人因工程學(xué)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用-文庫(kù)吧
2025-06-02 05:32 本頁(yè)面
【正文】 設(shè)計(jì)中的人因工程學(xué)研究現(xiàn)狀在過(guò)去幾十年里，發(fā)動(dòng)機(jī)、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的改進(jìn)大大降低了事故率并提高了飛行效率，但飛行高度、速度、巡航時(shí)間的增加及顯示系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，卻造成對(duì)飛行員生理心理負(fù)荷的增大，人的因素成為制約飛行安全的主要因素，駕駛艙作為人機(jī)接口最突出和集中的地方，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到飛機(jī)飛行的安全，自然成為人因工程學(xué)在航空領(lǐng)域的研究重點(diǎn)[4]。最早在駕駛艙設(shè)計(jì)中運(yùn)用人因工程學(xué)理論的是美國(guó)和日本，他們研制了許多基于人因工程設(shè)計(jì)理論和原則的計(jì)算機(jī)輔助軟件，并廣泛應(yīng)用于飛機(jī)駕駛艙和汽車駕駛艙的設(shè)計(jì)總，比較典型的代表有：1973年Dayton大學(xué)為美空軍開發(fā)的COMBIMAN軟件，主要用于飛機(jī)乘務(wù)員工作站設(shè)計(jì)中的視野分析和手部可達(dá)性分析；賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)開發(fā)的JACK軟件，構(gòu)建了人體模型和一系列可控的分析工具；德國(guó)THCMATH開發(fā)的RAMSIS工效分析工具，建立了飛行員以及乘客的姿勢(shì)仿真模型[5]。我國(guó)的人因工程學(xué)理論研究開展較晚，飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)主要是借鑒蘇聯(lián)的成果，由于各研究機(jī)構(gòu)的駕駛艙設(shè)計(jì)規(guī)范還不統(tǒng)一，基于人因工程學(xué)的駕駛艙統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還有待形成?，F(xiàn)在，北航、南航和一些研究部門都取得了一定的成果和開發(fā)了一些軟件：北京航空航天大學(xué)開發(fā)的MMES軟件，建立了人機(jī)工效模擬系統(tǒng)，和模型評(píng)價(jià)；南京航空航天大學(xué)開發(fā)的參數(shù)化人體模型生成系統(tǒng)，建立了人體尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。目前國(guó)內(nèi)外的諸多研究主要集中于飛機(jī)駕駛艙的操作面板設(shè)計(jì)，利用三維人體模型和虛擬人技術(shù)進(jìn)行駕駛艙的設(shè)計(jì)以及飛機(jī)駕駛艙的人機(jī)適配性評(píng)價(jià)。為了改善飛行員在復(fù)雜情境中對(duì)自身狀態(tài)、飛機(jī)狀況及周邊事態(tài)的充分了解和整體把握，增強(qiáng)飛行員的情境意識(shí)(situation Awareness)能力，國(guó)外目前正在尋求新的信息顯示方式和途徑，研制開發(fā)新型信息顯示界面—三維圖形數(shù)據(jù)格式信息顯示界面，這種界面可以使飛行員認(rèn)知反應(yīng)時(shí)間變短，操作錯(cuò)誤減少，心理負(fù)荷降低，而且情景意識(shí)也明顯增強(qiáng)?？傊?，國(guó)內(nèi)外的研究都在尋求利用CAD技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，完善現(xiàn)有參數(shù)化三維駕駛艙模型和三維虛擬人體模型和適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)模型。同時(shí)在駕駛艙的自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化與飛行員能力及需求的相匹配和兼容，避免忽視人的特性而導(dǎo)致的“過(guò)度自動(dòng)化”或“不當(dāng)自動(dòng)化”，尋求以人為本的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。3 駕駛艙空間布局設(shè)計(jì)的人因工程學(xué)問(wèn)題縱觀已有的文獻(xiàn)資料，我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的人因工程學(xué)研究是把人、機(jī)、環(huán)境視為相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜系統(tǒng)，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論和方法進(jìn)行研究，使系統(tǒng)具有“安全、高效、經(jīng)濟(jì)”等綜合效能。駕駛艙設(shè)計(jì)中的人因工程學(xué)研究，就是以人因工程的相關(guān)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)元件進(jìn)行合理布局，使飛行員能舒適、高效和安全駕駛，并順利完成指定的任務(wù)。飛機(jī)駕駛艙的主要設(shè)計(jì)元件有座椅、駕駛桿、腳踏板和儀表板等，它們的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)到不同的相關(guān)人因工程學(xué)設(shè)計(jì)原理[7]，大致如下:1）座椅設(shè)計(jì)：此項(xiàng)設(shè)計(jì)要基于人體坐姿理論的相關(guān)知識(shí)，包括坐姿舒適角度和人體坐姿體壓分布。坐姿舒適角度和人體體壓分布都是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得到的，它們對(duì)座椅設(shè)計(jì)元素（座高、座深、扶手高和頭枕尺寸等）有著重要指導(dǎo)意義；2）駕駛桿和腳踏板：都屬于操作器設(shè)計(jì)。此項(xiàng)設(shè)計(jì)涉及到人手和腳可達(dá)性分析和受力分析理論。根據(jù)人體的多剛體系統(tǒng)模型可將人體模型分為上、下肢運(yùn)動(dòng)鏈，應(yīng)將駕駛桿和腳踏板布置在人手和腳的舒適域內(nèi)，而儀表板上的控制面板應(yīng)布置在人手的活動(dòng)范圍內(nèi)；3）儀表顯示設(shè)計(jì)：屬于顯示器設(shè)計(jì)。此項(xiàng)設(shè)計(jì)要考慮人體的視域分析理論。飛機(jī)的主要儀表和顯示器應(yīng)設(shè)計(jì)在飛行員的舒適視野內(nèi)，且儀表和顯示器的指針?lè)绞?、顯示方式等都應(yīng)參照人因工程學(xué)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，便于飛行員觀察及識(shí)別。 座椅的人因工程學(xué)設(shè)計(jì) 人體坐姿的舒適角度[8]舒適的坐姿，應(yīng)保證腰曲弧形處于正常狀態(tài)，腰背肌肉處于松弛狀態(tài)，從上體通向大腿的血管不受壓迫，保持血液正常循環(huán)。因此，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略向上后傾斜，保持上體與大腿夾角在90176。~115176。，同時(shí)，小腿向前伸，大腿與小腿、小腿與腳掌之間也應(yīng)達(dá)到一定角度，如圖1所示：圖1 舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結(jié)構(gòu)是脊柱、盆骨、腿和腳等。脊柱位于人體背部中線處，由33塊短圓柱狀椎骨組成，包括7塊頸椎、12塊胸椎、5塊腰椎和下方的5塊骸骨及
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