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人機工程學(xué),為裝備發(fā)展“量體裁衣”

2016-11-14   總瀏覽:5972

近年來,總裝某科研院所承擔了一項關(guān)于人機工程學(xué)領(lǐng)域人體特征參數(shù)需求分析研究的高科技攻關(guān)課題。幾年中,科研人員奔赴全軍各戰(zhàn)區(qū)數(shù)百個建制單位,采集了大量數(shù)據(jù)參數(shù),構(gòu)建起我軍在此領(lǐng)域迄今測量參數(shù)最全面、技術(shù)手段最先進的人體信息數(shù)據(jù)庫,標志我軍裝備建設(shè)發(fā)展已開始進入“量體裁衣”的新階段。日前,就這一領(lǐng)域相關(guān)知識本報記者對人機工程學(xué)專家丁松濤進行了專訪。

  人機工程學(xué)離我們并不遙遠

  記者:人機工程學(xué)作為一門新興的多領(lǐng)域交叉學(xué)科離我們有多遠?與人類工效學(xué)有何關(guān)系?其研究的對象和大體內(nèi)容是什么?

  丁松濤:人機工程學(xué)其實就是人類工效學(xué),是翻譯方式帶來的不同稱呼。人機工程學(xué)雖然是一門新興交叉學(xué)科,但離我們并不遙遠,因為它研究的核心是人、機器、環(huán)境三者間的關(guān)系,可以簡稱為“人-機-環(huán)”系統(tǒng)。

  舉個例子,人用鉛筆書寫,就是一個簡單的人-機系統(tǒng);又如駕駛員開動汽車,則是一個較復(fù)雜的人-機系統(tǒng)。由此可見,在人機工程學(xué)研究領(lǐng)域中,人、機器、環(huán)境三者總是相互作用和制約的,但人始終起著主導(dǎo)作用。

  再說人體測量。大家去商場購物買衣服總要有個號碼,如衣長、肩寬、胸圍等尺寸,這是通過對特定人群實際測量得到的一個均值,而消費者最理想的需求就是能夠根據(jù)自身尺寸“量體裁衣”。上升為科學(xué)研究層面,人體測量成為研究人體各項特征參數(shù)指標的一門學(xué)科,它通過測量人體各部位尺寸、各肢體力量、各關(guān)節(jié)活動角度及生理和心理特征等來確定人體差異,從而為人機工程、工業(yè)設(shè)計、工程制造、人類學(xué)研究、醫(yī)學(xué)科研等提供人體基礎(chǔ)性資料。所以說,人體特征參數(shù)數(shù)據(jù)是人機工程學(xué)的基礎(chǔ),而“人-機-環(huán)”系統(tǒng)是達到平衡和諧的重要保證。

  記者:作為一門科學(xué),人體測量學(xué)是否存在國際標準?如何納入科學(xué)化、規(guī)范化的建設(shè)發(fā)展軌道?

  丁松濤:人體測量是一項古老而新興的學(xué)科。說它古老,是因為人體測量開展很早,可追溯到兩千多年以前,最早文字記錄應(yīng)為我國醫(yī)學(xué)著作《內(nèi)經(jīng)·靈樞》中的《骨度篇》,文中詳細而科學(xué)地闡述了活體測量;而系統(tǒng)測量方法是18世紀末西歐一些科學(xué)家所創(chuàng)立的,英國人高爾頓是人體測量學(xué)的創(chuàng)立人之一,其兩部專著《關(guān)于人的能力及其發(fā)展問題》《遺傳的自然規(guī)律》流傳于世;1912年第14屆國際史前人類學(xué)與考古會議在日內(nèi)瓦召開,規(guī)定了統(tǒng)一的人體測量學(xué)方法國際標準,標志著人體測量學(xué)步入了科學(xué)化、規(guī)范化的發(fā)展軌道。

  人體測量數(shù)據(jù)庫成為新寵

  記者:目前,世界上有多少國家開展大規(guī)模人體測量相關(guān)研究?它們對軍隊和國防建設(shè)有何關(guān)聯(lián)與影響?

  丁松濤:國外一直非常重視人體模型研究工作,發(fā)達國家都將本國人體測量數(shù)據(jù)庫作為核心技術(shù)嚴加保護。據(jù)悉,目前世界上已有90多個大規(guī)模人體測量數(shù)據(jù)庫,其中歐美國家占大部分,亞洲國家約10個,而日本占一半以上,典型的數(shù)據(jù)庫有歐洲人體測量數(shù)據(jù)庫(EAD)、日本HQL人體測量計劃等。其中,數(shù)1988年美軍ANSUR數(shù)據(jù)庫最為有名,該數(shù)據(jù)庫對美陸軍人員259項人體尺寸進行了手工測量,時至今日依然是全美工業(yè)設(shè)計標準數(shù)據(jù)庫。

  時隔20年,美軍于2008年啟動了新一輪大規(guī)模人體測量,即“A2P項目”。此次測量運用了先進的三維掃描技術(shù),項目計劃樣本約13000人,數(shù)據(jù)庫計劃于2014年建成,將成為美軍戰(zhàn)斗人員從穿戴、負重、空運、駕駛到坐騎工具和睡眠物等全部裝備的設(shè)計依據(jù)。

  記者:我軍人體測量工作是在什么背景下開展的?目前發(fā)展水平如何?

  丁松濤:現(xiàn)代人體測量技術(shù)進入我國時間較晚。在裝備科研建設(shè)中,雖然我軍早期部分考慮了數(shù)據(jù)差異,但由于沒有足夠的人體測量數(shù)據(jù)支撐,使裝備在實際建設(shè)實踐中出現(xiàn)了種種人機工程不協(xié)調(diào)問題。例如建國初期,從前蘇聯(lián)進口的坦克雖然性能優(yōu)良,但因體型數(shù)據(jù)等存在差異,使得操作使用中受限,讓官兵感到不適應(yīng)、易疲勞。

  1957年至1958年,我軍首次進行了局部大規(guī)模人體測量,在調(diào)查統(tǒng)計的基礎(chǔ)上制作出標準人頭模型,并成功研制出第一代防毒面具,成為人體測量服務(wù)我軍裝備建設(shè)的一個標志性成果。如今,我國已經(jīng)制定出近20項人體測量與應(yīng)用的國家和軍用標準,涉及各種人體參數(shù)與模型。經(jīng)過50多年的不懈努力,目前我軍人體數(shù)據(jù)參數(shù)的標準化、準確性和可靠性3項主要指標,均已達到了世界先進水平。

  虛擬標準模型建立獨具特色

  記者:與國外相比,我國新近研發(fā)成功的相關(guān)人體特征參數(shù)需求分析與數(shù)據(jù)有何獨特之處?

  丁松濤:主要體現(xiàn)在四個方面:一是測量技術(shù)先進,我們運用國際先進的三維人體掃描技術(shù),構(gòu)建起三維虛擬標準數(shù)據(jù)模型,對陸軍人員群體匹配度可達95%以上;二是測量參數(shù)全面,與國外大多純尺寸數(shù)據(jù)庫不同,本次測量除包括尺寸測量和三維形態(tài)測量外,還同時采集裝備所需的其他人體特征參數(shù)等;三是使用維護簡便,在構(gòu)建起我國相關(guān)人體特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,用戶可通過多種便捷方式查詢;四是通用性強,除少數(shù)兵種專用尺寸外,測量數(shù)據(jù)通用率達到90%以上。

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  記者:科技連著未來戰(zhàn)場,請您談?wù)勅藱C工程學(xué)相關(guān)領(lǐng)域未來發(fā)展趨勢?

  丁松濤:未來人機工程學(xué)相關(guān)領(lǐng)域?qū)⒓铀傧蚩臻g化、數(shù)字化、模型化和系統(tǒng)化方向發(fā)展。

  尤其是在軍用領(lǐng)域,目前軍事強國基于人體特征參數(shù)研究和人機工程學(xué)研究,紛紛啟動了“超級戰(zhàn)士”計劃。這些“超級戰(zhàn)士”又稱基于信息系統(tǒng)的數(shù)字化單兵,他們均以人機工程學(xué)原理設(shè)計,實現(xiàn)了“人-裝”一體,將以全新面貌登上未來信息化戰(zhàn)爭舞臺。

  在民用領(lǐng)域,人機工程學(xué)同樣將迎來迅猛發(fā)展期。如運用三維數(shù)據(jù)模型,可直接與3D打印系統(tǒng)鏈接,實現(xiàn)邊設(shè)計邊欣賞邊制作;再如,網(wǎng)絡(luò)時代購物,可運用三維動態(tài)匹配技術(shù)在“虛擬試衣間”試穿采購,讓虛擬世界變?yōu)楝F(xiàn)實,令百姓生活更加豐富多彩。

  施慈源鄭曉慧本報記者 別拓侖

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