人因工程学在飞机设计中的应用(doc 11页)

人因工程学在飞机设计中的应用(doc 11页)

人因工程学在飞机驾驶舱空间布局设计中

的应用

摘要：本文在回顾现有驾驶舱设计中人因工程学主要研究方法的基础上，着重探讨了飞机驾驶舱空间布局设计中人因工程设计原则的具体应用，并对这些设计方法的优劣进行对比和评价，最后提出设计中需要注意的若干问题。

关键词：人因工程学；研究方法；空间布局设计

The application of Human Factors Engineering in the cockpit space layout

design

Abstuction: Based on reviewing the existing primary research method of Human Factors Engineering on the cockpit designing, this article discussed the Human Factors Engineering principle and it’s specific using of aircraft cockpit space layout design, and evaluate the superiority of comparison, finally puts forward some problems need to be taken attention.

Keys: Human Factors Engineering; research method; space layout design

1 引言

根据台湾工效学学会的定义，人因工程是指“了解人的能力与限制，以应用于工具、机器、系统、工作方法和环境之设计，使人能在安全舒适及合乎人性的状况下，发挥最大工作效率和使用效能，并提高生产力及使用者的满意度的学科领域。”已有的研究表明，人因工程学在增进系统安全，提高人员满意度，和提高系统绩效等方面能发挥很大的作用[1]。

人因学最初的研究范围比较狭小，只涉及军事、工业领域人—机界面交互的一些问题，目前的研究范围已得以扩大，与人类工效学、工程心理学及认知工程学等学科有着紧密的联系，并在核工业、汽车设计、风险评估、航空领域等都产生了广泛的影响。

的COMBIMAN软件，主要用于飞机乘务员工作站设计中的视野分析和手部可达性分析；宾夕法尼亚大学设计开发的JACK软件，构建了人体模型和一系列可控的分析工具；德国THCMATH开发的RAMSIS工效分析工具，建立了飞行员以及乘客的姿势仿真模型[5]。

我国的人因工程学理论研究开展较晚，飞机驾驶舱设计主要是借鉴苏联的成果，由于各研究机构的驾驶舱设计规范还不统一，基于人因工程学的驾驶舱统一的设计标准还有待形成。现在，北航、南航和一些研究部门都取得了一定的成果和开发了一些软件：北京航空航天大学开发的MMES软件，建立了人机工效模拟系统，和模型评价；南京航空航天大学开发的参数化人体模型生成系统，建立了人体尺寸数据库[6]。

目前国内外的诸多研究主要集中于飞机驾驶舱的操作面板设计，利用三维人体模型和虚拟人技术进行驾驶舱的设计以及飞机驾驶舱的人机适配性评价。为了改善飞行员在复杂情境中对自身状态、飞机状况及周边事态的充分了解和整体把握，增强飞行员的情境意识(situation Awareness)能力，国外目前正在寻求新的信息显示方式和途径，研制开发新型信息显示界面—三维图形数据格式信息显示界面，这种界面可以使飞行员认知反应时间变短，操作错误减少，心理负荷降低，而且情景意识也明显增强。

总之，国内外的研究都在寻求利用CAD技术和计算机图形技术，完善现有参数化三维驾驶舱模型和三维虚拟人体模型和适当的评价模型。同时在驾驶舱的自动化设计中，强调自动化与飞行员能力及需求的相匹配和兼容，避免忽视人的特性而导致的“过度自动化”或“不当自动化”，寻求以人为本的自动化设计。

3 驾驶舱空间布局设计的人因工程学问题

纵观已有的文献资料，我们不难发现，当前的人因工程学研究是把人、机、环境视为相互关联的复杂系统，运用现代科学技术理论和方法进行研究，使系统具有“安全、高效、经济”等综合效能。驾驶舱设计中的人因工程学研究，就是以人因工程的相关理论知识为基础，对飞机驾驶舱设计元件进行合理布局，使飞行员能舒适、高效和安全驾驶，并顺利完成指定的任务。

飞机驾驶舱的主要设计元件有座椅、驾驶杆、脚踏板和仪表板等，它们的设计关联到不同的相关人因工程学设计原理[7]，大致如下:

1）座椅设计：此项设计要基于人体坐姿理论的相关知识，包括坐姿舒适角度和人体坐姿体压分布。坐姿舒适角度和人体体压分布都是通过大量实验得到的，它们对座椅设计元素（座高、座深、扶手高和头枕尺寸等）有着重要指导意义；

2）驾驶杆和脚踏板：都属于操作器设计。此项设计涉及到人手和脚可达性分析和受力分析理论。根据人体的多刚体系统模型可将人体模型分为上、下肢运动链，应将驾驶杆和脚踏板布置在人手和脚的舒适域内，而仪表板上的控制面板应布置在人手的活动范围内；

3）仪表显示设计：属于显示器设计。此项设计要考虑人体的视域分析理论。飞机的主要仪表和显示器应设计在飞行员的舒适视野内，且仪表和显示器的指针方式、显示方式等都应参照人因工程学相关标准来设计，便于飞行员观察及识别。

3.1 座椅的人因工程学设计

3.1.1 人体坐姿的舒适角度[8]

舒适的坐姿，应保证腰曲弧形处于正常状态，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液正常循环。因此，最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移，使上体略向上后倾斜，保持上体与大腿夹角在90°~115°，同时，小腿向前伸，大腿与小腿、小腿与脚掌之间也应达到一定角度，如图1

所示：

图1 舒适的坐姿关节角度

在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、盆骨、腿和脚等。脊柱位于人体背部中线处，由33块短圆柱状椎骨组成，包括7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎和下方的5块骸骨及4块尾骨，相互间由肌腿和软骨连接。腰椎、骸骨和椎间盘及软组织承受坐姿时上身大部分负荷，还要实现弯腰扭转等动作。正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骸骨时则后凹。在良好的坐姿状下，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组织上分布均匀的静负荷。当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，产生腰部酸疼万疲劳等不适感。图2为不同姿势下的腰椎曲线：