航空保障设备研制中的人机工程设计研究

王 聪，李 霞，柳艳琴

（航空工业西飞，陕西 西安710089）

1 引言

航空保障设备是飞机在执行任务、日常训练和进行地面维修时所需要的装备、设备及工具的统称。随着技术发展，国家军事实力的不断提升，中国航空装备有了长足的进步。但是航空保障设备的发展现状明显落后于航空设备。目前航空保障设备大多数仍停留在满足基本技术要求层面。而随着技术进步，用户等对于航空保障设备的便捷、效率及安全等方面提出了更高的要求。以技术为中心的设计逐渐转变为以人为中心。很多先进的军事强国对于航空地面设备都提出了人机工程要求。

人的因素是人机工程设计的核心研究内容，国际功效学会对人机工程学下的定义是研究人在工作环境中的生理、心理学等诸方面因素，研究人-机器-环境系统中的交互作用及各个组成部分（效率、安全、健康、舒适等）在工作条件下如何达到最优化的一门学科。经过多年研究和应用，人机工程学把人-机-环境系统作为研究的基本对象，运用相关学科知识，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互适应，从而为人创造出舒适和安全的工作环境，使功效达到最优。通过人机工程学研究，使航空保障设备在满足相应功能要求的条件下，充分满足用户的各种需求，贯彻以人为本的设计理念。人机工程学在航空保障设备设计中的广泛应用，必将提高航空保障设备的设计水平。

2 航空保障设备研制各阶段的相关人机工程学内容

航空保障设备的研制过程主要包括产品规划、总体方案、详细设计、试验及试用四个阶段。在这些阶段中应将人机工程设计渗透到各个阶段中，主要体现在以下几个方面。

2.1 航空保障设备规划

对航空保障设备在特定环境及时机下实现任务目标而必须执行的功能进行分析确定。预估人在任务中可能承担的任务（操作、决策、监控等），采用人机工程原理将功能分配到“人工操作、自动化操作或两者相结合”，明确人与设备的功能分配。

2.2 总体方案

从人-设备-环境单方面或随机组合的角度下对要完成的关键任务进行分析，编制操作程序或其他方面使用规程，保证任务有效、安全、可靠执行。然后确定如下内容：①操作人员所需的可用的信息；②采取的操作及所需进行的身体运动；③操作所需的工作空间；④可用工作空间；⑤可能发生的危险；⑥与其他成员的协同；⑦工作环境等人机工程影响因素，据此对产品进行总体方案设计，并应随时针对分析中的不兼容或者超出身体要求等问题，对方案进行优化与改进，得出最优方案。

2.3 详细设计

将总体方案中所得到的人机工程输入以及其他适宜输入，转化成为具体的工程设计。在设计产品零部件具体参数、人机交互界面等方面时，应重点考虑人体测量参数、人的能力、技能要求、安全问题等方面要素。有条件的可以引入计算机模型进行试验，对身体及活动范围进行模拟，根据计算机输出结果进行评估或预测设备使用中可能出现的问题，进行设计迭代更改。

2.4 试验及试用

在对生产出的航空保障设备进行试验验证及试用时，也要检验设备人机工程设计方面的优劣程度，例如人-设备接口设计、设备界面设计、操作控制等方面是否简洁合理，相互作用时是否满足人体生理要求，色彩、噪声及造型等是否能优化工作环境等。对设备提出人机工程学评估，对不符合项应进行完善改进，最后正式投产交付。

3 航空保障设备人机工程设计实例分析

为更加清晰地了解人机工程设计在航空保障设备研制中的关键作用，下面介绍几种航空保障设备在满足设备本身功能要求的前提下，根据人机工程学原则所做的优化改进设计。

机轮千斤顶：用于外场更换机轮时顶起起落架等工作，同时使用次数比较频繁。原机轮千斤顶质量约30 kg，在缸外壁设置一个提手。主要存在的问题是，人员在进行短距离搬运时只能通过提手在垂直方向施加力来搬运，超过人机工程学中的适宜搬运质量要求且施力方式不科学。这就增加了日常机务工作的准备时间，降低了工作效率。为了提高工作效率，方便使用，在移动搬运形式方面进行优化。在不影响功能性能、外形尺寸，且质量改变不大的情况下对机轮千斤顶进行改进。改进后的机轮千斤顶，增加长约800 mm的可伸缩拉杆手柄，并且增加轮子。在使用时，拉手缩回，千斤顶底面着地。由于整体外形尺寸未发生变化，可以满足使用空间要求，不影响日常使用。运输时，拉出拉手，抬起后轮子着地。改进后的结构形式所需要的搬运力更小、施力方式也更加科学，极大地方便了人员搬运，解决了传统机轮千斤顶搬运移动困难的问题，提高了机务人员的工作效率。机轮千斤顶人机工程改进设计如图1所示。

图1 机轮千斤顶人机工程改进设计

充气设备：用于给飞机轮胎充气补气。原充气设备在使用时，需要与充气软管和外界气源配套。主要存在问题是，使用前需将气源、充气软管及充气设备连接起来，准备工作比较烦琐。充气过程中靠人工观察压力表来监测并控制压力输出，一旦不注意超过系统所需压力，可能会对系统造成损伤，存在安全风险。为了减少任务前准备时间，降低使用过程中的安全风险，对充气设备进行综合化设计。改进后的充气设备增加减压阀，达到设定值时可以自动关闭气源；可以自动监测轮胎胎压；自带气源。经改进，减少了完成任务所需的设备数量，简化了操作流程，重新定义了人-设备的功能分配，降低了对人员数量及操作方面熟练度要求，减少了准备时间，提高了工作效率。自动关闭气源和检测轮胎胎压则可以避免人工监测存在的安全风险，给机务人员营造一个相对安全的工作环境。充气设备人机工程改进设计如图2所示。

图2 充气设备人机工程改进设计

座舱气密试验台：用于对飞机座舱按定期检查规定或完成修理后，进行气密性试验，检查飞机座舱的气密性。原座舱气密试验台是车式结构，由外部壳体、车轮、内部系统、仪表盘组成。主要存在问题是，车体外外壳造型简单，色彩单一，整体外观不美观，不符合人机工程学中对于工作空间及环境的健康舒适要求。因此，对座舱气密试验台进行外观造型及色彩方面优化设计。改进后的座舱气密试验台，更改了侧板结构形式，增加凹槽造型；改进把手结构；增加底盘深色辅色，车体亮色条纹等。经改进，在保证主色调的情况下，加强了设备本身主辅色之间的搭配设计，提升设备的色彩视觉效果，凸显了立体感；优化了外壳的造型及把手的形式，使整体外观更具有设计感。改进后，在观感上，给人以良好的视觉效果，改善工作环境。研究表明，改进机器使之亮度适当，造型美观，可提高10%～30%的劳动生产率，在机器、工具上涂上适当色彩，可提高2%～4%的劳动生产率。因此，改进后也可提高机务人员的工作效率。

座舱气密试验台人机工程改进设计如图3所示。

图3 座舱气密试验台人机工程改进设计

4 结论

航空保障设备的种类丰富，所涉及的专业领域也比较繁杂，因此，在航空保障设备设计中贯彻人机工程学原理需要考虑多方面的影响因素。因此需要在设计过程中统筹规划，将人机工程学深入到设计的各个环节，才能更好地提高设计水平。在满足功能性能的前提下，体现设备本身的人文关怀，才能达到对使用者生理及心理的尊重，才能更好地发挥设备效能，更好地完成任务。