航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)創(chuàng)新研究*

李戰(zhàn)武，安 超，趙曉哲，楊海燕

（1.西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，西安 710072；2.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018；3.空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院，西安 710051；4.空軍工程大學(xué)空管領(lǐng)航學(xué)院，西安 710051）

航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)創(chuàng)新研究*

李戰(zhàn)武1，3，安 超3，趙曉哲1，2，楊海燕4

（1.西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，西安 710072；2.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018；3.空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院，西安 710051；4.空軍工程大學(xué)空管領(lǐng)航學(xué)院，西安 710051）

針對(duì)現(xiàn)有武器裝備在操作使用上的問題，提出一種基于航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的裝備分析評(píng)估方法。給出了航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的基本定義、基本特征。介紹了航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀；分析了航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)在裝備研制方面的重要意義并概述了其對(duì)于子學(xué)科發(fā)展的重要作用。

作戰(zhàn)工效學(xué)，人機(jī)交互，論證，智能化

0 引言

航空武器裝備是中央軍委賦予空軍完成戰(zhàn)略使命任務(wù)的依托條件，武器裝備的作戰(zhàn)效能在某種程度上決定了戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)，基于作戰(zhàn)效能有效發(fā)揮的航空武器裝備研制是目前廣泛采用的方式方法［1-2］。

無論何種武器裝備，均需要相關(guān)人員在一定空間、時(shí)間范圍內(nèi)操作武器裝備，使其按照操作人員的意圖完成作戰(zhàn)任務(wù)。這種操作，對(duì)于作戰(zhàn)飛機(jī)而言，就是飛行員，對(duì)于無人機(jī)而言，就是無人機(jī)操控員，而對(duì)于地防武器，則是完成作戰(zhàn)任務(wù)的武器操作員。人與機(jī)的交互效率和效果，需要從“人機(jī)工效學(xué)”角度進(jìn)行生理和心理的全面分析，設(shè)計(jì)良好的交互界面，方能有助于人在裝備操作中具有直觀性、便利性、敏捷性和防差錯(cuò)性［3-4］。

在現(xiàn)有的武器裝備研制過程中，采用作戰(zhàn)效能評(píng)估相關(guān)理論和方法，通過實(shí)物或半實(shí)物仿真可以得到武器裝備的作戰(zhàn)效能分析結(jié)果，使其具備了在作戰(zhàn)中評(píng)價(jià)的基本條件。在人與機(jī)的交互中，采用人機(jī)工效相關(guān)理論和方法，通過一定的生理和心理測(cè)試，確定編制的人機(jī)交互介質(zhì)和界面是否符合大多數(shù)人的操作習(xí)慣。兩種設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)并行存在，但交集較少，造成現(xiàn)有的武器裝備在操作使用上存在操作電門旋鈕多、互動(dòng)交互不便捷、信息顯示不直觀等諸多問題，在某種程度上限制了武器裝備的作戰(zhàn)效能發(fā)揮。

美國人機(jī)工程學(xué)專家Charles C.Wood對(duì)人機(jī)工程學(xué)的定義中指出，設(shè)備設(shè)計(jì)必須符合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代價(jià)而求得最高效率?？梢哉f，從人機(jī)工效學(xué)角度考慮武器裝備的作戰(zhàn)效能，是分析評(píng)估裝備設(shè)計(jì)的一種重要思路［5-8］。

研究基于航空武器裝備作戰(zhàn)效能與人機(jī)工效共同作用下的航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)，將有助于解決以上存在的若干問題，并對(duì)后續(xù)武器裝備的智能化設(shè)計(jì)，提供相應(yīng)的理論支持。

1 航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的基本內(nèi)涵

1.1 航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的基本定義

航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)是指在航空武器裝備研制過程中，從裝備作戰(zhàn)使用頂層設(shè)計(jì)入手，充分融合作戰(zhàn)效能與人機(jī)工效的基本理論和思想，構(gòu)建符合裝備作戰(zhàn)效能發(fā)揮的人機(jī)工效設(shè)計(jì)思路和評(píng)價(jià)機(jī)制，全面提升航空武器裝備的作戰(zhàn)使用效果。

航空武器裝備作戰(zhàn)工效側(cè)重于從“人”的角度來衡量裝備的作戰(zhàn)效能，將操作人員的操作效能融入作戰(zhàn)效能，是一種裝備設(shè)計(jì)論證的新方法。

1.2 航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的基本特征

航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)作為裝備設(shè)計(jì)論證的新方法，具有如下重要特征：

1）“人”與“機(jī)”的有機(jī)融合。作戰(zhàn)工效學(xué)的首要特點(diǎn)在于，將“人”的因素納入作戰(zhàn)效能的評(píng)估指標(biāo)體系中，通過建立人的模型，綜合考慮“人”的思維方式、反應(yīng)速度、人體工效和情緒變化，形成一種能夠衡量“人”在機(jī)器使用過程中對(duì)機(jī)器效能產(chǎn)生的影響，從而將“人”加入效能評(píng)估的閉環(huán)，形成對(duì)武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估的有效指導(dǎo)。

2）“效能”與“工效”的相互融合。一般情況下，武器裝備的作戰(zhàn)效能是指特定條件裝備性能的發(fā)揮程度和形成的作戰(zhàn)效果的總和。裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估側(cè)重于從裝備的性能指標(biāo)和作戰(zhàn)使用條件進(jìn)行分析和評(píng)估，而較少考慮人機(jī)結(jié)合的問題。人機(jī)工效作為研究人、機(jī)械及其工作環(huán)境之間相互作用的學(xué)科，能夠?qū)⒃O(shè)備操作中人的因素進(jìn)行分析和建模，進(jìn)而形成基于工效的武器裝備效能評(píng)估方法。

3）“性能”與“使用”的相互結(jié)合。在武器裝備效能評(píng)估的具體方法中，一般側(cè)重于基于裝備的技戰(zhàn)術(shù)性能參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，形成的分析結(jié)論是基于武器裝備完全發(fā)揮了其各項(xiàng)性能這個(gè)基本條件。然而，隨著裝備復(fù)雜程度的不斷提高和武器裝備操作流程的復(fù)雜性，操作人員對(duì)武器裝備的“使用”程度直接決定了裝備性能的發(fā)揮。人的反應(yīng)時(shí)間、操作邏輯的正確性、操作時(shí)間的約束等條件將直接影響作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。作戰(zhàn)工效學(xué)能夠確保從武器裝備性能和人的操作水平兩方面來綜合衡量作戰(zhàn)效能，做到“性能”與“使用”的有機(jī)結(jié)合。

2 航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)和研究現(xiàn)狀

航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)是一個(gè)交叉學(xué)科，涉及到多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。

2.1 人機(jī)工效學(xué)

人機(jī)工效研究是體現(xiàn)人與設(shè)備良好結(jié)合的重要研究學(xué)科。近年來，對(duì)人機(jī)工效的研究越來越廣泛，也越來越受到人們的重視。但現(xiàn)有的人機(jī)工效研究主要基于生理和心理的研究，對(duì)飛行員的適應(yīng)能力、反應(yīng)能力進(jìn)行了較為充分的研究，而對(duì)于作戰(zhàn)需求下的人機(jī)工效研究現(xiàn)在還處于空白狀態(tài)［9-11］。

2.2 武器裝備發(fā)展論證科學(xué)

武器裝備發(fā)展論證是基于作戰(zhàn)需求確定裝備能力需求的學(xué)科。武器裝備發(fā)展論證要關(guān)注技術(shù)層面、系統(tǒng)發(fā)展層面和全面規(guī)劃層面的論證，并且是一個(gè)統(tǒng)籌兼顧、全面考慮的綜合性問題。目前，我軍裝備發(fā)展論證經(jīng)歷了模仿和跟蹤研究階段，已基本步入了正規(guī)，形成了大量的武器裝備發(fā)展論證的成果，并在多種型號(hào)研制過程中進(jìn)行應(yīng)用［12-13］。

2.3 武器裝備作戰(zhàn)使用學(xué)科

武器裝備作戰(zhàn)使用學(xué)科是指從使用人員的角度對(duì)武器的基本原理、使用方法和操作流程進(jìn)行說明的學(xué)科。裝備作戰(zhàn)使用一般涉及具體的型號(hào)，需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。裝備作戰(zhàn)使用不僅要考慮具體設(shè)備的工作機(jī)制和使用條件，同時(shí)需要綜合考慮戰(zhàn)術(shù)需求和協(xié)同配合，因而是一個(gè)綜合性的問題。隨著我軍裝備的不斷更新，各類裝備的作戰(zhàn)使用問題成為提升作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)［14］。

3 航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)在裝備研制方面具有重要意義

作戰(zhàn)工效學(xué)能夠充分結(jié)合人機(jī)工效相關(guān)理論對(duì)裝備操作使用的便捷性、可靠性、防差錯(cuò)性等基本要求進(jìn)行分析評(píng)估，進(jìn)而對(duì)航空武器裝備設(shè)計(jì)、研制提供有效的指導(dǎo)。綜合看來，航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)在裝備研制方面具有重要的理論意義和研究?jī)r(jià)值。

3.1 從頂層設(shè)計(jì)確定航空武器裝備新的研制思路

作戰(zhàn)工效學(xué)為航空武器裝備的設(shè)計(jì)研制提供了新的思路，并能在裝備研制的各階段發(fā)揮重要作用。在需求論證階段，作戰(zhàn)工效學(xué)能夠有效指導(dǎo)武器裝備性能參數(shù)的論證和指標(biāo)需求確定，確保論證方向兼顧裝備性能和可操作性，為作戰(zhàn)使用效果的提升奠定基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)試驗(yàn)階段，作戰(zhàn)工效學(xué)能夠提供相應(yīng)的試驗(yàn)評(píng)估模型和方法，為具體設(shè)備的作戰(zhàn)工效的評(píng)價(jià)提供試驗(yàn)規(guī)范和流程約束。在定性裝備階段，作戰(zhàn)工效學(xué)能夠指導(dǎo)操作人員使用最佳的操作方法和流程，從作戰(zhàn)使用角度來規(guī)劃和約束操作人員的具體操作，從而為航空武器裝備充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能提供保障。綜上所述，在武器裝備研制的各階段，都應(yīng)將作戰(zhàn)工效作為一個(gè)重要因素進(jìn)行考慮，以確保面向作戰(zhàn)使用的作戰(zhàn)效能的發(fā)揮［15］。

3.2 從以裝備性能提升為主轉(zhuǎn)而兼顧人機(jī)交互便捷性

現(xiàn)階段，新武器裝備的性能提升往往側(cè)重于對(duì)裝備本身的性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和合理提升，而對(duì)操作使用武器裝備的“人”的因素考慮不夠或不深入。復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下，“人”的因素至關(guān)重要，人機(jī)交互的質(zhì)量直接影響著武器裝備性能的發(fā)揮，因而從人機(jī)交互的角度提升武器裝備的性能是一個(gè)可行的方法。在作戰(zhàn)裝備的論證與研制階段，需要將裝備的作戰(zhàn)效能與人機(jī)工效結(jié)合起來，兼顧人機(jī)交互質(zhì)量，從便捷性、可靠性、防差錯(cuò)性等方面就人機(jī)交互質(zhì)量進(jìn)行衡量，形成具體的評(píng)估方法和流程，提供完善的評(píng)估模型和指標(biāo)體系。作戰(zhàn)工效學(xué)能夠指導(dǎo)完成人機(jī)交互質(zhì)量的分析與建模，從而為武器裝備性能提升提供新方法。

3.3 為航空武器裝備智能化設(shè)計(jì)提供了解決方案

武器裝備的智能化是信息化作戰(zhàn)條件下武器裝備發(fā)展的基本趨勢(shì)，也是作戰(zhàn)工效學(xué)能夠發(fā)揮作用的一個(gè)重要方面。對(duì)于新型的武器裝備，在評(píng)估人機(jī)交互質(zhì)量的過程中，作戰(zhàn)工效學(xué)需要建立人的模型，形成基于“人-機(jī)”閉環(huán)的交互質(zhì)量評(píng)估方法。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化“人-機(jī)”閉環(huán)，提升人機(jī)交互質(zhì)量，能夠探索并形成智能化的武器裝備使用邏輯和基本流程，以及容錯(cuò)方法和策略。在此基礎(chǔ)上，研究基于人機(jī)工效的武器裝備作戰(zhàn)效能，進(jìn)一步優(yōu)化和完善機(jī)載設(shè)備尤其是火控系統(tǒng)界面，能夠大大增強(qiáng)武器裝備的“智能化”程度，對(duì)于復(fù)雜作戰(zhàn)條件下提升裝備的作戰(zhàn)效能將起到極大的促進(jìn)作用。同時(shí)，建立“人”的模型，形成基于“人”的人機(jī)交互評(píng)估的閉環(huán)，對(duì)于智能化火控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)和無人作戰(zhàn)飛機(jī)自主行為決策也有重要的參考價(jià)值。因此，為航空武器裝備智能化設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)思路和解決方案。

4 航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)發(fā)展了新的學(xué)科方向

航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)是結(jié)合人的因素研究武器裝備作戰(zhàn)使用的新方法，在武器裝備需求論證、智能化設(shè)計(jì)、效能提升方法研究以及作戰(zhàn)使用研究等方面都將發(fā)揮重要的作用。通過對(duì)火控專業(yè)課程的分析，我們認(rèn)為，航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)對(duì)以下子學(xué)科的發(fā)展和完善都具有一定的促進(jìn)作用。

4.1 航空火控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

航空火控系統(tǒng)［16］作為重要的機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)，對(duì)作戰(zhàn)效果起著至關(guān)重要的作用?；鹂叵到y(tǒng)總體設(shè)計(jì)需要綜合考慮火控系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)、交聯(lián)關(guān)系、操控邏輯以及戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法規(guī)則等各個(gè)方面，與此同時(shí)，火控系統(tǒng)又是直接面向飛行員的重要系統(tǒng)，火控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展必須考慮人的因素。航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)能夠從設(shè)計(jì)思路、具體原則以及“人-機(jī)”評(píng)估閉環(huán)的構(gòu)建等方面對(duì)火控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

火控系統(tǒng)的智能化也是新一代作戰(zhàn)飛機(jī)必須解決的一個(gè)重要問題。航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)能夠從人機(jī)交互質(zhì)量方面對(duì)火控系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)提供一定的思路和驗(yàn)證方法，因而能夠?qū)鹂叵到y(tǒng)總體設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

4.2 航空武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估

從作戰(zhàn)工效學(xué)的角度，在航空武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估方法中加入人機(jī)交互質(zhì)量的評(píng)估，拓展航空武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估方法。人機(jī)交互質(zhì)量的評(píng)估可以從操作便捷性、可靠性、智能性等指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，同時(shí)，面向人機(jī)交互質(zhì)量的評(píng)估方法，需要構(gòu)建人機(jī)閉環(huán)的評(píng)估模型和試驗(yàn)環(huán)境。

通過在效能評(píng)估中增加對(duì)人機(jī)交互的評(píng)估，航空武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估將克服只考慮裝備能力參數(shù)的缺點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)從作戰(zhàn)使用角度對(duì)武器裝備效能進(jìn)行評(píng)估。

4.3 機(jī)載武器作戰(zhàn)使用原理

目前，通過對(duì)機(jī)載武器的作戰(zhàn)使用基本原理的分析，主要考慮設(shè)備的技戰(zhàn)術(shù)性能和武器的作戰(zhàn)使用條件，未能結(jié)合人的操作規(guī)范進(jìn)行深入詳細(xì)的說明。如對(duì)空射擊的瞄準(zhǔn)時(shí)間、導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻載機(jī)操縱注意事項(xiàng)、對(duì)地攻擊穩(wěn)環(huán)時(shí)間等等具體的操作都需要明確人的作用，以及操作的時(shí)間指標(biāo)、精度指標(biāo)等等。因此，從作戰(zhàn)工效學(xué)的角度出發(fā)，將人的因素作為機(jī)載武器作戰(zhàn)使用的重要要素進(jìn)行明確和規(guī)范，有助于有針對(duì)性地培養(yǎng)規(guī)范操作意識(shí)，掌握操作使用的要領(lǐng)，提升機(jī)載武器作戰(zhàn)使用效果。

5 結(jié)論

航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)是面向武器裝備作戰(zhàn)效能提升而提出的裝備設(shè)計(jì)論證的新方法。本文首先提出了航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)的基本概念和基本內(nèi)涵；在此基礎(chǔ)上分析了關(guān)鍵技術(shù)和研究現(xiàn)狀，并從航空武器裝備研制的3個(gè)方面闡述了基于作戰(zhàn)工效學(xué)的裝備論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，指出了作戰(zhàn)工效學(xué)的重要意義；最后，從火控專業(yè)學(xué)科建設(shè)角度指出了航空武器裝備作戰(zhàn)工效學(xué)對(duì)學(xué)科建設(shè)的促進(jìn)作用。

可以說，隨著武器裝備復(fù)雜程度的不斷提高，以及信息化設(shè)備和智能化設(shè)備的進(jìn)一步增加，從作戰(zhàn)工效學(xué)角度研究裝備性能需求和效能提升方法將會(huì)成為一個(gè)重要的研究方向，并將在武器裝備的發(fā)展中起到越來越重要的作用。

［1］楊建軍.武器裝備發(fā)展系統(tǒng)理論與方法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［2］SCHNEIDEWIND N.Equipment selection models for space systems：cost-effectiveness，reliability and maintainability［J］.Journal of Aerospace Computing Information and Communication，2009（6）：415-432.

［3］ISNARD T M，EDGARD T M.Human errorin aviation：the behavior of pilots facing the modern technology［J］.Lecture Notes in Computer Science，2013（10）：160-168.

［4］LIN S C，CHEN J C，LI W C.The analysis of human error prevention strategies in military aviation［J］.Lecture Notes in Computer Science，2015，9174（1）：428-435.

［5］DAISUKE K，MAKOTO T.Human-machine system simulation for supporting the design and evaluation of reliable aircraft cockpit interface ［C］//International Joint Conference，2006：55-60.

［6］STANTON N.Human factors in consumer products［M］.Abingdon：Taylor&Francis，1997.

［7］WANG L J，XIANG W.The virtual evaluation of the ergomics layoutin aircraft cockpit［J］.Computer-Aided Industrial Design＆Conceptual Design，2009，37（3）：1438-1442.

［8］SENOL M B，DAGDEVIREN M.Evaluation of cockpit design by using quantitative and qualitative tools［J］.Industrial EngineeringandEngineeringManagement，2009，41（5）：847-851.

［9］CHARYTONOWICZ J.Evolutionary changes in the traditional ergonomics［J］.Lecture Notes in Computer Science，2009，5614（1）：450-459.

［10］丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

［11］JOHN R W.Fundamental of systems ergonomics［J］.Applied Ergonomics，2014（3）：5-13.

［12］GORDEER Y A，PAVLOV A A，ZOLOTUKHIN V F.Appraising serviceability and safety of weapon systems and military equipment［J］.Military Thougt，2003（2）：140-147.

［13］羅繼勛.航空武器系統(tǒng)效能評(píng)估與系統(tǒng)優(yōu)化［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2009.

［14］YANEZ J，ORTUNO T，VITORIANO B.A simulation approach to reliability analysis of weapon systems［J］.European JournalofOperationalResearch，1997，97 （5）：216-224.

［15］汪浩生.航空火控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)［D］.西安：空軍工程學(xué)院，2006.

Research for Innovation on Air Borne Weapon Operational Ergonomics

LI Zhan-wu1，3，AN Chao3，ZHAO Xiao-zhe1，2，YANG Hai-yan4
（1.School of Electronic Communication，North Western Polytechnical University，Xi’an 710072，China；2.Dalin Naval Academy，Dalian 116018，China；3.School of Aeronautics and Astronautics Engineering，Air Force Engineering University，Xi’an 710051，China；4.ATC Navigation，Air Force Engineering University，Xi’an 710051，China）

The method is proposed to analysis and estimate equipments based on air borne weapon operational ergonomics.It is aiming at the operation issue of air borne weapon.Basic definition and characteristic is expounded about air borne weapon operational ergonomics.Present status of development is introduced on air borne weapon operational ergonomics.The important significance of equipment development is analyzed on air borne weapon operational ergonomics.At last，the important effect is summarized about development of sub-discipline.

operational ergonomics，human-machine interaction，argument，intellectualization

TJ91

：A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.06.039

2016-05-14

：2016-06-28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61472441）

李戰(zhàn)武（1978- ），男，陜西三原人，碩士，副教授。研究方向：航空武器火力控制原理與技術(shù)、作戰(zhàn)決策。

1002-0640（2017）06-0171-04