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1、第9章,人-机-环境系统总体性能的研究,试飞员菲尔奥斯特利希,总设计师哈利希拉克,YF-16 中的两个“第一人”,YF-16 的力感应操纵杆是固定不动的，这让菲尔奥斯特利希犯了经验主义错误,YF-16 的意外首飞,YF-16 的结构试飞工程师约翰G威廉姆斯回忆道：“在首次高速滑跑试验中，当飞机达到抬前轮速度时（约 222 千米/时）出现了飞行员诱发的剧烈横向振荡（飞行员反复输入了左右最大滚转指令）。请记住这是第一种安装固定式操纵杆的飞机，菲尔在高速滑跑实验前并没有机会体验这种操纵杆。由于机头已经抬起，振荡导致平尾擦地，刮掉了右平尾的翼尖，左平尾静电刷也蹭地。,此时飞机已经向跑道左侧偏离，菲尔要
2、么犁过跑道边的沙漠，要么就硬着头皮起飞，他选择了后者。感谢他这么做挽救了整个项目。起飞后菲尔驾机飞行了 6 分钟并最终安全降落。在下次飞行前，操纵杆在起落架放下状态的灵敏度被调低了 50%。但因为被抱怨反应迟钝，又恢复了当初的设置。”,总体性能研究：就是在明确系统总体要求的前提下，通过确立若干替代方案，并相应建立有关模型和进行模拟实验，着重分析和研究人、机、环境三要素对系统总体性能的影响和所应具备的各自功能及相互关系，不断修正和完善人-机-环境系统的结构方式，最终确保最优组合方案的实现。,9.1 总体性能的三个指标,“安全、高效、经济” 是任何一个人-机-环境系统都必须满足的综合效能准则。安全
3、：指在系统中不出现人体的生理危害或伤害高效：使系统的工作效率最高，使用价值最大。经济：在满足系统技术要求的前提下，尽可能投资最省，也即保证系统整体的经济性。,9.2 总体性能研究的基本任务,为了满足人-机-环境系统的总体性能，就要对人-机-环境系统选择最优的结构方案，并制定共同的性能准则。 经济 安全 效能参数 效能参数 效能参数 高效 0 人的参数 0 机的参数 0 环境参数 图9-1 人、机、环境参数对系统总体性能的影响示意图,综合评价值Q：Q=W1安全W2 高效 W3 经济式中，W1 、 W2 、 W3为各指标加权系数，并 W1 W2 W3 =1式中，W1 、 W2 、 W3的选择取决于
4、三种因素 1) 国家的技术水平和经济实力 2) 人-机-环境系统的种类 3) 人-机-环境系统工作状态,取得Q值后，可将图9-1曲线转换成图9-2，根据图9-2能预测人、机、环境的最优参数。,Q Q Q 0 人的参数 0 机的参数 0 环境参数 图9-2 人、机、环境参数对综合评定值Q的影响示意图,9.3 总体性能研究举例,为了全面提高人-机-环境系统的总体性能，必须首先从系统的总体高度出发，找出人、机、环境三大因素对系统总体性能影响的定量数据，从而提出提高系统性能的措施，为系统的总体分析和优化设计提供科学依据。,本例以飞机格斗时的追踪瞄准为例，通过24名被试者的2240人次的人体实验，获得了
5、人、机、环境三大因素对系统总体性能影响的定量结果，为人-机-环境系统的总体分析和设计创造条件。敌机 + 我机姿态目标 图9-3 飞机人-机-环境系统实验框图,显示器,人（飞行员）,飞机操纵杆,机（飞机动力学）,环境（噪声）,实验中，飞机靶目标从四个方位（左上、右上、左下、右下）随机出现12条航路。 图9-4 靶目标运动示意图 飞行员通过显示器观察靶目标和瞄准标记之间的偏差，利用操纵杆进行飞机方位角和高低角的两自由操纵，尽快让瞄准标记压在靶目标上，并利用操纵杆上的射击按钮，完成炮弹击发动作。,+ + 靶目标 瞄准标记 + +,实验中，飞机的简化动力学特性采用四种操作难度：0.5/s、0.5/s(
6、0.25s+1)、0.5/s(0.9s+1)和0.5/s2 ，并分别用动力学1，2，3，4代表；实验中采用的环境噪声分为5个等级：57，80，90，95，100dB(A)，并分别用噪声水平1，2，3，4，5代表。 人-机-环境系统的总体性能指标（系统工作效果）为： 1）作战反应时间(T)-从靶目标出现到炮弹击发的时间。 2）瞄准精度(P)-瞄准标记偏离靶目标中心的程度。,P和T分别定义：P(相对值)=P(实验值)/P0(参照值)T(相对值)=T(实验值)/T0(参照值)将P和T综合为一个性能指标SPSP=0.5P2+0.5T21/2SP的值愈小，系统性能就愈好。 结果表明，在人-机-环境系统中
7、，人、机、环境的参数改变，都将对系统的总体性能产生重大影响，概括如下：,1）飞机动力学特性对系统性能的影响 SP 1.5 1.0 0.5 0.5 /s 0.5/s(0.25s+1) 0.5/s(0.9s+1) 0.5/s2 图9-5 飞机动力学特性对系统性能的影响 在四种动力学中0.5/s是最好的机器参数，所以在设计任何一个人-机-环境系统时，从“机的因素”考虑，应设法尽量降低控制系统的阶次，使机器适合人的使用，以提高整个系统的工作效率。,2）环境噪声水平对系统性能的影响 SP 1.5 1.0 0.5 57 80 90 95 100 dB(A)图9-6 环境噪声对系统性能的影响 由图看出，在9
8、0dB(A)噪声下，操作者的跟踪效率最差，三种作业难度在这一点趋势一致，因此在设计人-机-环境系统时，从“环境因素” 来考虑，高噪声固然有不良的反应，但绝对的安静对系统工作效率的提高也不一定完全有利,3）操作者技能对系统性能的影响 (1)操作者训练次数的影响 (2)训练方法的影响 (3)个体差异的影响 总而言之，为了改善人-机-环境系统的总体性能，应该对系统中的三个基本要素（人、机、环境系统）作如下选择 1）考虑人的因素 操作者应该适应机器的要求，即应对系统中的操作者进 行选拔和训练。,Lavi式驾驶员座舱座舱采用气泡式挡风玻璃，具有良好的视野。但是它可能没有采用类似F-16大倾斜座椅和双杆控
9、制，IAI选择了传统的垂直座椅和中置控制杆。原因如下，倾斜座椅抬高了飞行员的膝盖，双杆操纵有三个缺点：、大大占用了右舷的空间，使控制面板布置困难，、在教学中教师无法知道学员的握杆位置，、如果飞行员右手受轻伤,他就不能驾驶Lavi返回基地。而采用中置操纵杆，飞行员可以不太困难的用左手控制飞行。,2）考虑机器的因素。机器的设计应该符合人的要求，即应选择最优的机器动力学，改变机器的可操作性，使操作者易于操作。 3）考虑环境的因素。人和机器应在适当的环境中工作，即应选择最优的工作环境。 需强调指出的是，在设计任何一个人-机-环境系统时，不要单纯追求人、机、环境单个性能的最优值，应根据人-机-环境系统的总体指标（安全、高效、经济），对它们进行全面衡量，并分清主要因素和次要因素。,The end,
