海軍裝備領(lǐng)域人因工程研究現(xiàn)狀及發(fā)展

陳 霞，劉 雙

(1. 海軍裝備信息系統(tǒng)局 北京 100036；2. 中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院 艦船人因工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

海軍裝備領(lǐng)域人因工程研究現(xiàn)狀及發(fā)展

陳 霞1，劉 雙2

(1. 海軍裝備信息系統(tǒng)局 北京 100036；2. 中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院 艦船人因工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

從軍事裝備領(lǐng)域人因工程的概念和意義、人因工程在我國(guó)及美國(guó)的相關(guān)發(fā)展情況出發(fā)，針對(duì)我國(guó)海軍裝備領(lǐng)域的人因工程，系統(tǒng)梳理海軍裝備人因工程研究范疇及相關(guān)技術(shù)手段，提出海軍裝備人因工程工作實(shí)施建議，展望未來海軍裝備領(lǐng)域新交互技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，為我國(guó)海軍裝備領(lǐng)域人因工程研究工作及后續(xù)發(fā)展思路提供一定的參考。

海軍裝備；人因工程；人機(jī)環(huán)系統(tǒng)；人機(jī)交互

0 引 言

海軍裝備是復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)，具有多人多機(jī)協(xié)同關(guān)系復(fù)雜、惡劣海況環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，有限或特定空間中人流、物流、信息流高度密集、人機(jī)界面交互操作繁多等特點(diǎn)[1]。其中，人的因素非常重要，影響著裝備系統(tǒng)的“研、建、訓(xùn)、用、管”的多個(gè)過程，正確處理人、裝備、作戰(zhàn)環(huán)境這 3 個(gè)基本要素的關(guān)系，是提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的關(guān)鍵。因此，有必要針對(duì)海軍裝備領(lǐng)域中人的因素開展研究。人因工程學(xué)，旨在研究特定任務(wù)背景下人的因素與機(jī)器、環(huán)境之間的相互作用，使機(jī)器、環(huán)境等設(shè)計(jì)更加符合人的生理、心理等特點(diǎn)，以提高工作效率、安全性、舒適性等目標(biāo)，是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的綜合性學(xué)科。在海軍裝備領(lǐng)域開展人為因素研究，一方面使裝備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制更符合部隊(duì)用戶的認(rèn)知與操作特性、作戰(zhàn)使用需求以發(fā)揮人的潛能；另一方面使部隊(duì)用戶最大可能地適應(yīng)裝備及訓(xùn)練、作戰(zhàn)等軍事活動(dòng)；從而最大限度提高人機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

1 海軍裝備領(lǐng)域人因工程研究范疇

海軍裝備人因工程相對(duì)于其他軍事裝備領(lǐng)域來說，其具有人機(jī)系統(tǒng)界面復(fù)雜性、信息復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜性、環(huán)境不確定性復(fù)雜性、操作復(fù)雜性等基本特征。其中，艦員、裝備、作戰(zhàn)環(huán)境，這三者通過相互作用關(guān)系形成相互關(guān)聯(lián)的人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)整體，其研究范疇如圖 1 所示。

以海軍裝備系統(tǒng)的高效、安全、經(jīng)濟(jì)、為目標(biāo)，針對(duì)海軍裝備人-機(jī)-環(huán)系統(tǒng)整體，正確處理人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，本文重點(diǎn)討論：艦員特性、人-機(jī)關(guān)系、人-人關(guān)系及人-環(huán)關(guān)系 4 個(gè)方面內(nèi)容[1]。

1.1 艦員特性研究

艦員特性研究是軍事裝備人因工程研究的基礎(chǔ)輸入，重點(diǎn)研究基礎(chǔ)能力特性、工作負(fù)荷、人員可靠性等方面內(nèi)容。

1）艦員基礎(chǔ)能力特性

由于艦上噪聲、振動(dòng)、照明等物理環(huán)境因素，溫度、濕度、氣流、熱輻射等艙室微氣候環(huán)境因素，以及高壓力、長(zhǎng)航時(shí)等作戰(zhàn)任務(wù)因素對(duì)艦員的能力特性會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因而海軍艦員基礎(chǔ)能力特性具有一定的特殊性，因此海軍艦艇為主要作戰(zhàn)平臺(tái)的武器裝備研制中，應(yīng)研究并結(jié)合海軍艦員的基礎(chǔ)能力特性，為裝備研制提供輸入，基礎(chǔ)能力特性主要包括以下幾個(gè)方面：認(rèn)知心理特性：感知、注意、記憶、理解、決策等；生理特性：視覺、聽覺、疲勞、覺醒等；物理特性：人體靜態(tài)尺寸、肢體活動(dòng)范圍、握力、臂力等。

重點(diǎn)研究長(zhǎng)航時(shí)戰(zhàn)備條件下艦員認(rèn)知能力變化、動(dòng)作力量變化、情緒和睡眠變化等規(guī)律；研究船體不同晃動(dòng)程度下顯控界面顏色匹配、信息量、信息布局、聽覺告警頻率等因素對(duì)艦員感知、判斷、決策等能力影響；研究艙室設(shè)備布置、生活設(shè)施配備、通道及人流疏散方式等。

2）艦員工作負(fù)荷

工作負(fù)荷評(píng)價(jià)是衡量艦員工作任務(wù)是否分配合理、能否有效完成的重要指標(biāo)，也是人因工程研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。艦員的工作負(fù)荷主要包括體力負(fù)荷、腦力負(fù)荷及心理負(fù)荷，通常工作負(fù)荷測(cè)評(píng)主要采用客觀績(jī)效、主觀問卷、生理參數(shù)等方法，而由于艦員作業(yè)任務(wù)復(fù)雜，可重點(diǎn)針對(duì)感知監(jiān)測(cè)類、判斷決策類、操作執(zhí)行類等作業(yè)任務(wù)條件下艦員工作負(fù)荷測(cè)量方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)模型等開展研究。

3）艦員的可靠性

人為失誤雖然是不可避免的自然現(xiàn)象，但對(duì)于作戰(zhàn)任務(wù)中艦員一旦發(fā)生人為失誤可能引發(fā)嚴(yán)重后果，因此需要圍繞艦員可靠性研究，避免艦員發(fā)生重大失誤，減少常規(guī)失誤并為裝備設(shè)計(jì)提供失誤應(yīng)對(duì)措施。一是失誤機(jī)理分析，研究艦載環(huán)境長(zhǎng)航時(shí)條件下艦員人的認(rèn)知能力、情緒、生理等因素變化對(duì)人誤及可靠性的影響研究，分析不同崗位艦員發(fā)生失誤的類型、時(shí)間、部位、場(chǎng)合等一般規(guī)律；二是研究失誤預(yù)防與應(yīng)對(duì)措施，包括制定人因工程標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、安全性與可靠性標(biāo)準(zhǔn)等，確保系統(tǒng)和人的可靠性，并且迭代的進(jìn)行人因工程評(píng)價(jià)；第二種是通過優(yōu)化任務(wù)流程、人機(jī)界面設(shè)計(jì)、增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力等方面研究，減少人誤，提高人-系統(tǒng)可靠性。

1.2 人-機(jī)關(guān)系研究

人機(jī)之間的相互作用產(chǎn)生人機(jī)關(guān)系，海軍裝備軟硬件系統(tǒng)的人機(jī)關(guān)系問題主要從功能關(guān)系、信息關(guān)系、位置關(guān)系及力的關(guān)系 4 個(gè)方面展開研究：

1）人機(jī)功能關(guān)系

① 人機(jī)工作任務(wù)分工：圍繞情報(bào)監(jiān)測(cè)類、指揮決策類與操作執(zhí)行類作業(yè)任務(wù)為典型，重點(diǎn)研究人與裝備系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)能力各有哪些、哪些功能應(yīng)當(dāng)由系統(tǒng)為主完成、哪些功能應(yīng)當(dāng)由艦員為主完成等；

② 人的工作量分配：研究艦員與系統(tǒng)都可以完成且共同完成時(shí)，艦員應(yīng)該參與多少工作量合適，確保艦員保持合理的情感和認(rèn)知需求和有效的作業(yè)效率。

③ 人工干預(yù)程度：研究自動(dòng)化程度較高時(shí)，艦員應(yīng)在那些關(guān)鍵步驟或階段進(jìn)行必要的干預(yù)，確保系統(tǒng)安全。

2）人機(jī)信息關(guān)系

① 人機(jī)界面信息顯示：主要圍繞裝備軟件界面的顯示布局、顯示格式及顯示要素等，研究如何確保人機(jī)界面呈現(xiàn)的圖形、表頁(yè)、字符等信息是艦員在執(zhí)行任務(wù)中需要關(guān)注的，并保證其易于感知和理解。

② 人機(jī)界面交互：主要圍繞軟件界面的交互反饋、提示、響應(yīng)時(shí)間等，重點(diǎn)研究如何確保人機(jī)界面各種類型控件及操作單元的交互滿足艦員高效、便捷、舒適的獲取信息、執(zhí)行操作控制的需求。

3）人機(jī)位置關(guān)系

① 硬件設(shè)備外觀外形：圍繞硬件設(shè)備的操作域、視域、容膝空間等內(nèi)容，重點(diǎn)研究如何確保硬件的外形尺寸滿足艦員操作使用的便捷、安全、舒適性需求；

② 艙室布置：結(jié)合艦員靜態(tài)尺寸、活動(dòng)空間、設(shè)備維修性等方面因素，研究工作艙室及生活艙室內(nèi)部設(shè)備布置，確保工作艙室的高效性、生活艙室的適居性。

4）人機(jī)力的關(guān)系

圍繞裝備的輸入裝置，如觸摸屏、軌跡球、按鍵等，研究艦員操作交互裝置的手指力、關(guān)節(jié)力、觸感、姿勢(shì)等有何要求和限制，確保艦員的人機(jī)交互操作動(dòng)作高效、便捷、舒適。

1.3 人-人關(guān)系研究

作戰(zhàn)艙室人-人之間作業(yè)關(guān)系復(fù)雜，主要研究?jī)?nèi)容包括以下方面：

1）人人功能關(guān)系

① 崗位設(shè)置：基于艦員的能力特性、工作負(fù)荷及系統(tǒng)功能等因素，研究某特定任務(wù)崗位應(yīng)設(shè)置何種能力和特點(diǎn)的艦員，以及如何設(shè)置這個(gè)崗位的排班制度；

② 臺(tái)位分配：基于考慮艦員的能力、工作負(fù)荷和系統(tǒng)功能因素，研究特定任務(wù)要求多少需要分配多少個(gè)臺(tái)位功能；

③ 資源配置：基于人與機(jī)的可靠性、人與機(jī)的能力等因素，研究特定任務(wù)需求下應(yīng)當(dāng)分配多少人數(shù)的艦員及多少個(gè)相匹配的功能臺(tái)位。

2）人人信息關(guān)系

① 團(tuán)隊(duì)人機(jī)界面顯示及交互：研究團(tuán)隊(duì)多人多機(jī)的界面顯示及交互方式如何確保團(tuán)隊(duì)高效協(xié)作，包括共享大屏顯示、團(tuán)隊(duì)信息交換方式、團(tuán)隊(duì)溝通與協(xié)作方式等；

② 團(tuán)隊(duì)組織結(jié)構(gòu)關(guān)系：研究人與人之間的團(tuán)隊(duì)任務(wù)規(guī)劃及團(tuán)隊(duì)組織結(jié)構(gòu)，如何優(yōu)化作戰(zhàn)艙室團(tuán)隊(duì)間信息的傳輸流程，提高團(tuán)隊(duì)作業(yè)績(jī)效。

3）人人位置關(guān)系

主要研究團(tuán)隊(duì)多人多機(jī)的臺(tái)位布置，包括臺(tái)位間的距離、角度等內(nèi)容，確保多個(gè)臺(tái)位的布置有利于團(tuán)隊(duì)間的協(xié)作與配合。

4）人文關(guān)系

基于團(tuán)隊(duì)間的組織文化、團(tuán)隊(duì)心智模型、團(tuán)隊(duì)一致性協(xié)議、團(tuán)隊(duì)決策等方面內(nèi)容，研究如何增強(qiáng)作戰(zhàn)艙室的團(tuán)隊(duì)凝聚力，提高團(tuán)隊(duì)作業(yè)效率。

1.4 人-環(huán)關(guān)系研究

人-環(huán)關(guān)系研究主要研究環(huán)境與人之間的相互影響、環(huán)境設(shè)計(jì)及人員防護(hù)措施等方面內(nèi)容。

1）環(huán)境對(duì)人的影響規(guī)律研究

研究噪聲、振動(dòng)、眩光等物理環(huán)境因素，溫度、濕度、氣流等艙室微氣候環(huán)境因素，以及高壓力、長(zhǎng)航時(shí)等作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境因素，對(duì)艦員快速感知、記憶和聯(lián)想、理性決策、情緒與操作準(zhǔn)確度等方面影響。

2）環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于艦員的生理、心理和認(rèn)知特性與需求，對(duì)工作艙室環(huán)境、生活艙室環(huán)境進(jìn)行適人性研究，包括艙室空間布局、溫濕度和氣流、艙室照明與色彩設(shè)計(jì)等；提出艙室環(huán)境設(shè)計(jì)和研制中需要考慮的因素，以及研制需要達(dá)到的指標(biāo)和要求等。

3）人員防護(hù)措施

當(dāng)環(huán)境惡劣對(duì)艦員身體健康或作戰(zhàn)任務(wù)有一定程度危害而不易于改變時(shí)，研究如何保護(hù)人員安全和健康，或抵抗不良影響提高作業(yè)效率等，包括防噪耳機(jī)、防輻射服、抗浸防寒服、海上救生著裝、抗疲勞藥物等方面研究。

2 海軍裝備領(lǐng)域人因工程技術(shù)手段

面向海軍裝備人機(jī)環(huán)系統(tǒng)，針對(duì)上述主要研究范疇，遵循人機(jī)功能分配、人機(jī)界面顯示及交互等方面基本原則，采用人因工程技術(shù)手段，突破相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，從而達(dá)到特定任務(wù)條件下高效、安全、友好，經(jīng)濟(jì)的軍事目標(biāo)，如圖 2 所示。

2.1 基本原則

海軍裝備領(lǐng)域人因工程應(yīng)遵循的基本原則主要包括以下幾個(gè)方面：

1）人機(jī)功能分配基本原則

① 應(yīng)確保人機(jī)之間揚(yáng)長(zhǎng)避短、各盡所能，綜合發(fā)揮了人機(jī)各自優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，提高人機(jī)系統(tǒng)工作效率與安全性。

② 應(yīng)考慮人的認(rèn)知操作極限約束以及人的認(rèn)知與情感需求，使得工作量在人機(jī)之間合理分配、高效合作，提高人機(jī)交互友好性與安全性。

③ 應(yīng)考慮人機(jī)執(zhí)行工作任務(wù)的效益和相對(duì)成本，以提高系統(tǒng)效益/費(fèi)用比。并考慮系統(tǒng)的運(yùn)行階段，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)合理的分配，提高系統(tǒng)整體效能。

2）人機(jī)界面顯示基本原則

① 顯示信息應(yīng)清晰、直觀、簡(jiǎn)潔、易懂、易學(xué)，確保操作者可以迅速、準(zhǔn)確地判斷和操作；

② 顯示信息應(yīng)當(dāng)在舒適的范圍內(nèi)，并具有一定的完備性和精度要求，以滿足操作者做出正確決策和控制操作；

③ 針對(duì)同一事件的相關(guān)顯示信息，在界面顯示時(shí)應(yīng)當(dāng)保持同步、協(xié)調(diào)、一致。

3）人機(jī)界面交互基本原則

① 交互操作應(yīng)便捷、靈活、舒適，減少操作者的操作負(fù)荷；

② 交互過程中應(yīng)及時(shí)反饋有關(guān)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)、確認(rèn)及驗(yàn)證等信息。

③ 交互過程中應(yīng)具有適當(dāng)?shù)牟僮魇д`預(yù)防、處理、錯(cuò)誤提示以及在線幫助查詢等。

2.2 共性技術(shù)

共性技術(shù)主要面向特定任務(wù)條件下人-機(jī)、人-人、人-環(huán)等關(guān)系研究，為裝備系統(tǒng)人因工程研制提供解決方案，主要包括人機(jī)交互原型構(gòu)建技術(shù)、環(huán)境仿真分析技術(shù)、人因工程測(cè)量技術(shù)、人因工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)等[2-3]。

1）人機(jī)交互原型構(gòu)建技術(shù)

建立人機(jī)交互原型是“以部隊(duì)用戶為中心”裝備設(shè)計(jì)流程中的重要環(huán)節(jié)和方法，該技術(shù)面向裝備人機(jī)界面顯示及交互方式研制，結(jié)合人因工程設(shè)計(jì)要求及典型任務(wù)剖面構(gòu)建低保真、高保真等人機(jī)交互原型，為部隊(duì)用戶提供操作體驗(yàn)、需求發(fā)掘和意見反饋的一種參與設(shè)計(jì)的平臺(tái)。在研制早期進(jìn)行人機(jī)交互原型測(cè)試可盡早發(fā)現(xiàn)交互設(shè)計(jì)中不完善問題，以盡快改進(jìn)和完善，從而節(jié)省裝備設(shè)計(jì)的開發(fā)、修改和維護(hù)成本和時(shí)間。該項(xiàng)技術(shù)中的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：人機(jī)交互流程分析和總體架構(gòu)集成、適人性設(shè)計(jì)的快速呈現(xiàn)和修改、便捷移植性和快速適配性實(shí)現(xiàn)等技術(shù)手段。

2）環(huán)境仿真分析技術(shù)

由于裝備研制過程中很難直接獲得真實(shí)的戰(zhàn)時(shí)環(huán)境以及突發(fā)、非常規(guī)事件發(fā)生等條件下的工作環(huán)境數(shù)據(jù)，因此可通過該項(xiàng)技術(shù)模擬仿真多種環(huán)境條件，包括艙室空間仿真、光照環(huán)境仿真、噪聲環(huán)境仿真、振動(dòng)環(huán)境仿真、電磁環(huán)境仿真等，人為控制條件下改變特定的參數(shù)來觀察仿真模擬環(huán)境的響應(yīng)，預(yù)測(cè)和分析實(shí)際場(chǎng)景的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景、多變量的快速對(duì)比和分析，對(duì)裝備設(shè)計(jì)、評(píng)估和人員訓(xùn)練具有重要作用，并且可提高裝備研制效費(fèi)比，縮短研制周期。該項(xiàng)技術(shù)中的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：常規(guī)作業(yè)環(huán)境仿真模擬與分析、突發(fā)非常規(guī)作業(yè)環(huán)境仿真模擬與分析、多場(chǎng)景、多變量環(huán)境快速對(duì)比和分析等技術(shù)手段。

3）人因工程測(cè)量技術(shù)

人因工程測(cè)量技術(shù)主要時(shí)對(duì)特定任務(wù)條件下人因工程指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的客觀或主觀方法和手段。主要包括以下幾個(gè)方面：一是績(jī)效指標(biāo)測(cè)量，如個(gè)人或團(tuán)隊(duì)的任務(wù)完成時(shí)間、操作正確率、正確反應(yīng)時(shí)間等，通常通過設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和記錄；二是眼動(dòng)指標(biāo)測(cè)量，如注視時(shí)間、掃視軌跡、瞳孔直徑等，通常由高精度眼動(dòng)捕捉裝置（SMART EYE）進(jìn)行跟蹤和記錄；三是生理指標(biāo)測(cè)量，如腦電、心電、皮膚電等，通常由多參數(shù)生理測(cè)量裝置（Bio Pac）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和記錄；四是工作狀態(tài)測(cè)量，如個(gè)體的工作負(fù)荷、情境意識(shí)、疲勞等，多人群組的團(tuán)隊(duì)情境意識(shí)、角色混淆程度等，可通過設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和提取，或通過設(shè)計(jì)量表進(jìn)行計(jì)算和提?。ㄈ?NASATXL 腦力負(fù)荷量表、SART 情境意識(shí)量表等）。結(jié)合具體任務(wù)環(huán)境，通常采用多種測(cè)量方法和手段進(jìn)行綜合測(cè)量和分析。該項(xiàng)技術(shù)中的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：工作負(fù)荷表征及指標(biāo)測(cè)量、團(tuán)隊(duì)協(xié)作績(jī)效表征及指標(biāo)測(cè)量、實(shí)船任務(wù)條件下多指標(biāo)綜合測(cè)量等技術(shù)手段。

4）人因工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)

人因工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，需要大量實(shí)驗(yàn)開展研究，因此人因工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)手段。該技術(shù)主要是在實(shí)驗(yàn)控制條件下，尋找自變量與因變量之間的關(guān)系，通常以軍事裝備軟硬件設(shè)計(jì)要素或環(huán)境設(shè)計(jì)要素作為自變量，艦員的作業(yè)績(jī)效水平、眼動(dòng)指標(biāo)、生理指標(biāo)、工作負(fù)荷、情境意識(shí)等心理和行為反應(yīng)作為因變量。該技術(shù)主要包括以下幾方面內(nèi)容：明確實(shí)驗(yàn)研究問題和理論假設(shè)；通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)明確實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，包括被試選擇、實(shí)驗(yàn)條件構(gòu)建和控制、反應(yīng)指標(biāo)及測(cè)試設(shè)備選取等；實(shí)驗(yàn)操作；實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)和分析；推導(dǎo)結(jié)論。該項(xiàng)技術(shù)中的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：人機(jī)界面顯示及交互方式與艦員認(rèn)知特性關(guān)系實(shí)驗(yàn)、照明和搖擺等作業(yè)任務(wù)環(huán)境對(duì)作業(yè)績(jī)效影響實(shí)驗(yàn)、人因工程優(yōu)化設(shè)計(jì)指標(biāo)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段。

2.3 應(yīng)用技術(shù)

應(yīng)用技術(shù)是基于共性技術(shù)，面向軍事裝備人因工程工作的直接應(yīng)用和具體實(shí)施，主要包括人因工程設(shè)計(jì)、評(píng)估、選拔與訓(xùn)練等綜合技術(shù)：

1）人因工程設(shè)計(jì)技術(shù)

人因工程設(shè)計(jì)包括作戰(zhàn)軟件界面顯示及交互設(shè)計(jì)、裝備外觀外形設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)、艙室設(shè)備布置設(shè)計(jì)、操作任務(wù)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)、工作環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)等。該技術(shù)緊密結(jié)合裝備系統(tǒng)及艙室環(huán)境工程研制進(jìn)度，在各個(gè)研制設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)綜合運(yùn)用人因工程方法何手段解決相應(yīng)的人因工程技術(shù)問題，包括在立項(xiàng)論證階段提出人因工程總要求、方案階段形成人因工程設(shè)計(jì)要求及人機(jī)交互原型、技術(shù)設(shè)計(jì)階段形成相應(yīng)的優(yōu)化方案等，為裝備或艙室環(huán)境設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。該項(xiàng)技術(shù)中的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：操作任務(wù)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)、艙室設(shè)備布置優(yōu)化設(shè)計(jì)、裝備外觀外形及控制器設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)軟件界面顯示及交互設(shè)計(jì)等技術(shù)手段。

2）人因工程評(píng)估技術(shù)

人因工程評(píng)估技術(shù)包括建立評(píng)估指標(biāo)體系、評(píng)估模型、評(píng)估實(shí)施程序等，該緊密結(jié)合裝備系統(tǒng)及艙室環(huán)境工程研制進(jìn)度，在不同節(jié)點(diǎn)開展不同性質(zhì)的測(cè)試評(píng)估，包括技術(shù)設(shè)計(jì)階段的模塊級(jí)診斷性測(cè)試評(píng)估、試驗(yàn)測(cè)試階段的系統(tǒng)級(jí)診斷性測(cè)試評(píng)估，以及試驗(yàn)鑒定階段的綜合性總結(jié)評(píng)估等，通過采用相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)獲取不同評(píng)估節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)，結(jié)合評(píng)估模型提出相應(yīng)的評(píng)估結(jié)論。該項(xiàng)技術(shù)中的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：緊密結(jié)合裝備研制過程的評(píng)估體系構(gòu)建、模塊級(jí)診斷性評(píng)估、系統(tǒng)級(jí)診斷性評(píng)估、實(shí)船環(huán)境綜合性總結(jié)性評(píng)估等技術(shù)手段。

3）選拔與訓(xùn)練技術(shù)

選拔與訓(xùn)練技術(shù)密不可分，綜合運(yùn)用工作任務(wù)分析、人員特性數(shù)據(jù)采集與分析、人因工程測(cè)量技術(shù)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等基礎(chǔ)與共性技術(shù)方法，對(duì)典型任務(wù)崗位的人員特性進(jìn)行充分研究，從而實(shí)現(xiàn)一方面在錄用之前或人員分配到崗之前對(duì)人員進(jìn)行測(cè)評(píng)，為特定工作崗位選拔合適的艦員；另一方面通過幫助艦員盡快熟練掌握崗位相關(guān)知識(shí)和技能，使其高效完成崗位任務(wù)。

3 海軍裝備人因工程工作實(shí)施建議

在人因工程相關(guān)工作應(yīng)貫穿于海軍裝備工程研制全過程，在裝備研制初期提出有效的人因工程要求和指標(biāo)，在研制過程中適時(shí)采取合理的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行測(cè)衡量，并及時(shí)提出優(yōu)化方案，具體工作流程如圖 3所示。

1）工程研制的立項(xiàng)論證階段。開展人因工程需求分析及論證工作：調(diào)研艦員的作戰(zhàn)任務(wù)需求、人機(jī)交互使用需求等，分析系統(tǒng)、裝備及任務(wù)、艦員生理心理特點(diǎn)等，提出人因工程指標(biāo)、人因工程要求。

2）工程研制的方案設(shè)計(jì)階段。開展人因工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)工作，細(xì)化人因工程設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建典型任務(wù)剖面的人機(jī)交互原型，并開展實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)及用戶體驗(yàn)測(cè)試，形成人因工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則或設(shè)計(jì)要求。

3）工程研制的技術(shù)設(shè)計(jì)階段。結(jié)合人因工程設(shè)計(jì)要求開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開展人因工程模塊級(jí)診斷性測(cè)試，診斷分析各個(gè)模塊設(shè)計(jì)過程中是否存在人因工程問題，形成模塊測(cè)試評(píng)估分析報(bào)告，為工程研制提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該階段裝備已具備模塊級(jí)人機(jī)交互任務(wù)，可采用專家認(rèn)知走查法、可用性量表、模塊級(jí)操作績(jī)效測(cè)量、眼動(dòng)跟蹤分析等方法進(jìn)行測(cè)評(píng)分析。

4）工程研制的試驗(yàn)測(cè)試階段。開展系統(tǒng)級(jí)人因工程診斷性測(cè)試，診斷分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是否存在人因工程問題，形成系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估分析報(bào)告，為工程研制提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該階段裝備已具備系統(tǒng)級(jí)典型任務(wù)剖面下的人機(jī)交互任務(wù)，可采用系統(tǒng)級(jí)操作任務(wù)績(jī)效測(cè)量、眼動(dòng)跟蹤分析、生理測(cè)量分析、行為記錄分析等方法進(jìn)行測(cè)評(píng)分析。

5）工程研制的試驗(yàn)鑒定階段?；趯?shí)際工作環(huán)境開展系統(tǒng)級(jí)總結(jié)性評(píng)估，得出評(píng)估結(jié)論，作為系統(tǒng)試驗(yàn)鑒定的依據(jù)之一。該階段的測(cè)評(píng)方法根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境進(jìn)行選擇和適用性改進(jìn)。

6）用戶使用階段。裝備交付使用后，人因工程參與艦員培訓(xùn)與選拔；持續(xù)收集、挖掘和分析用戶實(shí)際使用過程中的問題及新需求，反饋并運(yùn)用到裝備系統(tǒng)升級(jí)和優(yōu)化提升中。

4 未來海軍裝備領(lǐng)域新交互技術(shù)發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、顯示技術(shù)、軟件技術(shù)等高新技術(shù)快速發(fā)展及商用技術(shù)在我國(guó)海軍裝備上的逐漸應(yīng)用，軍事裝備更新?lián)Q代不斷加快，性能不斷提高，同時(shí)自然化、人性化的人機(jī)交互方式以及和諧的人機(jī)關(guān)系需求不斷提高，未來我國(guó)海軍裝備領(lǐng)域新交互技術(shù)可能有以下幾方面發(fā)展特點(diǎn)[7-8]。

1）三維顯示與交互技術(shù)

立體三維顯示作為一種全新模式的視覺模式，用立體三維可視化代替平面二維顯示，未來通過三維顯示設(shè)計(jì)三維海、陸、空態(tài)勢(shì)圖、三維軍標(biāo)等，使部隊(duì)用戶具有較強(qiáng)的立體沉浸感，提高戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知。三維控制裝置是利用計(jì)算機(jī)生成一種可對(duì)參與者直接施加視覺、聽覺和觸覺感受，允許人交互的觀察和操作，用于操作三維目標(biāo)的輸入設(shè)備，未來可設(shè)計(jì)三維鼠標(biāo)、三維軌跡球等，提高交互效率。

2）多通道交互技術(shù)

多通道交互是近年來迅速發(fā)展的一種人機(jī)交互技術(shù)，適應(yīng)了“以人為中心”的交互準(zhǔn)則，具有自然、高效等特點(diǎn)。多通道涵蓋了用戶表達(dá)意圖、執(zhí)行動(dòng)作或感知反饋信息的各種通信方法，如言語(yǔ)、眼神、臉部表情、唇動(dòng)、手動(dòng)、手勢(shì)、頭動(dòng)、肢體姿勢(shì)、觸覺、嗅覺或味覺等。未來軍事裝備中可逐漸采用多通道交互技術(shù)，如視線跟蹤技術(shù)可能代替鍵盤、軌跡球輸入的功能，達(dá)到“所視即可得”；觸覺通道的力反饋感應(yīng)技術(shù)主要觸覺感應(yīng)和動(dòng)作感應(yīng) 2 種，可應(yīng)用于新型顯控臺(tái)軌跡球或觸摸屏設(shè)計(jì)中；生物特征識(shí)別技術(shù)，通過對(duì)人眼虹膜、掌紋、筆跡、步態(tài)、語(yǔ)音、人臉等特征進(jìn)行識(shí)別而確定該崗位人員的身份和權(quán)限，從而保障軍事裝備的安全性。

3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合應(yīng)用各種技術(shù)制造逼真的人工模擬環(huán)境，并能有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、觸覺等各種感知行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，具有沉浸性、交互性和想象性等特點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)未來可結(jié)合人因工程研究，通過建立海軍裝備虛擬艙室環(huán)境和虛擬樣機(jī)開展人因工程可用性評(píng)估，包括艙室空間布局及內(nèi)飾設(shè)計(jì)測(cè)試與評(píng)估、裝備人機(jī)界面及交互測(cè)試與評(píng)估、裝備的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，以及虛擬維修、虛擬裝配等方面的評(píng)估，有助于縮短研制周期，節(jié)約后期修改、維護(hù)的成本，提高用戶滿意度。

4）可穿戴智能設(shè)備的交互技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)未來可為艦員設(shè)計(jì)可穿戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)裝備，幫助艦員了解和掌握周邊戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，包括友軍位置、目標(biāo)距離、當(dāng)?shù)匦l(wèi)星地圖等信息顯示在可穿戴屏幕上，還能根據(jù)士兵視線方向、遠(yuǎn)近及其所處位置，有針對(duì)性地提供信息在艦員的自然視線范圍內(nèi)；可設(shè)計(jì)可穿戴健康設(shè)備，包括監(jiān)測(cè)心率、呼吸、腦電睡眠狀態(tài)等指標(biāo)，對(duì)全艦艦員的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，從而保證在崗執(zhí)勤艦員能夠勝任戰(zhàn)備或戰(zhàn)時(shí)任務(wù)；或設(shè)計(jì)可穿戴電池設(shè)備，未來可用于智能化單兵作戰(zhàn)裝備的電能供應(yīng)，艦員船上靴子或其他設(shè)備即可產(chǎn)生電量維持裝備的電力需要。

5）腦機(jī)交互技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)是指不依賴常規(guī)的脊髓/外周神經(jīng)肌肉系統(tǒng)，在腦與外部環(huán)境之間建立一種新型的信息交流與控制通道，實(shí)現(xiàn)腦與外部設(shè)備之間的直接交互。DARPA正在深化這項(xiàng)技術(shù)研究，未來可能應(yīng)用將艦員的大腦與電能通過多個(gè)頻道互相連接，每個(gè)頻道同時(shí)收集成千上萬大腦神經(jīng)元的信息，通過建立電能與特定大腦區(qū)域的神經(jīng)元精確相連，可使艦員變成與電腦直接連接的半機(jī)械人，從而提高艦員的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知和作戰(zhàn)技能[9]。

實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗力生成和滿足實(shí)戰(zhàn)化要求是海軍裝備研制的最終目標(biāo)，展望未來裝備領(lǐng)域的新興交互技術(shù)都是在以人為中心不斷挖掘人的需求，實(shí)現(xiàn)人與裝備之間自然舒適、高效便捷的交互。為此，基于艦員的認(rèn)知與操作特點(diǎn)和使用需求開展人機(jī)交互設(shè)計(jì)是未來海軍裝備人機(jī)交互系統(tǒng)研制的發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié) 語(yǔ)

海軍裝備人因工程研制堅(jiān)持“以部隊(duì)用戶為中心，面向任務(wù)”的設(shè)計(jì)理念，基于海軍裝備人因工程技術(shù)手段，圍繞艦員特性、人-機(jī)關(guān)系、人-人關(guān)系、人-環(huán)關(guān)系等人因工程研究范疇，不斷挖掘部隊(duì)用戶使用需求，創(chuàng)新應(yīng)用新技術(shù)，使人因工程工作貫穿于裝備研制的全過程，優(yōu)化艦員、裝備系統(tǒng)、作戰(zhàn)使用環(huán)境三者之間的關(guān)系，形成與軍事裝備緊密相關(guān)的人因工程要求、人機(jī)交互原型、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、優(yōu)化解決方案、測(cè)試評(píng)估建議等，有助于形成符合部隊(duì)用戶特性和作戰(zhàn)使用需求的“好用”的軍事裝備，從而提高軍事裝備人機(jī)系統(tǒng)的使用效能。

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Present status and trend of naval equipment human factors engineering

CHEN Xia1, LIU Shuang2
(1. Information Systems Agecy, Naval Equipment Department, Beijing 100036, China; 2. Marine Human Factors Engineering Laboratory, Institute of Marine Technology and Economy, Beijing 100081, China)

In this paper, the concept and role of MEHFE, state of the art in China and the USA were introduced. Focusing on Naval Equipment Human Factors Engineering (NEHFE), this paper analyzed the research contents and technical methods, presented suggestions on NEHFE implementation measures and the growth of new interactive technology, which was contributed for the future research of NEHFE.

naval equipment；human factors engineering；man-machine environment system；human computer interaction

TP18

A

1672 - 7619(2017)04 - 0008 - 06

10.3404/j.issn.1672 - 7619.2017.04.002

2017 - 01 - 12；

2017 - 02 - 21

陳霞(1967 - )，女，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娮有畔⑾到y(tǒng)。