民机驾驶舱工效设计若干关键技术研究

摘要

民机驾驶舱人机工效设计的优劣不仅影响飞行员的生理、心理和意识活动，而且直接影响着飞行员的工作效率和飞机的飞行安全，是民机研制过程中的重要环节之一。良好的驾驶舱工效设计是飞行员顺利完成飞行任务的重要保证，是充分发挥民机系统性能以及飞行员技术水平的关键。本文对民机驾驶舱工效设计关键技术进行深入研究，建立相关理论方法和模型，支持民机驾驶舱工效设计。
　　对民机驾驶舱工效设计框架体系进行了深入研究。遵循“以人为中心”的设计理念，结合新一代民机驾驶舱的特点，通过驾驶舱功能层次分析，确定了民机驾驶舱工效设计要素；结合民机的一般研制过程，深入研究了民机驾驶舱工效设计过程，明确了民机研制各阶段工效设计的具体环节与相应工作，阐明了各阶段工效设计的输入输出关系，提出了驾驶舱工效设计的协同工作模式，构建了民机驾驶舱工效设计框架体系。
　　对民机驾驶舱布局设计与优化方法进行了深入研究。通过分析飞行员人体尺寸特征参数，给出了驾驶舱布局设计参数的确定方法，提出了驾驶舱可达性、可视性和操纵舒适性评价方法。结合飞行员的静动态动作特征，提出了基于飞行员动作重用的驾驶舱布局优化方法：通过典型飞行任务的分解和飞行员操作动作的惯性跟踪捕捉，给出了飞行员动作获取方法；利用飞行员虚拟人体建模和动作数据驱动，提出了飞行员动作表达方法；通过构建飞行员动作实例库和基于实例的推理，给出了基于飞行员动作重用的布局优化方法和流程。结合某型飞机驾驶舱数字样机给出了应用实例，证明了方法的有效性和可行性。
　　对驾驶舱人机系统建模与动态特性分析方法开展了研究。通过分析飞行员信息处理机制，阐明了飞行员驾驶操纵中的认知过程；引入面向对象的思想，建立了基于面向对象Petri网的民机驾驶舱人机系统模型，构建了人机系统对象模型与对象关系模型；分析了人机系统的动态特性，提出了飞行员任务可达性的分析方法，给出了人机系统冲突识别方法，提出了基于熵值的操作程序复杂性评价方法；结合某型飞机给出了基于面向对象Petri网的驾驶舱人机系统模型应用实例，表明了模型的有效性和可操作性。
　　对飞行员任务负荷生理指标试验与评价模型进行了深入研究。通过分析飞行员情境意识及影响因素，明确了飞行员任务负荷的形成机制；设计了飞行员任务负荷生理评价指标的试验方案和平台，采集、分析了飞行员脑电、心电和眨眼率等生理指标参数，揭示了不同飞行阶段和飞行状态对飞行员生理指标参数的影响机理；基于飞行员生理指标的试验数据，研究了飞行员生理指标参数与任务负荷主观评价的关系，建立了基于支持向量机（Support Vector Machines，SVM）的任务负荷评价模型，通过实例分析对比，证明了方法的有效性和先进性。
　　对驾驶舱人机交互安全风险评估方法开展了研究。在充分考虑风险诱因及其可能导致的后果的基础上，提出了基于事件树（Event Tree，ET）的交互风险识别方法；以ET识别的危险事件作为风险分析评估的顶层输入，通过分析民机驾驶操纵过程中人机交互安全风险的影响因素，建立了基于人在回路故障树（Human in the Loop Fault Tree，HIL-FT）的交互风险评估模型和基于贝叶斯网络（Bayesian Network，BN）的交互风险评估模型；最后，结合某型飞机驾驶舱设计方案，给出了人机交互安全风险评估分析实例，表明了方法和模型的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文的主要研究工作

1.4 本文的章节安排

第二章 民机驾驶舱工效设计框架体系研究

2.1 引言

2.2 工效的研究内容与方法

2.3 民机驾驶舱工效设计过程研究

2.4 民机驾驶舱工效设计工作模式研究

2.5 民机驾驶舱工效设计框架体系

2.6 小结

第三章 民机驾驶舱布局设计与优化方法研究

3.1 引言

3.2 飞行员人体尺寸特征参数分析

3.3 驾驶舱布局设计方法

3.4 驾驶舱布局评价方法

3.5 基于飞行员动作重用的布局优化方法

3.6 小结

第四章 驾驶舱人机系统建模与动态特性分析方法研究

4.1 引言

4.2 人机系统对象功能需求分析

4.3 飞行员认知过程研究

4.4 基于面向对象Petri网的驾驶舱人机系统建模

4.5 人机系统动态特性分析方法研究

4.6 基于面向对象Petri网的人机系统建模与应用实例

4.7 小结

第五章 飞行员任务负荷生理指标试验与评价模型研究

5.1 引言

5.2 飞行员情境意识及任务负荷形成机制研究

5.3 飞行员任务负荷生理表征参数分析

5.4 飞行员任务负荷生理评价指标的试验研究

5.5 基于SVM的飞行员任务负荷评价模型研究

5.6 小结

第六章 民机驾驶舱人机交互安全风险评估方法研究

6.1 引言

6.2 人机交互安全风险定义

6.3 人机交互安全风险评估流程研究

6.4 人机交互安全风险识别方法研究

6.5 人机交互安全风险评估模型研究

6.6 人机交互安全风险评估实例分析

6.7 小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文