飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估关键技术

发布时间：2017-10-31 06:07

  本文关键词：飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估关键技术

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【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,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,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-Newman)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
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V223.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 研究背景与意义12-15
• 1.1.1 人机工效学12-13
• 1.1.2 人机工效设计与评估13
• 1.1.3 飞机驾驶舱与人机工效13-15
• 1.2 飞机驾驶舱人机工效设计与评估研究现状15-22
• 1.2.1 飞机驾驶舱发展现状16-17
• 1.2.2 驾驶舱人机工效设计与评估国外研究现状17-20
• 1.2.3 驾驶舱人机工效设计与评估国内研究现状20-22
• 1.3 研究目标与关键技术22-24
• 1.3.1 研究目标22-23
• 1.3.2 关键技术及解决方案23-24
• 1.4 研究内容与组织结构24-26
• 1.4.1 研究内容24
• 1.4.2 组织结构24-26
• 第二章 飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估理论方法体系26-48
• 2.1 飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估架构26-29
• 2.1.1 飞机驾驶舱人机工效设计27-28
• 2.1.2 飞机驾驶舱人机工效综合评估28-29
• 2.1.3 飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估体系29
• 2.2 交互界面人机工效数据可视化相关理论与方法29-39
• 2.2.1 人体运动学模型30-33
• 2.2.2 人体尺寸及姿势预测33-35
• 2.2.3 人机工效评估方法35-39
• 2.3 关联关系分析相关理论与方法39-41
• 2.3.1 复杂网络基本概念40
• 2.3.2 复杂网络社团结构求解方法40-41
• 2.4 人机工效综合评估相关理论与方法41-46
• 2.4.1 多属性决策赋权方法43-44
• 2.4.2 多属性决策算子44-46
• 2.5 本章小结46-48
• 第三章 飞机驾驶舱交互界面人机工效数据可视化技术48-68
• 3.1 飞行员人体尺寸预测48-51
• 3.1.1 人体各部分尺寸关联性48-49
• 3.1.2 人体尺寸预测49-51
• 3.2 飞行员人体视域及可达域参数可视化51-55
• 3.2.1 视域可视化51-52
• 3.2.2 可达域可视化52-55
• 3.3 飞行员舒适性参数可视化55-64
• 3.3.1 飞行员人体姿势预测55-60
• 3.3.2 基于关节角度的舒适性评估60-63
• 3.3.3 飞行员舒适性参数可视化63-64
• 3.4 案例分析64-66
• 3.5 本章小结66-68
• 第四章 飞机驾驶舱显示控制装置社团结构分析技术68-86
• 4.1 飞机驾驶舱显示控制装置关联分析必要性68-70
• 4.2 显示控制装置关联分析与复杂网络构建70-74
• 4.2.1 显示控制装置关联分析70-73
• 4.2.2 复杂网络构建与存储73-74
• 4.3 显示控制装置无权复杂网络社团结构分析74-78
• 4.3.1 算法衡量标准——模块度75
• 4.3.2 分裂算法75-77
• 4.3.3 凝聚算法77-78
• 4.4 显示控制装置加权复杂网络社团结构分析78-80
• 4.4.1 改进GN算法79
• 4.4.2 改进CNM算法79-80
• 4.5 案例分析80-85
• 4.5.1 无权网络社团结构分析81-84
• 4.5.2 加权网络社团结构分析84-85
• 4.6 本章小结85-86
• 第五章 飞机驾驶舱人机工效多途径综合评估技术86-108
• 5.1 飞机驾驶舱人机工效评估因素与评估方法86-93
• 5.1.1 飞机驾驶舱人机工效评估因素86-89
• 5.1.2 飞机驾驶舱人机工效评估方法89-92
• 5.1.3 人机工效评估体系及技术路线92-93
• 5.2 飞机驾驶舱人机工效虚拟及物理客观评估93-95
• 5.2.1 基于熵权法的权重计算94
• 5.2.2 基于TOPSIS法的数据集结94-95
• 5.3 飞机驾驶舱人机工效主观模糊评估95-98
• 5.3.1 飞机驾驶舱评估属性权重96-97
• 5.3.2 参与评估专家权重97
• 5.3.3 主观评估数据集结97-98
• 5.4 飞机驾驶舱人机工效综合评估98-100
• 5.4.1 主观与客观评估方法权重计算98-99
• 5.4.2 权重修正99-100
• 5.4.3 数据集结与决策100
• 5.5 案例分析100-106
• 5.5.1 虚拟及物理评估100-102
• 5.5.2 专家模糊评估102-104
• 5.5.3 人机工效综合评估104-106
• 5.6 本章小结106-108
• 第六章 飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估系统开发108-122
• 6.1 飞机驾驶舱人机工效设计与综合评估系统总体设计108-111
• 6.1.1 系统设计目标108
• 6.1.2 系统技术体系108-110
• 6.1.3 系统总体框架110-111
• 6.2 飞机驾驶舱交互界面人机工效数据可视化子系统开发111-115
• 6.2.1 子系统需求分析111
• 6.2.2 子系统总体设计111-112
• 6.2.3 子系统功能实现112-115
• 6.3 飞机驾驶舱显示控制装置社团结构分析子系统开发115-118
• 6.3.1 子系统需求分析115-116
• 6.3.2 子系统总体设计116
• 6.3.3 子系统功能实现116-118
• 6.4 飞机驾驶舱人机工效综合评估子系统开发118-121
• 6.4.1 子系统需求分析118-119
• 6.4.2 子系统总体设计119-120
• 6.4.3 子系统功能实现120-121
• 6.5 本章小结121-122
• 第七章 结论122-126
• 7.1 主要工作及结论122-123
• 7.2 主要创新点123
• 7.3 研究展望123-126
• 参考文献126-136
• 致谢136-138
• 攻读博士学位期间的研究工作和成果138-140

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 罗毅;李昱龙;;基于熵权法和灰色关联分析法的输电网规划方案综合决策[J];电网技术;2013年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 骆磊;工业产品形态人机设计理论方法研究[D];西北工业大学;2007年

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本文编号：1121088