首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 军事技术论文 > 军事工程论文 > 阐述优化军用电子设备方舱人机工程设计的重要意义

阐述优化军用电子设备方舱人机工程设计的重要意义

2020-05-05 865 上传者：管理员

摘要：本文通过对军用电子设备方舱人机环境特点的分析和探究，重点论述了人员特性、人员机关系及人员环境关系之间的相互影响，同时在此基础上探讨了军用电子设备方舱人机工程协同优化设计的内容和方法，旨在促进军用工程的进一步完善和发展。

关键词：
人机工程
作战效能
军用电子方舱
工业设计
加入收藏

电子设备方舱是雷达装备中典型的复杂人机系统，具有人机界面与多人多机协同关系的复杂性、内外环境的不确定性与复杂性、有限空间内信息流与交互操作的复杂性、系统的层次与关联的复杂性等特点。

以电子设备方舱为载体，人、装备、环境三者通过相互作用关系形成相互关联的系统，军用电子设备方舱人机工程设计的目的，在于正确处理人、机（设备）、环境三者的关系，使方舱的设计更加符合部队用户的认知与操作特性、作战使用需求、心理及生理需求等，以最大限度发挥人的潜能，保障人员的安全与健康，提高方舱这一人机系统的整体作战效能^[1]。

1、军用电子设备方舱人机环境分析

如图1所示，由于军事装备的特殊性，电子设备方舱人机系统具备以下特征：人机接口多样化，操作人员多元化；信息显示方式多样性，信息量大，信息变化快；环境条件恶劣，不确定因素多；操作负荷大，人机交互准确性要求严格，等等。

图1 方舱内部工作人员工作环境分析

许多研究业已表明^[2-3]，人机系统的可靠性与安全性在很大程度上取决于人的可靠性。因此，人的因素是整个方舱人机环境设计的核心。本文重点分析方舱操作人员特性、人-机关系与人-环境关系，研究探讨方舱人机系统中人与其他系统的相互关系和相互作用，以提高方舱系统的可靠性、安全性和综合性能。

1.1 方舱工作人员特性分析

方舱工作人员为军事人员，训练有素，纪律严明，拥有严谨的执行力和准确性，其认知能力、生理与心理控制能力优于常人。但在分析其特性时依然参考常人标准进行设计，主要包含：基础能力参数、工作负荷、可靠性^[4]。

1）人员基础能力参数

人员基础能力参数主要包含三个方面：a.物理能力参数，如人体静态/动态尺寸、操纵力与操纵动作的速度及频率等；b.生理能力参数，如人的反应时间、感觉能力（包含视觉范围、听觉能力、触觉等）、抗疲劳能力等；c.认知能力参数，如感知、理解、决策、注意、记忆等。

2）人员工作负荷

人员工作负荷主要包含体力负荷、脑力负荷与心理负荷。由于雷达装备自动化程度较高，设备本身是一个闭环系统，工作人员只是管理者兼监视者，通过显示装置和控制装置，间接地作用于设备，并负责管理、监视系统运行，在需要时能够迅速、准确地进行理解、决策和操作。因此，人员工作负荷主要以感知监测与判断决策的脑力负荷为主，以操作执行的体力负荷为辅，并考虑在狭窄空间内长时间工作或战争环境下的心理负荷。

3）人员可靠性

人员可靠性是一个非常复杂而又必须面对的问题，复杂的实质在于人的时变性、非线性、自适应性，以及对系统可靠性的双重作用。更困难的是，方舱人机工程设计必须研究人的随机可靠性，即在特定的工作环境或实践活动中，人员表现出来的具体素质。

影响人员随机可靠性的主要因素有：a.技能性因素，如动作缓慢、注意力不集中、精神紧张或疲劳等；b.决策性因素，如紧急情况下对情报判断或估算错误，进而采取了错误的应急措施或操作等；c.知觉性因素，如工作人员产生幻听、幻视或疲劳时产生错误操作等。此外，违规操作、不良的精神状态或操作条件等都会对人员随机可靠性产生影响。

1.2 方舱人-机关系分析

方舱内部人-机关系主要包括：人机功能关系、信息关系与交互关系，如图2所示[5]。

图2 方舱内部人-机关系示意图

人机功能关系主要分析人机功能分配与协同优化，完成人机工作任务规划、人的工作量与工作强度分配、人对机器的干预程度设计等，以尽量减轻和分担人的工作和降低对人的能力要求，充分发挥人机优势互补性。人机信息关系主要分析人机之间的信息环路特性与信息传递等，确保信息传递过程持续、可靠、稳定、高效。

人机交互关系主要分析人机之间的空间位置与交互界面设计，结合人体测量学、生理学和生物力学相关研究和数据，进行工位设计、姿态设计及空间布局等，对人机位置关系、人机力的关系进行优化，确保人机交互操作动作准确、高效、便捷、舒适。

1.3 方舱人-环境关系分析

方舱内部人-环境关系主要分析环境与人的相互影响、环境控制设计和人员防护设计，方舱内部环境因素主要有电磁环境、微气候（温度、湿度、气流等）、力学环境、噪声环境、光照环境、战场环境等，并综合考虑人员和装备的环境适应性要求。

2、军用电子设备方舱人机工程设计

电子设备方舱人机工程设计主要从舱内布局设计、热控设计、电磁屏蔽设计、照明设计、内饰设计、显控台人机工效设计等方面进行整体规划、综合优化和系统设计，追求最佳人机系统综合使用效能，使人能尽其力，设备能尽其用，环境能尽其美。舱内设备布局设计时，结合军用电子设备方舱工作特性，采用视域分析与可达域分析原理，综合考虑人的使用方式和操作流程决定的设备间关系，以及设备间互连、制约、配套、从属等关系的要求，完成方舱布局设计。

如图3所示，该设计将功能设备与显控设备分区布局，优先保证人员视域优化，并将工作人员主要活动区域空间最大化、独立化、舒适化。

图3 方舱内部设备布局设计示意图

在内部环境设计方面，通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动、电磁、粉尘和气流等对人体生理、心理及工作效率的影响程度，确定人在方舱内作业和生活中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，打造符合特定生理尺度和心理需求的内部环境，舒适程度的环境因素范围如图4所示。

图4 决定舒适程度的环境因素范围参考

舱内照明设计采用漫反射式LED环形主辅灯带设计，整舱内部无灯具可见、无强光直射、无眩光等，光线均匀柔和，照度适宜可调，并充分利用LED照明优势，根据不同工作环境进行舱内照明的自适应调节。舱内照明设计如图5所示。

图5 舱内照明设计实景图

舱内风道采用隐藏式一体化集成设计，其一端与空调出风口无缝对接，并隐藏安装于方舱内饰板的通风栅格后部，风道外表面粘贴保温吸音材料，冷风经风道出风口斜向上吹入方舱内部后，经自然沉降对方舱内部温度进行调节，有效避免冷风对操作人员直吹或舱内温度不均匀现象。舱内风道设计如图6所示。

图6 舱内风道设计及实景图

在色彩运用上，采取分层分区双色搭配方案，通过中部铝型材本色拉丝腰线进行区分，上部采用高明度白灰色主色调，下部采用中灰色或淡黄色色调呼应，营造平和、宽敞和安稳的氛围，舱内设备外漏表面统一采用金属灰外观表面，突出识别性和美观性。考虑到方舱内部为狭长的有限空间，在舱内整体内饰设计上采用简洁造型和隐藏式设计，以营造宽敞的感觉，方舱横线方向的布局尽量采用统一的过渡变化或对称型，而竖线方向的布局尽量采用层次感的体量对称设计，力求变化均衡性，在避免单调的前提下达到稳重、静谧的感觉。

舱内人机环境设计示意图如图7所示。整个方舱内部人机环境设计体现出整体、简洁、科技、稳重的感觉。

图7 舱内人机环境设计示意图

3、结语

军用电子设备方舱舱内布局设计涉及多学科技术融合与优化，需要综合考虑、均衡协调，使方舱整体效果达到最优，而不仅仅是某项或某几项指标最优，最终目标是达到人机环境的整体协调。论文分析目前方舱舱内布局设计的不足，采用全流程工业设计理念和方法，为电子设备方舱这类复杂产品提供了设计思路，良好的布局设计不仅能够满足设备工作的高可靠性和维修性，更可为工作人员提供舒适的工作环境，取得较好的实用效果。

参考文献：

[1]毛勤俭.方舱设计手册[M].南京:河海大学出版社,2012.

[2]李战武,安超,赵晓哲,等.航空武器装备作战工效学创新研究[J].火力与指挥控制,2017,42(6):171-174.

[3]张勇波.某电子设备方舱人机环境集成设计[C]//2016年机械电子学学术会议论文集.2016:248-250.

[4]陈霞,刘双.海军装备领域人因工程研究现状及发展[J].舰船科学技术,2017(4):8-12.

[5]张孝强,沈俊良,喻锡成.装备研发中人机协同优化设计分析与实施[J].医疗卫生装备,2009,30(8):90-91.

张勇波,钟金金.军用电子设备方舱人机工程设计与应用[J].机械工程师,2019,(6):126-128.