機艙設計

機艙即是一個系統，由許多互相作用，互相依賴又互相矛盾的部分和方方面面結合而成，是一個有特定功能的有機整體。系統工程就是對系統的方方面面進行分析、瞭解、查明它們之間的關係、在系統中的地位、各自的能力和限度，對系統的規劃、研究、設計、製造、試驗和使用等進行組織管理的技術。系統對於它所從屬的更大的系統來説又是一個子系統，例如機艙是飛機的一部分，而飛機又是運輸系統或國防武器系統的一部分等等。但因為人在完成飛行任務中有舉足輕重的地位，所以作為人一機交往中心的機艙，其設計問題特別複雜，重要性特別大，成千上萬的相互關係和矛盾都要照顧妥貼，求得最佳方案。例如軍用飛機的性能要求機艙儘量小、儘量輕，但為了飛行員能操縱、工作和感到舒適又要求機艙足夠地大，和人體的特點、能力相適應；空氣動力學要求機艙外形儘量平滑、流線型，而為了保障飛行員對機艙外面的觀察又要求有起碼角度的風檔等等，這樣的例子不勝枚舉。

採用系統工程方法，主要的步驟包括：①對系統提出要求；②根據要求設計系統；③評價設計方案；④修改要求；⑤再設計。為了求得最佳方案，這幾個步驟不可能一次就完成，而需要多次反覆循環和評價改進不可。評價的標準固然包括技術合理，經濟合算，研製週期短，運轉協調等等，但現今最受重視和技術上亟待發展的是航空工效學的評價。一架飛機性能再高，技術再先進，飛機機艙的總體佈局、顯示器和控制器設計和選配不適於人的使用，也會使整個系統的工效學水平下降，甚至影響飛行員的安全。尤其在飛機制成之後，再發現不當之處，事後的修改將極其困難和複雜。因此，設計機艙時，航空工效學中最重要的原則是從設計一開始就必須考慮人的因素，在設計中反映出來，並貫穿始終。 ^[1] 

機艙設計的第一步，或者説是準備階段，是明確下列事項或進行下列調查及資料的準備：

(一)飛行的目的、任務及有關事項與目的有關的還有飛行距離、飛行員的人數、飛行速度及高度等項。

(二)飛行員的任務分析飛行員在機艙中駕駛和執勤的全過程，是否有的階段過於單調，致使精神渙散或過分緊張，應接不暇；工作負荷是否超過飛行員承受水平；這些問題不僅在模擬試驗階段應予鑑定，在設計之初即應分析和估計，包括哪些任務應由人來承擔，哪些任務應由機器承擔等等。

(三)有關設計的要求和制約事項

要全面地考慮各方面的要求，分清主次，尋求能兼顧各方面的解決方案。例如空氣動力特性帶來的機身形狀和風檔角度間矛盾的解決，機艙空間和重量的限制，儀表裝備的選擇，乘員數的確定以及緊急脱離機艙的方式等事項的探討。

(四)航空工效學的標準查閲、遵循和分析研究

例如我國機艙設計方面的軍用標準有：GJB35-85殲擊機座艙基本尺寸；GJB19-84殲擊機座椅基本尺寸等。

一旦明確了機艙設計的目的，並且具備了必要的資料，就完成了設計工作的第一步，以後便是按前述的步驟循環往復，直到符合航空工效學的要求為止。這種驗證、改進(再設計)、再驗證的多次循環，逐步向理想的或可以被接受的設計逼近的過程，正是系統工程的特點之一。 ^[1] 

飛機機艙設計的實際步驟從圖1中可以看出多次循環的軸心就是使人-機關係，特別是工作負荷，接近航空工效學的要求。

圖1為機艙設計流程圖，表示從需求到認可直至生產的信息流程。簡言之，首先是確定擬議中的系統在使用時如何操作。其次是確定飛行員將執行的任務。第三步是分析飛行員工作負荷與時問安排。這些步驟將重複進行，直到預測的工作負荷可以被飛行員接受，並能在要求的時間內完成任務為止。此時，下一步的工作是形成詳細的硬件和軟件設計，然後再次進行工作負荷分析。通過進行器械模擬、任務模擬或飛行試驗，以證實預測的工作負荷，並據此對設計細節作改動。下面對圖1各步驟加以解釋 ^[1]  ：

(一)需要

根據擬議中的機艙要求，確定什麼是飛行員需要做的，從而明確目前機艙所不具備的性能或需要改進的地方。例如，飛行員可能需要在一種惡劣氣候或能見度差的情況下進行着陸的方法。也可由用户、買方根據具體情況提出新的需要。

(二)任務

必須審查飛機的總目標，以便弄清某一特殊需要與飛機總目標的關係。例如，在惡劣氣候或能見度差的情況下，飛機需要着陸多少次，如果只是偶爾着陸，某種解決方法就夠了，如果着陸次數多，就需要另一種不同的方法。

(三)擬定內外環境中諸事件的時間序列

應該記錄未來飛機使用中發生的典型事件，並描述所有預計會發生的事件，還應對事件發生的時間和持續時間作出判斷，即飛機完成動作任務的時間和情況，以便判斷在執行任務的某一特定時刻的環境或時間緊迫情形。

(四)確定飛行員的職能及職能要求

在需要、任務和時間方案基礎上，人的因素工程師應該確定需要執行的功能與對系統的要求。例如，飛行員要完成導航任務，對羅盤的數量和必須的精度要有要求，飛行員才能瞭解所需的信息。

(五)職能的時間序列的作用

根據確定的功能，應重新回顧前面擬定的諸事件的時間序列，把任務分別歸攏到前面確認的事件中去，這就開始了把需要與任務分析中所提到的要求轉變為具體工作的過程，研究時間夠不夠用。

(六)人-機職能分工

應對飛行人員與機器的分工作出決定。根據是前面的完成任務情況的分析，還應考慮到發展某一系統的費用，及發生故障時給飛行員帶來的困難和後果。

(七)機艙系統的概念設計

提出機艙初步設計方案和任務將如何執行，這包括硬件的類型與格局，以及自動化系統的操作。方案的確定需多次重複才得以完善。

(八)工作清單

對羅列的各項工作進行評價，研究其對完成職能的作用，能否在指定時間內完成，再一次進行功能分析。

(九)粗略的工作分析

按工作清單中的工作，重新擬定時間序列，逐分鐘的登記，藉以評價時間的利用及工作負荷有無矛盾，有無過度工作負荷。

(十)詳細的工作分析

若發現工作負荷過度，可按時間序列逐分鐘的研究工作安排，經詳細研究之後重新安排工作。

(十一)工作負荷的預測

根據對某項工作的認知、聽覺、視覺和神經活動的要求，進行詳細的工作分析，做出工作負荷的預測，如超負荷，應回到6、7步驟，修改設計，6~11各步驟可能要執行多次，直到預測的工作負荷可接受為止。

(十二)信息及操縱要求

根據飛行員執行任務的需要，研究信息量及操縱動作是否過大。

(十三)機艙佈局

機艙總體佈局可同時按兩條路線進行設計：①按機身總設計安排操縱和顯示裝置，②按人體測量尺寸安排彈射救生系統。

(十四)操縱/顯示設計

按7項將設計具體化，如用多功能顯示器的“清單”提取信息，要按2，4、7、8項設計，此時需要弄清飛行員需做什麼，需要什麼信息、有哪些同時做的動作。

(十五)機艙設計與其他方面的關係

例如，在機艙內進行維修應保證很方便。

(十六)部分任務的模擬

對那些新設計的裝置和方法，研究工作負荷問題，可通過部分任務的模擬試驗，來看實際與原設計意圖是否相符。

(十七)機艙詳細設計

此時可交付機艙、硬件安裝、顯示器或操縱裝置，座椅等的藍圖，以便完成或組裝研製週期長的項目。

(十八)顯示器和操縱器的詳細設計

在完成部分任務模擬以後，明確了對顯示器和操縱器的要求，以及需要改進的方面，此時，應公佈最後定案的顯示器和操縱器的設計。

(十九)實驗要求

人的因素工程師應根據最初的“需要”和“任務”檢查總的設計，確定工作負荷和完成任務的要點，批准設計，擬定實驗計劃。

(二十)模擬的要求

詳細的操縱器、顯示器設計、執行任務方案和實驗要求可以決定需要模擬艙項目，逼真度的要求，收集什麼實驗數據。

(二十一)任務模擬

在模擬器上進行任務模擬，或階段性的任務模擬，以評價設計的優劣。

(二十二)飛行試驗

樣品設備或關鍵性的安全項目應在飛行試驗中運行，這可在試驗枱上的飛機或在飛機的真實飛行試驗中完成。

(二十三)生產設計

一旦完成模擬與飛行試驗之後，可能還需要對機艙設計進行改進，即有創見的飛行員對設計可能提出明確的意見，這種修改有利於制定有充分依據的生產定型設計。 ^[1]