民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型

陳浩，龐麗萍，完顏笑如，*，方玉峰，2，郭司南，閔雨晨

（1.北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083； 2.中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)有限公司，北京100028）

一直以來(lái)，人機(jī)工效在民機(jī)客艙總體設(shè)計(jì)中占據(jù)重要位置，特別是在面向系列化發(fā)展的民機(jī)客艙快速仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中，滿足多機(jī)種客艙布局選型需求的客艙布局設(shè)計(jì)技術(shù)，與客艙輕量化建模［1］、虛擬仿真驗(yàn)證［2］、客艙人機(jī)工效綜合評(píng)價(jià)［3］等共同構(gòu)成了關(guān)鍵性支撐技術(shù)?？团摬季诌x型需要統(tǒng)籌乘客舒適度、安全管理、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)等涉及不同設(shè)計(jì)需求方的差異化訴求［4］，因此客艙布局設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)考慮舒適性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等工效學(xué)要求［5］。

對(duì)于舒適性，客艙布局應(yīng)滿足乘客體驗(yàn)舒適度要求。為此，Ahmadpour等［6］基于心理體驗(yàn)、生理體驗(yàn)、空間感體驗(yàn)等8項(xiàng)心理特征對(duì)客艙布局與乘客體驗(yàn)舒適度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。Abbasov和Orekhov［7］討論了水陸兩棲飛機(jī)客艙設(shè)計(jì)中的人體工程學(xué)概念，指出有限空間下的乘客舒適性是最重要的客艙設(shè)計(jì)指標(biāo)。Vink［8-9］、da Silva Menegon［10］及許松林［11］等的研究指出，客艙舒適性與客艙尺寸、客艙擁擠程度、座位個(gè)人空間、乘坐姿勢(shì)、座椅生物力學(xué)支撐、客艙美學(xué)及噪聲等因素密切相關(guān)。對(duì)于安全性，客艙布局需滿足適航條款［12］強(qiáng)制性規(guī)定，適航符合性要求在客艙布局設(shè)計(jì)中應(yīng)得到滿足。祝雯生和余雄慶［13］將客艙布局設(shè)計(jì)知識(shí)與規(guī)范融入客艙布局設(shè)計(jì)幾何模型，開發(fā)了可自動(dòng)生成布局方案的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。廖慧君和張曙光［14］在利用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法對(duì)翼身融合客機(jī)客艙進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將適航條款中關(guān)于應(yīng)急出口、出口通道、艙內(nèi)過(guò)道及廚房、盥洗室等的布置準(zhǔn)則取為設(shè)計(jì)參數(shù)。潘立軍等［15］將過(guò)道寬度、最大并排座椅數(shù)、應(yīng)急出口布置、應(yīng)急撤離等作為客艙設(shè)計(jì)指標(biāo)。此外，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性，則需考慮客艙布局與市場(chǎng)需求（如旅客周轉(zhuǎn)量）的適配性和航空公司的運(yùn)營(yíng)收益［16-17］。

綜上可見(jiàn)，現(xiàn)有研究明確了客艙設(shè)計(jì)的基本要求，指出了影響客艙工效學(xué)設(shè)計(jì)水平特別是舒適性水平的關(guān)鍵因素或指標(biāo)，并且圍繞舒適性和適航安全性，利用仿真工具對(duì)部分種類機(jī)型開展了布局設(shè)計(jì)，取得了積極成效。另外，現(xiàn)有客艙布局設(shè)計(jì)研究多基于適航規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)的描述性要求及設(shè)計(jì)人員的主觀經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)性的量化表征計(jì)算方法應(yīng)用較少［18］，對(duì)于平衡舒適、安全、經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)性要求的考慮也相對(duì)有限，從而制約了設(shè)計(jì)效率。此外，目前客艙布局研究多只針對(duì)特定 機(jī) 型［1，7］或 特 定 市 場(chǎng) 定 位［17，14-15］，少 有 適 用多種機(jī)型和市場(chǎng)定位的具有一定通用度的布局模型研究。為滿足系列化、多樣化、通用靈活的設(shè)計(jì)需求，本文面向工效學(xué)設(shè)計(jì)需求，開展了民機(jī)客艙布局量化設(shè)計(jì)模型研究。通過(guò)提取客艙舒適性設(shè)計(jì)特征參數(shù)、量化描述各特征參數(shù)之間的相互關(guān)系，同時(shí)兼顧適航安全性對(duì)應(yīng)急出口布置及航班經(jīng)濟(jì)收益等多方面要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)客艙布局設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)建模，并基于多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算方法進(jìn)行求解，以使模型可適用雙通道寬體干線客機(jī)、單通道窄體干線客機(jī)、支線客機(jī)等不同機(jī)種的布局計(jì)算。通過(guò)對(duì)比模型計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)有成熟民機(jī)客艙布局方案，對(duì)模型的合理性進(jìn)行了一定程度的驗(yàn)證。本文模型研究有助于在概念設(shè)計(jì)階段為客艙布局的快速設(shè)計(jì)和多方案比較提供一種新的方法，同時(shí)也可為航空公司客艙布局選型提供定量化的輔助決策工具。

1 民機(jī)客艙布局工效設(shè)計(jì)因素提取

為使民機(jī)客艙布局設(shè)計(jì)能為乘客提供舒適的飛行體驗(yàn)、符合適航安全性要求，并為航空公司帶來(lái)良性市場(chǎng)收益，應(yīng)對(duì)客機(jī)種類、市場(chǎng)定位（旅客服務(wù)定位）、執(zhí)飛航線特點(diǎn)等布局設(shè)計(jì)影響因素［19-20］進(jìn)行分析提取。

客機(jī)種類一般包括雙通道寬體干線客機(jī)、單通道窄體干線客機(jī)和支線客機(jī)，客機(jī)種類會(huì)對(duì)客艙尺寸、最大客座數(shù)、客艙截面布置、應(yīng)急出口數(shù)量與布置等方面產(chǎn)生約束或限制。市場(chǎng)定位一般包括高端市場(chǎng)型、大眾市場(chǎng)型及二者兼顧型，市場(chǎng)定位決定了客艙分級(jí)方式（頭等艙、商務(wù)艙、高級(jí)經(jīng)濟(jì)艙及經(jīng)濟(jì)艙），影響到各級(jí)客艙座椅布置數(shù)量和密度。執(zhí)飛航線特征一般包括飛行距離、飛行時(shí)長(zhǎng)、客流量、上座率等，這些特征會(huì)影響航班收入、座椅密度及座椅排距。

結(jié)合上述分析，本文基于客機(jī)種類、市場(chǎng)定位、執(zhí)飛航線特征，提出了民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)（含模型常量與變量），構(gòu)建了客艙邊界、人機(jī)空間耦合、適航安全性等約束條件，確定了舒適性、經(jīng)濟(jì)性和安全性目標(biāo)函數(shù)，經(jīng)多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法（Multi-Objectives Genetic Algorithm，MOGA-II）計(jì)算獲得Pareto解，并篩選出最優(yōu)布局方案。需要說(shuō)明的是，本文所涉民機(jī)客艙為常規(guī)桶狀機(jī)身［15］，暫不涉及翼身融合等新概念客機(jī)客艙布局。

2 民機(jī)客艙布局量化設(shè)計(jì)模型構(gòu)建

2.1 確定模型常量和變量

民機(jī)客艙一般依據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行分級(jí)布置［21］，其分級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。通常客艙最多可按四級(jí)分艙布置，即頭等艙、商務(wù)艙、高級(jí)經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙，此外客艙還包括由廚房、盥洗室、艙門出口、通道及相應(yīng)活動(dòng)區(qū)域組成的空間，該空間可定義為活動(dòng)艙段。各機(jī)種依據(jù)自身尺寸大小、市場(chǎng)定位、執(zhí)飛任務(wù)等因素選擇客艙分級(jí)方案。為完整描述民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型，還需定義相關(guān)的常量，如表1所示，該組常量值可根據(jù)機(jī)型號(hào)確定。

圖1 民機(jī)客艙分級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of civil aircraft cabin classified structure

表1 民機(jī)客艙布局量化設(shè)計(jì)模型常量Tab1e 1 Constants of civi1aircraft cabin 1avout quantitative design mode1

本文基于適航規(guī)章［12］、飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［16］及市場(chǎng)既有布局選型用例，從人機(jī)工效學(xué)角度出發(fā)，根據(jù)客艙布局影響因素分析，同時(shí)考慮客艙空間設(shè)計(jì)的自適應(yīng)性［22］（即設(shè)計(jì)方案具有可調(diào)性），提取了4類關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征參數(shù)并定義為模型設(shè)計(jì)變量，包括艙段長(zhǎng)度L、座椅排距X、座椅排數(shù)r和活動(dòng)艙段長(zhǎng)度Le。其中，L、X和r隨客艙等級(jí)作相應(yīng)標(biāo)記，如自頭等艙至經(jīng)濟(jì)艙的艙段長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1～L4；活動(dòng)艙段長(zhǎng)度Le則隨其布置位置作相應(yīng)標(biāo)記，如機(jī)首處記為L(zhǎng)e1，機(jī)尾處記為L(zhǎng)e2。

2.2 建立目標(biāo)函數(shù)

客艙舒適性與座椅空間大小［9-11］密切相關(guān)，故本文采用座椅空間特征尺寸與人體特征尺寸的比值作為衡量各級(jí)客艙舒適性的量化指標(biāo)，并將該比值定義為客艙舒適性系數(shù)。不同等級(jí)客艙的舒適性設(shè)計(jì)要求存在差異。其中，頭等艙和商務(wù)艙要求座椅空間允許座椅椅背能夠放平（或至少接近放平）以使乘客可平躺休息，即能夠提供充分的臥姿空間；高級(jí)經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙則要求座椅空間應(yīng)能提供較充分的乘客腿部空間，即坐姿空間。為體現(xiàn)上述差異化設(shè)計(jì)要求，采用座椅排距X／人體身高l0作為頭等艙和商務(wù)艙舒適性的量化指標(biāo)，采用座椅腿部空間長(zhǎng)度lrm／人體足長(zhǎng)lft作為高級(jí)經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙舒適性的量化指標(biāo)。各級(jí)客艙的舒適性系數(shù)Ci如下：

客艙安全性應(yīng)符合適航規(guī)章對(duì)應(yīng)急出口的型式、數(shù)量和布置的要求，并應(yīng)進(jìn)行90 s撤離的應(yīng)急逃生仿真或試驗(yàn)驗(yàn)證?？紤]到民機(jī)客艙概念設(shè)計(jì)與快速輕量化仿真系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)效率的要求，本文選擇更便于量化描述的應(yīng)急逃生距離作為衡量客艙安全性的指標(biāo)。所有應(yīng)急出口布置（包括機(jī)身艙門）確定后，便可計(jì)算各級(jí)座艙的逃生距離?？刹捎妙^等艙乘客從其專屬的機(jī)首艙門逃生，而其他各級(jí)客艙乘客從距其最近的機(jī)身艙門或應(yīng)急艙門逃生的方式進(jìn)行計(jì)算。即機(jī)首機(jī)尾出口只需為一個(gè)方向的乘客提供逃生功能，而位于其他位置的出口則均需為其前后2個(gè)方向的乘客提供逃生功能。

以雙通道寬體干線客機(jī)為例，各級(jí)客艙出口對(duì)應(yīng)的乘客總逃生距離如式（5）和式（6）所示，要求雙通道寬體干線客機(jī)總逃生距離的優(yōu)化方向?yàn)樽钚』?，如式?）所示。

2.3 建立約束條件

2.3.1 邊界約束

邊界約束條件包括艙段總和約束、活動(dòng)艙段長(zhǎng)度約束和艙段座椅布置約束。

艙段總和約束要求各艙段及活動(dòng)艙段長(zhǎng)度總和恰等于客艙總長(zhǎng)度，如下：

采用艙段座椅布置約束對(duì)艙段座椅布置（座椅排距和座椅排數(shù)）進(jìn)行約束，要求座椅布置排數(shù)既不超出艙段長(zhǎng)度限制，又能最大化利用客艙空間，如下：

2.3.2 人機(jī)空間耦合約束

本文中，人機(jī)空間耦合約束指座椅排距與人體尺寸、客艙空間尺寸的耦合關(guān)系，包括座椅排距約束、艙段長(zhǎng)度與座椅排距適配關(guān)系約束2類，根據(jù)客艙分級(jí)和座椅布置方式不同，相關(guān)約束也有所區(qū)別。

頭等艙、高級(jí)經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙的座椅布置通常按傳統(tǒng)直列式布置（見(jiàn)圖1），因此座椅排距約束、艙段長(zhǎng)度與座椅排距適配關(guān)系約束也一致，要求座椅腿部空間不得低于乘客足長(zhǎng)，客艙前排預(yù)留嬰兒搖籃空間，故座椅排距約束、艙段長(zhǎng)度與座椅排距適配關(guān)系約束分別為

商務(wù)艙座椅通常有3種布置方式，包括傳統(tǒng)直列式布置、蛇形交錯(cuò)式布置和魚骨交叉式布置（見(jiàn)圖2），布置方式不同，座椅排距約束、艙段長(zhǎng)度與座椅排距適配關(guān)系也需做出相應(yīng)修正。

當(dāng)商務(wù)艙座椅采用傳統(tǒng)直列式布置時(shí)，與經(jīng)濟(jì)艙類似，座椅腿部空間長(zhǎng)度應(yīng)能容納前排座椅椅背最大后傾位置，座椅排距應(yīng)接近第50百分位人體身高，從而使乘客可160°～180°平躺休息。當(dāng)采用蛇形交錯(cuò)式布置時(shí)，座椅腿部空間長(zhǎng)度與座深之和為人體身高，且前后交錯(cuò)對(duì)齊的座椅之間的間距不應(yīng)低于適航規(guī)章規(guī)定的應(yīng)急通道最小寬度［12，14］，即對(duì)于大于20座的客機(jī)，旅客過(guò)道寬度在任何一處不得小于380 mm（約15 in，離地板小于635 mm處）或510 mm（約20 in，離地板等于或大于635 mm處）。當(dāng)采用魚骨交叉式布置時(shí)，座椅與飛機(jī)縱軸線之間產(chǎn)生夾角θ，布置時(shí)需考慮該夾角的影響。

結(jié)合上述分析，傳統(tǒng)直列式、蛇形交錯(cuò)式、魚骨交叉式布置的商務(wù)艙座椅對(duì)應(yīng)的座椅排距約束依次為

此外，各級(jí)客艙座椅排距應(yīng)與其客艙等級(jí)相適配，即自經(jīng)濟(jì)艙至頭等艙座椅排距逐步增加，如下：

2.3.3 適航安全性約束

適航規(guī)章不僅對(duì)旅客過(guò)道最小寬度作了規(guī)定，且對(duì)客艙應(yīng)急艙門的布置數(shù)量和應(yīng)急艙門處座椅排距也提出了要求［12］。雙通道寬體干線客機(jī)所有登機(jī)門均可作為應(yīng)急艙門，單通道窄體干線客機(jī)除登機(jī)門外還會(huì)在經(jīng)濟(jì)艙專設(shè)1或2對(duì)應(yīng)急艙門，支線客機(jī)將客艙前（或后）部登機(jī)門和行李艙門作為應(yīng)急艙門。各級(jí)客艙的旅客過(guò)道寬度應(yīng)滿足：

圖2 民機(jī)商務(wù)艙座椅常見(jiàn)3種布置Fig.2 Three common layouts of business-class seats in civil aircraft

式中：Q為單通道窄體干線客機(jī)經(jīng)濟(jì)艙應(yīng)急艙門對(duì)數(shù)，一般取Q為1或2。

3 民機(jī)客艙布局量化設(shè)計(jì)模型計(jì)算

3.1 算例選取與模型參數(shù)設(shè)置

以執(zhí)飛不同類別航線的機(jī)型為參照，分別選取B777-300ER、B737-800和新舟700（MA700）作為遠(yuǎn)程航線、中程航線和短程航線的對(duì)照機(jī)型。

設(shè)定3種參照機(jī)型的客艙均依據(jù)市場(chǎng)較常見(jiàn)的兩艙布局方式分為商務(wù)艙-經(jīng)濟(jì)艙，且商務(wù)艙和經(jīng)濟(jì)艙座椅均采用傳統(tǒng)直列式布置，應(yīng)急艙門按適航規(guī)章要求布置。算例對(duì)照機(jī)型客艙布置基本信息如表2所示，表中剖面布置如“2-3-2”表示客艙設(shè)2條旅客過(guò)道，兩側(cè)靠舷窗位置各設(shè)2列座椅，中間設(shè)3列座椅；雙通道寬體干線客機(jī)所有機(jī)身艙門均可作為應(yīng)急出口，無(wú)專設(shè)應(yīng)急艙門。

對(duì)于模型常量取值，人體身高和足長(zhǎng)采用GB／T 10000—1988［23］并取50百分位，以滿足盡可能多的乘客群體的舒適性需求；選定客機(jī)座椅型號(hào)尺寸；設(shè)定平均客座率與平均票價(jià)。民機(jī)客艙布局量化設(shè)計(jì)模型涉及的參數(shù)及其參考取值如表3所示。需要說(shuō)明的是，本文中的模型常量取值采用開放化設(shè)計(jì)，可依據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)整。

表2 三種算例對(duì)照機(jī)型客艙布置基本信息Tab1e 2 Basic information of cabin 1avout for air1iner tvpes of three examp1es

表3 三種算例的模型常量及其取值Tab1e 3 Mode1constants and their va1ues for three examp1es

3.2 多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果

多目標(biāo)優(yōu)化或多學(xué)科優(yōu)化（Multi-Discipline Optimization，MDO）方法是飛行器設(shè)計(jì)中常用的建模計(jì)算方法［24］。本文基于modeFRONTIER軟件平臺(tái)，采用多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法（MOGA-II）開展模型計(jì)算，設(shè)置迭代代數(shù)為100，定向交叉率為0.5，選擇率為0.05，變異率為0.1，DNA串變異率為0.05。

由3個(gè)目標(biāo)函數(shù)構(gòu)成正交向量集，則3個(gè)算例求解得到的Pareto前沿均沿三維曲面分布，如圖3所示，每一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)（即圖中綠色圓點(diǎn)）代表一個(gè)設(shè)計(jì)方案。

圖3 三種算例Pareto前沿Fig.3 Pareto front of three examples

4 討 論

4.1 設(shè)計(jì)方案優(yōu)選與模型驗(yàn)證

依據(jù)Pareto法則［25-26］，對(duì)算例所有可行設(shè)計(jì)方案進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出設(shè)計(jì)變量座椅排數(shù)和座椅排距的最優(yōu)備選方案，進(jìn)而篩選出客艙布局最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

以雙通道寬體干線客機(jī)商務(wù)艙座椅排數(shù)為例，如圖4所示，在所有可行設(shè)計(jì)方案中占比最高的商務(wù)艙座椅排數(shù)設(shè)計(jì)方案依次為0排、2排、3排、1排、7排（分別對(duì)應(yīng)座椅數(shù)量0個(gè)、14個(gè)、21個(gè)、7個(gè)、49個(gè)），共占比79.29%，依照Pareto法則，上述5種方案可作為商務(wù)艙座椅排數(shù)最優(yōu)備選方案。同理，可給出雙通道寬體干線客機(jī)商務(wù)艙座椅排距、經(jīng)濟(jì)艙座椅布置數(shù)量和經(jīng)濟(jì)艙座椅排距的最優(yōu)備選方案，以及單通道窄體干線客機(jī)和支線客機(jī)算例的設(shè)計(jì)變量最優(yōu)備選方案，詳見(jiàn)表4。

按照表4對(duì)各算例所有可行設(shè)計(jì)方案進(jìn)行篩選。雙通道寬體干線客機(jī)算例篩選出103個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，占雙通道寬體干線客機(jī)算例所有設(shè)計(jì)方案的18.43%；單通道窄體干線客機(jī)和支線客機(jī)算例分別篩選出173個(gè)（占比21.65%）和51個(gè)（占比6.82%）最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。3種機(jī)型算例的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案（座椅排數(shù)和座椅排距）分布如圖5所示。

圖4 Pareto圖：雙通道寬體干線客機(jī)商務(wù)艙座椅排數(shù)最優(yōu)備選方案Fig.4 Pareto chart：optimal alternatives of business-class seat row number for dual-aisle wide-body airliner

表4 三種算例對(duì)照機(jī)型客艙布局最優(yōu)備選方案Tab1e 4 Optima1a1ternatives of cabin 1avout for air1iner tvpes of three examp1es

圖5 三種算例客艙布局最優(yōu)設(shè)計(jì)方案Fig.5 Optimal design schemes of cabin layout for three examples

結(jié)合市場(chǎng)成熟布局方案，對(duì)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。以雙通道寬體干線客機(jī)為例，某航空公司執(zhí)飛北京至洛杉磯的B777-300ER兩艙布局方案為：商務(wù)艙座椅排數(shù)8排（對(duì)應(yīng)50座）、座椅排距60 in，經(jīng)濟(jì)艙座椅排數(shù)30排（對(duì)應(yīng)261座）、座椅排距32 in。該方案中，商務(wù)艙和經(jīng)濟(jì)艙座椅數(shù)量均在模型雙通道寬體干線客機(jī)算例的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案范圍內(nèi)，而商務(wù)艙座椅排距僅超出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案范圍（最大52 in）4 in，經(jīng)濟(jì)艙座椅排距僅低于最優(yōu)設(shè)計(jì)方案范圍（最小36 in）4 in。此外，將該市場(chǎng)方案的各目標(biāo)函數(shù)值與算例最優(yōu)設(shè)計(jì)方案對(duì)比，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)方案的舒適性、安全性和經(jīng)濟(jì)性均處于最優(yōu)設(shè)計(jì)范圍的中位水平。上述分析表明，民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型可為雙通道寬體干線客機(jī)機(jī)型提供較可行的一組客艙布局最優(yōu)方案，且其中近半數(shù)方案較現(xiàn)有市場(chǎng)成熟方案具有一定設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，并可能產(chǎn)出更佳的設(shè)計(jì)效益。同理，結(jié)合單通道窄體干線客機(jī)和支線客機(jī)市場(chǎng)成熟布局方案對(duì)模型開展驗(yàn)證，可得到相似結(jié)論。

4.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化途徑

基于各算例Pareto解，分別研究各算例設(shè)計(jì)變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的重要度，從而可進(jìn)一步獲得各類機(jī)型客艙布局設(shè)計(jì)的優(yōu)化途徑。

仍以雙通道寬體干線客機(jī)為例，如圖6所示，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的優(yōu)化，商務(wù)艙座椅排數(shù)重要度最高（35.1%），表明雙通道寬體干線客機(jī)客艙經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化途徑應(yīng)優(yōu)先考慮增加商務(wù)艙的座椅排數(shù)。對(duì)于舒適性指標(biāo)的優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)艙座椅排距重要度最高（49.9%），即表明客艙舒適性優(yōu)化途徑應(yīng)優(yōu)先考慮增大經(jīng)濟(jì)艙座椅排距。對(duì)于安全性指標(biāo)的優(yōu)化，同樣有商務(wù)艙座椅排數(shù)重要度最高（40.7%）、經(jīng)濟(jì)艙座椅排數(shù)其次（30.1%），表明客艙適航安全性優(yōu)化需考慮減少各級(jí)客艙的座椅排數(shù)。

同理，可給出單通道窄體干線客機(jī)和支線客機(jī)經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性指標(biāo)的優(yōu)先優(yōu)化途徑，即對(duì)各設(shè)計(jì)目標(biāo)最重要的設(shè)計(jì)變量。3種機(jī)型客艙布局設(shè)計(jì)優(yōu)先優(yōu)化途徑匯總?cè)绫?所示（括號(hào)中數(shù)值為各項(xiàng)最重要設(shè)計(jì)變量的重要度）。對(duì)于民機(jī)客艙布局工效學(xué)設(shè)計(jì)，舒適性指標(biāo)的優(yōu)化主要取決于經(jīng)濟(jì)艙座椅排距；經(jīng)濟(jì)性（或安全性）指標(biāo)的優(yōu)化主要取決于座椅排數(shù)，其中雙通道寬體干線客機(jī)對(duì)應(yīng)商務(wù)艙座椅排數(shù)，單通道窄體干線客機(jī)和支線客機(jī)對(duì)應(yīng)經(jīng)濟(jì)艙座椅排數(shù)；經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)優(yōu)化與安全性指標(biāo)優(yōu)化存在較明顯的沖突性。

圖6 雙通道寬體干線客機(jī)算例設(shè)計(jì)變量對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)重要度分析Fig.6 Analysis of variables importance to design objectives for dual-aisle wide-body airliner example

表5 三種算例對(duì)照機(jī)型客艙布局設(shè)計(jì)優(yōu)先優(yōu)化途徑Tab1e 5 Prior optimization approach of cabin 1avout design for air1iner tvpes of three examp1es

5 結(jié) 論

本文對(duì)早期概念設(shè)計(jì)階段的民機(jī)客艙布局量化設(shè)計(jì)方法開展了研究，構(gòu)建了民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型，得出結(jié)論如下：

1）與傳統(tǒng)的基于適航規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等描述性要求及設(shè)計(jì)人員主觀經(jīng)驗(yàn)所開展布局設(shè)計(jì)的方法相比，民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型有助于快速提供多種滿足客艙舒適性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等多樣化工效學(xué)指標(biāo)的量化設(shè)計(jì)方案，并給出各指標(biāo)的進(jìn)一步優(yōu)化途徑，從而有利于節(jié)省客艙設(shè)計(jì)時(shí)間、提高設(shè)計(jì)效率。

2）民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型的常量參數(shù)（如客艙尺寸、座椅型號(hào)與尺寸、人體尺寸等）均采取開放化設(shè)計(jì)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求靈活調(diào)整，使得客艙布局設(shè)計(jì)更具自適應(yīng)性，從而有助于滿足民機(jī)型號(hào)系列化發(fā)展的市場(chǎng)需求。

3）民機(jī)客艙布局工效學(xué)量化設(shè)計(jì)模型能夠?yàn)槎喾N機(jī)型的客艙設(shè)計(jì)與選型提供量化決策支持，為改善決策支持質(zhì)量，仍需結(jié)合深度市場(chǎng)調(diào)研和具體工程需求，進(jìn)一步優(yōu)化模型參數(shù)設(shè)置，從而獲得更為精確的計(jì)算結(jié)果。