飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估关键技术

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1、分类号TP391西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估关键技术作者：王文军学科专业：工业设计指导教师：余隋怀西北工业大学机电学院2015年11月西安KeyTechnologiesofAircraftCockpit’sErgonomicDesignandComprehensiveEvaluationByWangWen-junUndertheSupervisionofProfessorYuSui-huaiADissertationSubmittedtoNorthwester

2、nPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofIndustrialDesignXi’anP.R.ChinaNovember2015摘要摘要在科学技术不断发展的背景下，人们对产品的各项指标都提出了越来越高的要求，作为影响产品体验的重要因素，人机工效也得到了越来越多的重视，人机工效设计与评估已逐渐成为产品开发过程中的重要组成部分。在航空领域，由于设计与制造技术的进步，飞机产品的功能性问题逐步减少

3、，而人机工效问题逐渐被凸显出来，如何有效的提升飞机驾驶舱的人机工效性能，提升飞行员舒适性与飞行任务执行效率，降低因人机工效问题引发的事故率已成为飞机产品开发过程中亟需解决的问题。因此，人机工效逐渐得到了众多飞机设计机构的重视，在飞机驾驶舱的设计与评估过程中占据了越来越重要的地位。然而飞机驾驶舱是结构与功能都非常复杂的系统，现有的人机工效设计与评估方法仅能够在局部发挥一定的作用，缺乏系统的、综合的理论与方法，不能满足日益增长的设计与评估需求。本文依托“飞机驾驶舱人机工效评估与设计技术研究”项目，从飞机驾驶舱人

4、机工效设计与综合评估出发，在对人体姿势预测技术、人机工效可视化技术、社团结构分析技术以及人机工效综合评估技术等相关关键技术研究的基础上，构建了飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估系统框架，并提出了相应的解决方案。本文的主要工作如下：（1）通过分析飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估涉及的因素，提出了人机工效设计与综合评估的体系框架，确定了其主要研究内容及关键技术。在人机工效设计方面，分别从飞机驾驶舱交互界面、显示控制装置层面出发，对比研究了人机工效数据可视化、显示控制装置关联关系分析相关理论方法；在人机工效评估方面

5、，从飞机驾驶舱设计方案综合评估出发，分析了综合评估相关理论，从而确立了人机工效设计与综合评估的理论体系。（2）在人机工效设计方面，运用统计学方法实现了人体尺寸的预测，通过改进遗传算法，实现了三维空间人体姿势的预测，进而运用舒适性评估方法实现了舒适性参数的求解，最后提出了飞机驾驶舱人机工效数据可视化的方法，实现了视域、可达域及舒适性参数等人机工效数据的可视化，并给出了实例验证；提出了飞机驾驶舱显示控制装置关联关系的计算方法，运用主观与客观评估法获取关联关系并构建复杂网络，研究并改进了利用GN（Girvan-N

6、ewman）算法和CNM（Clauset-Newman-Moore）算法对所构建的飞机驾驶舱显示控制装置复杂网络进行社团结构分析的方法，实现了社团结构求解，通过实例验证了方法的有效性。（3）在人机工效综合评估方面，研究了人机工效综合评估的相关因素，构建了人机工效综合评估体系，结合多种人机工效评估途径提出了人机工效综合评估流程，运用I西北工业大学博士学位论文多属性决策理论将软硬件客观评估数据及专家主观评估数据进行了整合，实现了对飞机驾驶舱人机工效性能的多途径综合评估。（4）在对飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估

7、系统进行总体设计的基础上，明确了系统的技术体系及功能模块，提出了人机工效设计与综合评估的解决方案。开发了飞机驾驶舱人机工效数据可视化子系统，实现了视域、可达域及舒适性参数的可视化；开发了飞机驾驶舱显示控制装置社团结构分析子系统，实现了数据的导入、复杂网络的构建及社团结构的求解；开发了飞机驾驶舱人机工效综合评估子系统，实现了评估数据导入、评估权重计算与修正、数据集结等。综上所述，论文从整体角度研究了进行飞机驾驶舱人机工效设计与评估的技术流程，搭建了人机工效设计与综合评估理论框架，对相关关键技术进行了研究，并开

8、发了原型系统，对飞机驾驶舱的人机工效性能的提高起到了系统性的促进作用，同时也为飞机驾驶舱的人机工效研究开辟了新的思路与方向。关键词：人机工效设计，姿势预测，人机工效数据可视化，社团结构分析，综合评估IIABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentoftechnology,thehumanneedofproductsoneveryaspectisgrowing.Asanimportantfa