航空工效學的任務是以航空心理學、環(huán)境生理學、人體測量學和生物力學等學科為基礎，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。英國學者Edwards (1972)提出的SHEL模型對航空工效學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問題，例如顯示器和控制器的設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、領導者與被領導者關系、教學關系等。我們認為，SHEL模型所概括的是廣義的航空工效學的范圍，狹義的航空工效學主要研究人-硬件、人-軟件兩個界面有關的問題。現(xiàn)對近年來航空工效學的研究進展做如下綜述。

一、國外航空工效學研究進展

人與硬、軟件界面問題的研究始終是國外航空工效學最活躍的領域。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(Hands on throttle and stick,HOTAS)、多功能控制技術、話音技術、自動駕駛等多種新技術。通過大量實驗研究提出的各種工效學規(guī)范、標準和手冊，已成為航空裝備設計、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、下顯的字符畫面設計進行了深入研究，具體內容包括陰極射線管(Cathode-ray tube,CRT)顯示的彩色與亮度，字符的形狀與大小，不同任務類型、飛行階段的畫面布局與編碼特性，多重復合信息的認知效果與負荷水平，菜單顯示的層次、長度及用法等，并制訂了有關標準［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準，話音告警的用語、語調、語速、間隔等有關工效學要求。另外有關三維聽覺顯示的研究表明，在關于目標方位的二維視覺顯示的基礎上增添空間聽覺線索，確能提高辨別視野內外目標方位的能力，縮短目標截獲時間，提高情境意識，而且并不加重認知負荷［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，如電子綜合顯示器和多功能鍵盤等，使設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)的新的工效學問題。

關于工作負荷測量技術，仍采用主觀評定、操作任務客觀測量和生理指標測量，并主張進行多指標復合測量。有的學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難度的關系。也有人建議采用肌電圖模型和神經網絡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，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，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專家的重視。

美國國防部將人工智能技術列為提高未來作戰(zhàn)能力的關鍵技術之一。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練。從70年代起，英、美、荷等國相繼開展工效學普及教育，提高飛行人員對人-機-環(huán)境系統(tǒng)的認識。并通過模擬訓練，提高其對硬件、軟件的適應能力。

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)技術被公認為21世紀可能促使社會發(fā)生重大變革的高新技術之一。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技術在飛行訓練、醫(yī)學研究、防護裝備設計等領域已有廣泛的應用［15～18］。

人-人界面是近年來國外比較關注的方面。傳統(tǒng)觀念認為飛行作業(yè)質量主要受飛行員個體行為影響，而目前關心焦點較多地轉向團隊工作情況。民航系統(tǒng)更為關心人-人界面，認為機組整體效能才是決定飛行操縱質量的關鍵因素。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、我國航空工效學研究進展

十年動亂后尤其近十幾年里，我國航空工效學研究有了較快發(fā)展。1995年，在中國航空學會人體工程、航醫(yī)、救生分會的關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)學研究所開展工作，這是我國第一個航空工效學學術組織。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術交流會，對推動該領域研究起了積極作用。此外，在中國人類工效學會認知工效學專業(yè)委員會、中國心理學會工業(yè)心理學會和中國系統(tǒng)工程學會人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)委員會組織的學術交流活動中，均有航空工效學界的最新研究成果交流報告。國內研究工作可概括為以下幾個方面。

1.關于座艙人機界面的工效學問題

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)測評結果制訂了國家軍用標準［20］。對于儀表顯示，李良明等［21］(1984)分析研究了幾種國內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、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，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［26］。崔代革［27］(1997)專門研究了國軍標中的飛機平顯字符工效學問題，認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)當模擬艙內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、適宜音量和設計參數(shù)。

2.關于認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)，與飛行有關的數(shù)字運算、表象旋轉、儀表認讀、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計時應充分考慮年大飛行員的能力極限。王興偉等［34］(1995)通過對模擬應急條件下飛行員的反應時研究，給出了飛行員對規(guī)定的聲/光應急信號做出反應并完成規(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)“準確反應時”、次作業(yè)“準確反應時變化率”、“加權主觀負荷”和“心率變異變化率”四項指標，通過相關和主成分分析，提出了綜合加權測評指數(shù)，并探討了次任務技術對追蹤負荷的測評敏感性。廖建橋［36］(1994)關心飛行員心理負荷是否存在“紅線(Red Line)”，研究發(fā)現(xiàn)當外界負荷超過人的能力之后，人通過忽略一些任務來降低自己的負荷，在面臨多項任務時，是通過轉移注意力來達到此目的。“紅線”是否存在取決于人如何轉移注意力，也取決于系統(tǒng)特性，沒有獨立于工作任務之外的一般規(guī)律。

3.關于個體防護裝備的工效學問題

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問題，內容涉及人體測量學在航天服尺寸設計上的運用和人體力學在航天服活動結構設計上的運用，對我國開展該領域研究與工程應用具有指導作用。龐誠等［38］(1997)研究了艙外航天手套對手動作業(yè)的影響，并設想了一些解決問題的方法。認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)學模型，為該系統(tǒng)的綜合分析和優(yōu)化設計提供了有效手段。季白樺等［41］(1997)在航天員艙內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技術是人機仿真系統(tǒng)重要組成部分。

三、關于加快發(fā)展我國航空工效學研究的建議

我國現(xiàn)階段的航空工效學研究要根據(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。將人、財、物力集中在航空事業(yè)急需開展的應用研究或應用性基礎研究課題上。應優(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用問題；機組資源管理問題等。針對這些問題，心理學、生理學、工程技術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，提高人機界面工效學研究水平，縮小與國外的差距。高等院校、研究機構與應用部門，軍隊與地方，要在科研活動中聯(lián)合培養(yǎng)高層次人才，要始終清醒地認識人才培養(yǎng)的重要性和緊迫感。要充分發(fā)揮好學術組織的作用，加強學術交流，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為祖國現(xiàn)代化建設作出貢獻!

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