航空工效學(xué)的任務(wù)是以航空心理學(xué)、環(huán)境生理學(xué)、人體測量學(xué)和生物力學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，研究如何實現(xiàn)飛行員-飛機-環(huán)境系統(tǒng)最優(yōu)化，使飛行員能夠安全、高效、舒適地工作。英國學(xué)者Edwards (1972)提出的SHEL模型對航空工效學(xué)的研究范圍做了全面概括［1］。該模型的命名是由軟件(Solfware)、硬件(Hardware)、環(huán)境(Environment)、人(Liveware)四個英文單詞的第一個字母組成。SHEL模型以人為中心形成的四個主要界面是:人-硬件、人-軟件、人-環(huán)境和人-人。人-硬件界面是人-機界面的近義詞，在此界面上有許多要解決的工效學(xué)問題，例如顯示器和控制器的設(shè)計要適合人的信息加工特點等。人-軟件界面主要包括系統(tǒng)中的無形部分，如作業(yè)步驟、操作手冊、顯示符號、計算機程序、屏幕菜單等。人-環(huán)境界面問題最早被人們認(rèn)識,主要涉及缺氧、低氣壓和加速度等環(huán)境因素對人體的影響及防護措施。人-人界面主要解決機組成員協(xié)作、團隊中人格交互作用、領(lǐng)導(dǎo)者與被領(lǐng)導(dǎo)者關(guān)系、教學(xué)關(guān)系等。我們認(rèn)為，SHEL模型所概括的是廣義的航空工效學(xué)的范圍，狹義的航空工效學(xué)主要研究人-硬件、人-軟件兩個界面有關(guān)的問題?，F(xiàn)對近年來航空工效學(xué)的研究進展做如下綜述。

一、國外航空工效學(xué)研究進展

人與硬、軟件界面問題的研究始終是國外航空工效學(xué)最活躍的領(lǐng)域。近20年里，在顯示與控制的人機界面上，采用了平視顯示(Head-up display,HUD)、下視顯示(Head down display,HDD)、頭盔顯示(Helment mounted display,HMD)、握桿操縱技術(shù)(Hands on throttle and stick,HOTAS)、多功能控制技術(shù)、話音技術(shù)、自動駕駛等多種新技術(shù)。通過大量實驗研究提出的各種工效學(xué)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和手冊，已成為航空裝備設(shè)計、制造的指南，在保障飛行安全和提高飛行勞動效率方面發(fā)揮著重要的作用。在視覺顯示的界面上，對平顯、下顯的字符畫面設(shè)計進行了深入研究，具體內(nèi)容包括陰極射線管(Cathode-ray tube,CRT)顯示的彩色與亮度，字符的形狀與大小，不同任務(wù)類型、飛行階段的畫面布局與編碼特性，多重復(fù)合信息的認(rèn)知效果與負荷水平，菜單顯示的層次、長度及用法等，并制訂了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［2］。

在聽覺顯示的界面上，研究提出了非言語告警信號的聲譜特性和分級標(biāo)準(zhǔn)，話音告警的用語、語調(diào)、語速、間隔等有關(guān)工效學(xué)要求。另外有關(guān)三維聽覺顯示的研究表明，在關(guān)于目標(biāo)方位的二維視覺顯示的基礎(chǔ)上增添空間聽覺線索，確能提高辨別視野內(nèi)外目標(biāo)方位的能力，縮短目標(biāo)截獲時間，提高情境意識，而且并不加重認(rèn)知負荷［2］。

由于自動化系統(tǒng)的發(fā)展，飛行員面臨的信息加工要求越來越高，而判斷決策的容許時間越來越短。雖然自動化會減輕飛行員體力負荷，但越過某一限度后，由于加重信息加工時的心理負荷反而會增加總體工作負荷，所以確定最佳自動化程度是必要的。另外，如何改進機載設(shè)備以提高人的信息采集和處理能力，減輕工作負荷等問題日漸迫切。采用新的信息顯示和操縱控制技術(shù)，如電子綜合顯示器和多功能鍵盤等，使設(shè)備和傳感器的信息數(shù)字化，然后由計算機綜合處理再匯總傳輸，可減輕飛行人員工作負荷［3，4］。自動化帶來的人的因素問題，還有系統(tǒng)操作差錯、虛警、隱蔽性錯誤、錯誤安全感、座艙秩序混亂等。這些都是飛機發(fā)展中出現(xiàn)的新的工效學(xué)問題。

關(guān)于工作負荷測量技術(shù)，仍采用主觀評定、操作任務(wù)客觀測量和生理指標(biāo)測量，并主張進行多指標(biāo)復(fù)合測量。有的學(xué)者針對主觀評定中存在的問題，建議用腦電圖來尋找工作負荷與任務(wù)難度的關(guān)系。也有人建議采用肌電圖模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型定量計算工作負荷［5～7］。

高性能戰(zhàn)斗機飛行員個體防護裝備適體性問題的解決方法是用系統(tǒng)工程的觀點，逐步實現(xiàn)個體防護裝備一體化(如美國的防化型“空中優(yōu)勢”抗荷系統(tǒng)同時具有抗荷、代償、防化、防冷水浸泡的功能)［8～10］，同時還采用新材料和微電子技術(shù)，減少裝備的體積和重量。美國海軍和空軍都重視發(fā)展擴大囊覆蓋面積的抗荷技術(shù)，但抗荷服覆蓋面積擴大后也帶來了熱負荷增加等問題［11～13］。這些問題已引起航空工效學(xué)專家的重視。

美國國防部將人工智能技術(shù)列為提高未來作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。面對瞬息萬變的戰(zhàn)場態(tài)勢和浩如煙海的信息數(shù)據(jù)，靠人力在短時間內(nèi)做出最佳選擇幾乎是不可能的。借助機載人工智能系統(tǒng)，幫助飛行員思考理解語音指令，進行信息管理和飛行控制，已成必然趨勢［14］。

實現(xiàn)人-機匹配最佳化的另一重要途徑，是加強對飛行人員的選拔和訓(xùn)練。從70年代起，英、美、荷等國相繼開展工效學(xué)普及教育，提高飛行人員對人-機-環(huán)境系統(tǒng)的認(rèn)識。并通過模擬訓(xùn)練，提高其對硬件、軟件的適應(yīng)能力。

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)技術(shù)被公認(rèn)為21世紀(jì)可能促使社會發(fā)生重大變革的高新技術(shù)之一。它是一種創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。其最根本的特點是具有浸入性(Immersion)。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，用戶可以浸入到虛擬環(huán)境中，身臨其境地觀察、探索和參與環(huán)境中事物的變化和相互作用。VR技術(shù)在飛行訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)研究、防護裝備設(shè)計等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用［15～18］。

人-人界面是近年來國外比較關(guān)注的方面。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為飛行作業(yè)質(zhì)量主要受飛行員個體行為影響，而目前關(guān)心焦點較多地轉(zhuǎn)向團隊工作情況。民航系統(tǒng)更為關(guān)心人-人界面，認(rèn)為機組整體效能才是決定飛行操縱質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前的熱門話題是機組資源管理( Crew resource management,CRM)。

為了解決不斷出現(xiàn)的新的航空工效學(xué)問題，美、英、加拿大、新西蘭、德國等建立了航空安全報告管理系統(tǒng)［1］。

二、我國航空工效學(xué)研究進展

十年動亂后尤其近十幾年里，我國航空工效學(xué)研究有了較快發(fā)展。1995年，在中國航空學(xué)會人體工程、航醫(yī)、救生分會的關(guān)心和支持下正式成立了人機工效專業(yè)委員會，掛靠在空軍航空醫(yī)學(xué)研究所開展工作，這是我國第一個航空工效學(xué)學(xué)術(shù)組織。該專業(yè)委員會1995年和1997年在北京和蘇州先后召開了兩屆學(xué)術(shù)交流會，對推動該領(lǐng)域研究起了積極作用。此外，在中國人類工效學(xué)會認(rèn)知工效學(xué)專業(yè)委員會、中國心理學(xué)會工業(yè)心理學(xué)會和中國系統(tǒng)工程學(xué)會人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)委員會組織的學(xué)術(shù)交流活動中，均有航空工效學(xué)界的最新研究成果交流報告。國內(nèi)研究工作可概括為以下幾個方面。

1.關(guān)于座艙人機界面的工效學(xué)問題

在人體參數(shù)測量方面，70年代初，楊企文等完成了1 654名飛行員96項參數(shù)的測量，提出了中國飛行員體型、側(cè)面樣板、救生裝備規(guī)格、座艙與座椅的基本尺寸。并在地面練習(xí)器上用模擬方法測量了飛行員操縱桿、舵的力量。劉寶善等［19］(1992)對126名22歲～40歲飛行員的手指運動功能做了測評，并依據(jù)測評結(jié)果制訂了國家軍用標(biāo)準(zhǔn)［20］。對于儀表顯示，李良明等［21］(1984)分析研究了幾種國內(nèi)飛機座艙使用圓形刻度儀表的情況，建議增加數(shù)字式、垂直式、水平式顯示，并結(jié)合實際采用綜合顯示形式。對于儀表刻度、指針、顯示數(shù)字、飛行姿態(tài)顯示基準(zhǔn)、儀表尺寸和布局提出了具體建議。劉寶善［22］(1987)和丁亞平［23］(1992)分別對殲擊機和直升機儀表板各區(qū)位的識別效果做了研究。

對于HUD的工效學(xué)問題，李良明等(1985,1987)用量表方法抽查了72名資深飛行員對不同飛行階段或狀態(tài)的信息要求，以及各儀表信息在不同飛行狀態(tài)下的重要性評價等級［24］。并研究了電/光漢字顯示瞬時量與排列格式，發(fā)現(xiàn)在0.2 s～0.8 s內(nèi)，平均視覺量為4.2個～6.0個；分組上下對齊排列的識別效果較好［25］。李良明、劉寶善等(1987)為座艙電/光顯示選擇了漢字、用語和縮略詞匯，并制訂了國軍標(biāo)［26］。崔代革［27］(1997)專門研究了國軍標(biāo)中的飛機平顯字符工效學(xué)問題，認(rèn)為欲確定字符的編碼方式必須進行模擬字符顯示動態(tài)情境的工效學(xué)實驗研究。許百華等［28］(1997)進行了在模擬飛機座艙紅光照明條件下下視顯示顏色編碼的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)模擬艙內(nèi)儀表平均顯示亮度不超過4.2 cd/m2時，絕對辨色效果保持在與無照明條件下的辨色效果比較接近的水平上。色標(biāo)的顯示亮度對絕對辨色效果和顏色編碼范圍均有影響。 在聽覺顯示方面，劉寶善等［29～31］(1994)通過工效學(xué)實驗研究提出了戰(zhàn)斗機座艙話音告警的漢語用語、適宜音量和設(shè)計參數(shù)。

2.關(guān)于認(rèn)知能力及工作負荷評定問題

武國城等［32，33］(1997)研究發(fā)現(xiàn)，與飛行有關(guān)的數(shù)字運算、表象旋轉(zhuǎn)、儀表認(rèn)讀、方位判斷和雙重作業(yè)能力在29歲之后有明顯下降，短時記憶力在35歲后明顯下降，提示在座艙人機界面設(shè)計時應(yīng)充分考慮年大飛行員的能力極限。王興偉等［34］(1995)通過對模擬應(yīng)急條件下飛行員的反應(yīng)時研究，給出了飛行員對規(guī)定的聲/光應(yīng)急信號做出反應(yīng)并完成規(guī)定操縱動作所用的時間，為確定告警方式提供了實驗數(shù)據(jù)。張智君等［35］(1997)在對監(jiān)控操作心理負荷綜合測評模型的研究中，選用了主作業(yè)“準(zhǔn)確反應(yīng)時”、次作業(yè)“準(zhǔn)確反應(yīng)時變化率”、“加權(quán)主觀負荷”和“心率變異變化率”四項指標(biāo)，通過相關(guān)和主成分分析，提出了綜合加權(quán)測評指數(shù)，并探討了次任務(wù)技術(shù)對追蹤負荷的測評敏感性。廖建橋［36］(1994)關(guān)心飛行員心理負荷是否存在“紅線(Red Line)”，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)外界負荷超過人的能力之后，人通過忽略一些任務(wù)來降低自己的負荷，在面臨多項任務(wù)時，是通過轉(zhuǎn)移注意力來達到此目的。“紅線”是否存在取決于人如何轉(zhuǎn)移注意力，也取決于系統(tǒng)特性，沒有獨立于工作任務(wù)之外的一般規(guī)律。

3.關(guān)于個體防護裝備的工效學(xué)問題

飛行員與宇航員的個體防護裝備以克服環(huán)境因素影響為主要目的，亦應(yīng)注意其適體性和高效性問題。賈司光等［37］(1997)系統(tǒng)地論述了航天服的工效學(xué)問題，內(nèi)容涉及人體測量學(xué)在航天服尺寸設(shè)計上的運用和人體力學(xué)在航天服活動結(jié)構(gòu)設(shè)計上的運用，對我國開展該領(lǐng)域研究與工程應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。龐誠等［38］(1997)研究了艙外航天手套對手動作業(yè)的影響，并設(shè)想了一些解決問題的方法。認(rèn)為航天手套不僅要具有必要的防護性能，還必須滿足出艙作業(yè)的要求。劉保鋼等［39］(1997)研究建立了飛行員個體防護裝備適體性模糊綜合評價方法，為改進適體性主觀評價法作了有益的嘗試。

4.關(guān)于航空人機系統(tǒng)的模擬問題

袁修干等［40］(1993)建立的二維“人-座艙-熱環(huán)境”系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，為該系統(tǒng)的綜合分析和優(yōu)化設(shè)計提供了有效手段。季白樺等［41］(1997)在航天員艙內(nèi)活動的建模方面作了探討。魏斌等［42］(1997)對正在迅速興起的人-機系統(tǒng)計算機仿真研究的現(xiàn)狀和未來做了簡要述評，針對人體建模軟件開發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀，機器建模和人機系統(tǒng)計算機輔助工程等問題發(fā)表了看法，提出人體模型和VR技術(shù)是人機仿真系統(tǒng)重要組成部分。

三、關(guān)于加快發(fā)展我國航空工效學(xué)研究的建議

我國現(xiàn)階段的航空工效學(xué)研究要根據(jù)國情貫徹“有所為、有所不為”的方針，明確重點，集中優(yōu)勢兵力協(xié)作攻關(guān)。將人、財、物力集中在航空事業(yè)急需開展的應(yīng)用研究或應(yīng)用性基礎(chǔ)研究課題上。應(yīng)優(yōu)先考慮的是:飛行員人體測量數(shù)據(jù)庫和人體模型；個體防護裝備工效學(xué)評價方法；飛行員工作負荷(尤其是心理負荷)評價模型；自動化飛行中的人的因素問題；漢語在平顯、下顯和聽覺顯示中的應(yīng)用問題；機組資源管理問題等。針對這些問題，心理學(xué)、生理學(xué)、工程技術(shù)等各方力量要加強協(xié)作，發(fā)揮各自優(yōu)勢，力爭多出高水平研究成果，不搞低水平重復(fù)研究。研究方法的起點要高。采用系統(tǒng)工程思想和虛擬現(xiàn)實等高新技術(shù)，提高人機界面工效學(xué)研究水平，縮小與國外的差距。高等院校、研究機構(gòu)與應(yīng)用部門，軍隊與地方，要在科研活動中聯(lián)合培養(yǎng)高層次人才，要始終清醒地認(rèn)識人才培養(yǎng)的重要性和緊迫感。要充分發(fā)揮好學(xué)術(shù)組織的作用，加強學(xué)術(shù)交流，及時溝通信息，相互促進提高。從而使具有中國特色的航空工效學(xué)為祖國現(xiàn)代化建設(shè)作出貢獻!

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