淺談駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基本原則
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企業(yè)：控制網(wǎng)
領(lǐng)域：電氣聯(lián)接
行業(yè)：廣播電視
- 點(diǎn)擊數(shù)：1748 發(fā)布時(shí)間：2005-08-26 13:06:56
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本文作者以一個(gè)試飛員的親身體會(huì)和獨(dú)特視角，從幾個(gè)方面討論了人機(jī)界面設(shè)計(jì)中應(yīng)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(diǎn)。
駕駛艙人機(jī)界面對(duì)飛行 的影響不僅是指其對(duì)飛行員體力、心理和意識(shí)活動(dòng)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(jī)界面設(shè)計(jì)的復(fù)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(jī)界面設(shè)計(jì)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(fù)雜，有外界環(huán)境的因素，有飛機(jī)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(fù)雜。評(píng)估人機(jī)界面的安全性主要從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行。
● 是否對(duì)飛行員有直接的生理傷害
飛行員的整個(gè)飛行過程包括進(jìn)出駕駛艙、起飛、機(jī)動(dòng)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(jī)界面可能會(huì)給飛行員的生理造成傷害，這是設(shè)計(jì)人員在駕駛艙的設(shè)計(jì)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(shí)，駕駛艙系統(tǒng)是否會(huì)對(duì)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(jī)設(shè)備是否易于破損而造成對(duì)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(cuò)誤
飛行員是人而不是機(jī)器，判斷和使用上的錯(cuò)誤在所難免，因此駕駛艙設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的容錯(cuò)和防錯(cuò)性。例如：設(shè)備的功能模塊化布局，使人機(jī)界面更加合理，具有邏輯性，避免飛行員的誤動(dòng)；危險(xiǎn)開關(guān)的特別提示，提醒飛行員防止誤動(dòng)，位置也應(yīng)放在特殊位置，盡量遠(yuǎn)離常用電門，并設(shè)置防錯(cuò)臺(tái)階，防止飛行員操縱其他電門時(shí)碰掛；在邏輯設(shè)計(jì)上下工夫，使飛行員的某些誤動(dòng)無效，如地面收起落架，空中放傘等；儀表、顯示器的合理設(shè)計(jì)，避免飛行員的錯(cuò)誤判讀；危險(xiǎn)狀態(tài)和錯(cuò)誤操縱的提示，使飛行員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和錯(cuò)誤，盡快改正。
● 能克服復(fù)雜環(huán)境帶來的危險(xiǎn)
環(huán)境對(duì)飛行的安全影響很大，要使飛機(jī)具有在復(fù)雜環(huán)境中飛行的能力，對(duì)于人機(jī)界面來說，最重要的是能夠克服低能見度和云對(duì)飛行的影響。這就要求飛機(jī)的導(dǎo)航界面能夠在低氣象條件下準(zhǔn)確地引導(dǎo)飛機(jī)飛向著陸機(jī)場(chǎng)，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(jī)姿態(tài)，不易造成飛行員錯(cuò)覺。
● 故障下的安全飛行
飛機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)的故障在飛行中是不可避免的，從設(shè)計(jì)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(shè)備的故障率。同時(shí)從人機(jī)界面設(shè)計(jì)的角度，我們應(yīng)該實(shí)現(xiàn)余度設(shè)計(jì)，對(duì)于重點(diǎn)的系統(tǒng)、顯示器、儀表，要采用多余度設(shè)計(jì)，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(yīng)急放；彈射系統(tǒng)有正常彈射、應(yīng)急彈射等。
高效是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)軍機(jī)的基本要求
從人機(jī)界面設(shè)計(jì)的角度講，高效的要求應(yīng)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
● 顯示系統(tǒng)應(yīng)顯示飛行員最關(guān)心的信息
傳統(tǒng)飛機(jī)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(fù)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(fù)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(shè)計(jì)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(gè)飛行過程中，姿態(tài)信息是飛行員最關(guān)心的，在巡航階段飛行員最關(guān)心的是飛機(jī)的位置和飛機(jī)氣動(dòng)參數(shù)，因此在巡航階段顯示畫面主要提供的應(yīng)是姿態(tài)、氣動(dòng)和位置信息。在攻擊作戰(zhàn)階段，飛行員最關(guān)心的是目標(biāo)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(yīng)顯示與攻擊有關(guān)的信息。在飛機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，飛行員最關(guān)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(guān)心的信息。
● 提供一個(gè)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(zhǔn)確地獲取信息。如平顯圖像的標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)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(shè)計(jì)的角度，還要考慮顯示畫面的清晰度和邏輯性，各個(gè)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(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，飛行員應(yīng)當(dāng)參與駕駛艙的設(shè)計(jì)和評(píng)估。而且飛行員本身在評(píng)價(jià)人機(jī)界面時(shí)要客觀全面，不能受傳統(tǒng)飛機(jī)駕駛艙布局和以往的飛行習(xí)慣的局限。為了獲得客觀合理的評(píng)估意見，應(yīng)請(qǐng)多名飛行員參與試驗(yàn)，以獲得統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。
● 飛行員要能夠迅速有效地控制各個(gè)系統(tǒng)
駕駛艙內(nèi)的電門、開關(guān)、把手?jǐn)?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(shè)計(jì)上應(yīng)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(dá)性；采用HOTAS設(shè)計(jì)，飛行員手不離桿就能實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)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(dòng)或移動(dòng)方向要符合飛行員的生理習(xí)慣。
舒適度是一個(gè)不可忽視的因素
現(xiàn)代科技以人為本，在現(xiàn)代軍機(jī)的設(shè)計(jì)中也越來越多地考慮人的因素。人機(jī)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(guān)系到飛行員能力的發(fā)揮，甚至關(guān)系的飛行的安全，我們決不可小視。飛行員對(duì)舒適度的感知有理性的一面，更有感性的一面，這個(gè)問題非常復(fù)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(duì)駕駛艙外觀的感受也是同樣的。在駕駛艙外觀設(shè)計(jì)上應(yīng)注意：界面外表要圓滑平整，顯示器、儀表、設(shè)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(qiáng)烈的噪音會(huì)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(duì)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(dòng)機(jī)，減小發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音； 改進(jìn)頭盔提高頭盔降噪功能；增加飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免飛機(jī)振動(dòng)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(jī)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(huì)給人一種壓抑的感覺，飛行員對(duì)環(huán)境空間的感覺是非常靈敏的。給飛行員一個(gè)稍寬闊一點(diǎn)的環(huán)境，使他們有活動(dòng)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(gè)開闊的視野，也會(huì)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(guān)系
在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員首先考慮的是功能和性能，也就是高效的原則，對(duì)安全和舒適的問題往往容易忽略，或不夠重視。其實(shí)這三個(gè)方面是互相關(guān)聯(lián)互相影響的，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該通盤考慮。
首先，一個(gè)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(huì)提高。否則，飛行員要考慮動(dòng)作不要失誤，不要看錯(cuò)數(shù)據(jù)，還要花很大的精力去飛行，工作負(fù)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(fù)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(gè)友好而高效的駕駛艙界面，使飛行員的飛行工作得心應(yīng)手，高信息量的顯示，使飛行員能夠全面地監(jiān)控飛機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)。這樣飛行員出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率就會(huì)降低，一旦出現(xiàn)故障也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)正確處置。高效的駕駛艙界面使飛行員的工作負(fù)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(dòng)作協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)問題迅速，頭腦冷靜，處理問題準(zhǔn)確，這樣，必然減少出現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。
因此，在駕駛艙人機(jī)界面的設(shè)計(jì)中要三者兼顧，突出重點(diǎn)。同時(shí)應(yīng)該加大科研投入，設(shè)計(jì)出飛行員喜歡的駕駛艙界面。
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