淺談駕駛艙人機界面設計的基本原則
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企業(yè)：控制網(wǎng)
領域：電氣聯(lián)接
行業(yè)：廣播電視
- 點擊數(shù)：2093 發(fā)布時間：2005-08-26 13:06:56
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本文作者以一個試飛員的親身體會和獨特視角，從幾個方面討論了人機界面設計中應遵循的原則，并提出安全、高效、舒適的要求是相輔相成的觀點。
駕駛艙人機界面對飛行 的影響不僅是指其對飛行員體力、心理和意識活動的影響，而且將直接影響飛行員的工作效率和飛行安全。人機界面設計的復雜性在于，使用界面的是人，界面合適與否要通過人的使用來證明。
安全是人機界面設計的第一原則
飛行的安全性要求是飛行的第一要求。決定安全的因素極為復雜，有外界環(huán)境的因素，有飛機及各系統(tǒng)的因素，也有人的因素等等，其中人的因素最為復雜。評估人機界面的安全性主要從以下幾個方面來進行。
● 是否對飛行員有直接的生理傷害
飛行員的整個飛行過程包括進出駕駛艙、起飛、機動飛行、儀表飛行、武器發(fā)射、著陸、迫降、跳傘等，在這些過程中，人機界面可能會給飛行員的生理造成傷害，這是設計人員在駕駛艙的設計過程中要盡力避免的。例如：駕駛艙的裸露表面是否有尖銳表面，可能造成飛行員的肉體劃傷；飛行員約束系統(tǒng)能否在高過載情況下（如沖擊、撞擊等）免除或盡量減輕飛行員遭受的過載和撞擊損傷；在彈射跳傘時，駕駛艙系統(tǒng)是否會對飛行員造成直接或間接地傷害，如勒傷、劃傷、碰傷，吹傷等；飛機設備是否易于破損而造成對飛行員的傷害，如艙蓋破損、系統(tǒng)漏電、著火、減壓、低溫凍傷、缺氧等。
● 是否易于造成飛行員的錯誤
飛行員是人而不是機器，判斷和使用上的錯誤在所難免，因此駕駛艙設計應具有一定的容錯和防錯性。例如：設備的功能模塊化布局，使人機界面更加合理，具有邏輯性，避免飛行員的誤動；危險開關的特別提示，提醒飛行員防止誤動，位置也應放在特殊位置，盡量遠離常用電門，并設置防錯臺階，防止飛行員操縱其他電門時碰掛；在邏輯設計上下工夫，使飛行員的某些誤動無效，如地面收起落架，空中放傘等；儀表、顯示器的合理設計，避免飛行員的錯誤判讀；危險狀態(tài)和錯誤操縱的提示，使飛行員及時發(fā)現(xiàn)故障和錯誤，盡快改正。
● 能克服復雜環(huán)境帶來的危險
環(huán)境對飛行的安全影響很大，要使飛機具有在復雜環(huán)境中飛行的能力，對于人機界面來說，最重要的是能夠克服低能見度和云對飛行的影響。這就要求飛機的導航界面能夠在低氣象條件下準確地引導飛機飛向著陸機場，并安全著陸；駕駛艙的姿態(tài)畫面良好，便于飛行員判明飛機姿態(tài)，不易造成飛行員錯覺。
● 故障下的安全飛行
飛機的各個系統(tǒng)的故障在飛行中是不可避免的，從設計和工藝的角度，我們要盡可能地提高系統(tǒng)的可靠性，減少設備的故障率。同時從人機界面設計的角度，我們應該實現(xiàn)余度設計，對于重點的系統(tǒng)、顯示器、儀表，要采用多余度設計，例如姿態(tài)顯示有平顯、電子飛行儀表、備份儀表等；起落架系統(tǒng)有正常放、應急放；彈射系統(tǒng)有正常彈射、應急彈射等。
高效是現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍機的基本要求
從人機界面設計的角度講，高效的要求應體現(xiàn)在以下幾個方面。
● 顯示系統(tǒng)應顯示飛行員最關心的信息
傳統(tǒng)飛機的駕駛艙顯示系統(tǒng)提供的信息是非常有限的，飛行員的工作負荷普遍較高。現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)和綜合火控系統(tǒng)大大增加了駕駛艙顯示系統(tǒng)的信息量，使得飛行員的工作負荷明顯降低。如"一平三下"的多功能顯示系統(tǒng)，聲、光、文字信息一體化的綜合告警系統(tǒng)等等。
如何有效地利用有限的駕駛艙空間，為飛行員提供更多有用的信息，也是設計人員和飛行員共同的課題。要根據(jù)不同的飛行階段，為飛行員提供他們最需要的信息。例如在整個飛行過程中，姿態(tài)信息是飛行員最關心的，在巡航階段飛行員最關心的是飛機的位置和飛機氣動參數(shù)，因此在巡航階段顯示畫面主要提供的應是姿態(tài)、氣動和位置信息。在攻擊作戰(zhàn)階段，飛行員最關心的是目標和武器方面的信息，因此顯示畫面除了必要的姿態(tài)和飛行參數(shù)外，主要應顯示與攻擊有關的信息。在飛機出現(xiàn)故障時，飛行員最關心的是故障信息。可見，顯示系統(tǒng)要根據(jù)飛行員的需要，提供給他們最關心的信息。
● 提供一個友好的顯示界面
駕駛艙的顯示系統(tǒng)要提供給飛行員最直觀、最形象的信息，目的是使飛行員迅速而準確地獲取信息。如平顯圖像的標準化，導航畫面的地圖化，數(shù)字信息的模擬化，文字信息的漢化等等。從優(yōu)化設計的角度，還要考慮顯示畫面的清晰度和邏輯性，各個畫面的位置的合理安排，畫面字符的可讀性等。另外畫面的切換和調(diào)整要方便快捷。為了真正實現(xiàn)人機界面的優(yōu)化設計，飛行員應當參與駕駛艙的設計和評估。而且飛行員本身在評價人機界面時要客觀全面，不能受傳統(tǒng)飛機駕駛艙布局和以往的飛行習慣的局限。為了獲得客觀合理的評估意見，應請多名飛行員參與試驗，以獲得統(tǒng)計的數(shù)據(jù)。
● 飛行員要能夠迅速有效地控制各個系統(tǒng)
駕駛艙內(nèi)的電門、開關、把手數(shù)量較多、功能不一，使用也非常頻繁。為了使飛行員能夠迅速而正確地使用，在設計上應考慮根據(jù)功能的不同合理布置：操縱部件要有較好的可達性；采用HOTAS設計，飛行員手不離桿就能實現(xiàn)各個系統(tǒng)的開關和功能的轉(zhuǎn)換； 常用的電門把手要安排在方便飛行員使用的位置； 操縱部件的使用要方便靈活；操縱部件的扳動或移動方向要符合飛行員的生理習慣。
舒適度是一個不可忽視的因素
現(xiàn)代科技以人為本，在現(xiàn)代軍機的設計中也越來越多地考慮人的因素。人機界面的舒適與否不僅僅是感覺的問題，它也影響到人的心理和生理狀況，直接關系到飛行員能力的發(fā)揮，甚至關系的飛行的安全，我們決不可小視。飛行員對舒適度的感知有理性的一面，更有感性的一面，這個問題非常復雜又不可回避。
視覺因素--和諧愉悅的駕駛艙外觀
我們有這樣的感受：和諧的色彩和形象給人一種平靜愉悅的感覺，而灰暗雜亂的環(huán)境給人一種焦灼不安的感覺。飛行員對駕駛艙外觀的感受也是同樣的。在駕駛艙外觀設計上應注意：界面外表要圓滑平整，顯示器、儀表、設備的布置要和諧而有規(guī)律，駕駛艙內(nèi)的色彩要和諧統(tǒng)一，飛行員的視野要開闊，駕駛艙內(nèi)燈光要柔和。
聽覺因素 -- 安靜的駕駛艙
強烈的噪音會使人急躁并易于疲勞。駕駛艙的噪音是不可避免的，問題是怎樣減小飛行員所承受的噪音。要分清噪音的來源，分別對待，即：提高通信系統(tǒng)的性能和質(zhì)量，減小無線電噪音；調(diào)整發(fā)動機，減小發(fā)動機的噪音； 改進頭盔提高頭盔降噪功能；增加飛機的結(jié)構(gòu)強度，避免飛機振動的嗡鳴聲。
觸覺因素 --座椅和飛行裝備的舒適性
座椅和飛行裝備的舒適性是人機界面舒適性的重要環(huán)節(jié)。它包括座椅的外形要與飛行員的身體相適宜，無擠壓妨礙；傘帶的松緊要適中，穿傘無不適感；頭盔的大小、形狀適宜，面罩柔軟舒適； 抗荷服、代償服穿著舒適，抗荷系統(tǒng)、代償系統(tǒng)功能良好。
空間因素 -- 寬闊的駕駛艙
狹小的空間會給人一種壓抑的感覺，飛行員對環(huán)境空間的感覺是非常靈敏的。給飛行員一個稍寬闊一點的環(huán)境，使他們有活動身體的空間是非常重要的，稍高一些的坐姿，使飛行員有一個開闊的視野，也會使飛行員產(chǎn)生一種空間開闊的感覺。這些都將利于改善飛行員的舒適感。
安全高效舒適之間的關系
在人機界面的設計中設計人員首先考慮的是功能和性能，也就是高效的原則，對安全和舒適的問題往往容易忽略，或不夠重視。其實這三個方面是互相關聯(lián)互相影響的，在設計過程中應該通盤考慮。
首先，一個安全的駕駛艙環(huán)境，能夠減少飛行員的顧慮，使其把大部分精力用在飛行上，工作的效率必然會提高。否則，飛行員要考慮動作不要失誤，不要看錯數(shù)據(jù)，還要花很大的精力去飛行，工作負荷增加，效率也就必然很低。在一種不安的狀態(tài)下飛行，飛行員的心理壓力很大，工作負荷不可能減輕，在這種不良心態(tài)下飛行員很難有舒適的感覺。
反之，一個友好而高效的駕駛艙界面，使飛行員的飛行工作得心應手，高信息量的顯示，使飛行員能夠全面地監(jiān)控飛機的各個系統(tǒng)。這樣飛行員出現(xiàn)錯誤的概率就會降低，一旦出現(xiàn)故障也能及時發(fā)現(xiàn)正確處置。高效的駕駛艙界面使飛行員的工作負荷降低，減少疲勞，心理壓力也較小，在一種愉悅的狀態(tài)下飛行，飛行員自然有一種舒適的感覺。
舒適的駕駛艙環(huán)境能使飛行員精力旺盛，動作協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)問題迅速，頭腦冷靜，處理問題準確，這樣，必然減少出現(xiàn)錯誤的機會。
因此，在駕駛艙人機界面的設計中要三者兼顧，突出重點。同時應該加大科研投入，設計出飛行員喜歡的駕駛艙界面。
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