的数据,而目前的设计是仅依赖单个传感器的数据;本应由美国联邦航空局独立进行的飞机安全检测与评估,却被授权给波音自己负责;本应进行的严格的模拟器培训,却被1小时的ipad培训代替等。

  一次严重的事故背后是多次的小事故和多个环节的失控。这句话在波音飞机坠落事件中得到充分的体现,正是多个问题的累积让不可靠的自动化系统上机,最终导致悲剧的发生。胡可一表示,智能化程度越高,对系统可靠性的要求越高,否则,一旦出现问题,结果会更严重。要使自动化系统更加可靠,至少应加强三方面的工作。一是系统或是设备本身在设计、质量上有更高的标准和要求,设计时考虑到更多、更极限的情况;二是有健全的安全评估体系,进行严格的第三方认证;三是相关的培训要完备,具体到船舶,其培训应包括对各种适用船型、各种水域、各种天气情况的模拟。

  目前,飞机、汽车、船舶等交通运输工具的智能化研究进展迅速,成果显著,特别是飞机与汽车。前者的自动驾驶历史久远,技术成熟;后者的最长无人驾驶测试已经超过1000万公里。有的研发单位及厂家对其智能化前景极尽渲染之能事,在选择性宣传的情况下,自动驾驶存在的隐患与问题被最小化,自动驾驶的美好被最大化。船舶智能化的推动者和研发者则应保持冷静与耐心,从飞机、汽车这些智能化先行领域充分吸取经验与教训,避免走它们已走过的弯路。

  吴笑风在谈到目前全球智能船舶研发情况时表示,无人船舶应是智能船舶发展的最高阶段,实现船舶的无人驾驶可以归为两大路径,一是通过逐步的智能化升级,实现少人和无人;二是直接设计使用无人驾驶船舶。欧洲主要在后者投入较多,且主要以小型船舶(如渡船、小型集货船等)为起点,一方面便于系统集成和试错成本控制,另一方面起到一定的技术验证作用,便于积累经验,并同步完善法规和标准体系。“从短期看,欧洲的路径对智能航运产业链和新业态的培育可能更加有利。”他说。

  然而,无论是仍处于初级阶段的有人在船的智能船舶,还是未来的无人驾驶船舶,相关研制人员均不能忘记,在船舶智能化过程中,应将提高船舶安全性放在最重要位置,然后才是减轻人员劳动强度、降低人工成本等。与船舶安全性相关的安全认证、网络安全、备用安全机制、操作培训等工作应是重中之重。如果这些得到充分的保障,那么,“人机协同”将不会遥远,船舶的智能化运行甚至无人驾驶也将是一件非常靠谱的事情。

 
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