基于需求的民用直升機(jī)駕駛艙MBSAP方法構(gòu)建研究

牟曉偉，李治權(quán)，何振亞

中國航空研究院，北京，100029

駕駛艙作為飛行員操縱直升機(jī)實(shí)現(xiàn)飛行和執(zhí)行任務(wù)的平臺(tái)，融合了多個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)理念、使用的技術(shù)、布局形式等多個(gè)方面反映了飛行器技術(shù)水平[1-3]。如何將這些系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，既能準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)又能讓使用者操作起來得心應(yīng)手，是需要我們探究的科學(xué)問題。駕駛艙設(shè)計(jì)學(xué)科包括認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人機(jī)交互、人因工程、人體工程學(xué)等，其中設(shè)備布局、設(shè)備操控、信息顯示及告警等更是直接面向駕駛艙設(shè)計(jì)[4]。駕駛艙設(shè)計(jì)的最終目的是提高飛行安全性，提高任務(wù)完成率，同時(shí)不會(huì)造成飛行員工作負(fù)荷過重或駕駛艙信息過載。上述工作和研究內(nèi)容需要通過科學(xué)的方法，從設(shè)計(jì)之初便貫徹并落實(shí)在設(shè)計(jì)過程之中，并能夠應(yīng)用于不同機(jī)型，以達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果。

最初的駕駛艙設(shè)計(jì)想法很簡單，就是在安全飛行的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確高效地完成飛行任務(wù)。早期駕駛艙通過儀表為飛行員提供空速、高度等基本飛行數(shù)據(jù)[5]。20世紀(jì)70年代以后，隨著自動(dòng)化技術(shù)和綜合信息技術(shù)的發(fā)展，航空產(chǎn)品集成化程度不斷提高，綜合顯示系統(tǒng)逐漸取代分立式儀表駕駛艙，先進(jìn)且直觀的綜合化電子數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)、數(shù)字式自動(dòng)駕駛儀、先進(jìn)的飛行管理系統(tǒng)等形成了現(xiàn)代化的玻璃座艙設(shè)計(jì)[6]。技術(shù)在進(jìn)步的同時(shí)，給駕駛艙設(shè)計(jì)也帶來了新的問題?，F(xiàn)代直升機(jī)駕駛艙集成了直升機(jī)所有系統(tǒng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)，這對(duì)系統(tǒng)集成、系統(tǒng)交聯(lián)、信息顯示、數(shù)據(jù)處理等都提出了更高的要求。處理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)關(guān)系是航空業(yè)內(nèi)一直關(guān)注并著力發(fā)展的方向。

系統(tǒng)工程起源于第二次世界大戰(zhàn)后的“曼哈頓工程”[7]。20 世紀(jì)90 年代，以波音為主的航空企業(yè)開展了面向航空的系統(tǒng)工程技術(shù)應(yīng)用研究[8]。隨著航空產(chǎn)品構(gòu)型越來越復(fù)雜，型號(hào)數(shù)量越來越多，跨學(xué)科、跨系統(tǒng)的交叉融合越來越多樣化，導(dǎo)致原有的系統(tǒng)工程難以有效保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性和可追溯性，同時(shí)當(dāng)下航空產(chǎn)品面向全生命周期的設(shè)計(jì)、維護(hù)與保障、管理等多個(gè)方面，需要用一種更科學(xué)、合理、高效的方法來解決系統(tǒng)工程難以解決的問題?；谏鲜隼щy和挑戰(zhàn)，2000 年年初，美國國家航空航天局（NASA）在原有系統(tǒng)工程研制模式基礎(chǔ)上發(fā)展了國際系統(tǒng)工程組織（ⅠNCOSE）提出MBSE，并建立了自己的系統(tǒng)建模語言SysML，以滿足復(fù)雜程度更高的航空產(chǎn)品研制需求[9]。我國在航空、航天、空間技術(shù)等方面也開展了MBSE技術(shù)研究，并成功地應(yīng)用到具體型號(hào)研制中，取得了很好的成效。

直升機(jī)駕駛艙作為直升機(jī)的大腦，集成了直升機(jī)所有系統(tǒng)，具有態(tài)勢感知、信息傳遞與處理、信息顯示、操縱器件布置等多種功能，具有設(shè)計(jì)難度大、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、交聯(lián)關(guān)系多變等特點(diǎn)，在以往的型號(hào)設(shè)計(jì)中，對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)進(jìn)行更改時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了項(xiàng)目進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量。

本文針對(duì)直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)所面臨的問題，從用戶需求入手，開展面向直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)的基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)流程（MBSAP）設(shè)計(jì)方法及評(píng)價(jià)策略研究，以建立一種普適的駕駛艙設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，為直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

1 基于用戶需求的駕駛艙MBSAP 框架體系構(gòu)建

駕駛艙設(shè)計(jì)的需求可能來自多個(gè)方面，包括直接使用者（飛行員、地勤維護(hù)人員）及直升機(jī)的運(yùn)營人，甚至各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)員對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)也有各自的需求和建議，由此匯集起來的需求會(huì)有幾千條甚至上萬條。長期以來，設(shè)計(jì)人員對(duì)直接使用者的需求了解較少，沒有引起足夠的重視，大部分設(shè)計(jì)都是沿襲前人的設(shè)計(jì)成果，并沒有更好地融入新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)需求，這阻礙了駕駛艙設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。因此，我們在滿足適航要求的基礎(chǔ)上，從相關(guān)利益方的需求視角出發(fā)，將需求分解形成直升機(jī)駕駛艙的功能，最終落實(shí)到具體系統(tǒng)和詳細(xì)設(shè)計(jì)中，從正向設(shè)計(jì)的角度，重新定義駕駛艙設(shè)計(jì)。

面向駕駛艙設(shè)計(jì)的MBSAP框架構(gòu)建包括需求域、功能域和物理域三部分[10]，其中需求域包括利益相關(guān)方的需求獲取與分析，形成相應(yīng)的駕駛艙總體設(shè)計(jì)需求；功能域主要是基于需求的駕駛艙功能設(shè)計(jì)，將需求分解向功能轉(zhuǎn)化，并體現(xiàn)在各個(gè)組成系統(tǒng)中，以系統(tǒng)集成來滿足使用要求；物理域則是將功能落實(shí)到具體設(shè)計(jì)中，包括系統(tǒng)方案和詳細(xì)設(shè)計(jì)等工作，其中涉及信息顯示、操縱器件設(shè)計(jì)等，駕駛艙設(shè)計(jì)框架如圖1所示。設(shè)計(jì)工作完成后，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)范、總體設(shè)計(jì)要求、適航規(guī)章等對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的符合性開展檢驗(yàn)及驗(yàn)證工作，以建立的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則開展效能評(píng)估并進(jìn)行優(yōu)化，以評(píng)價(jià)結(jié)果滿足需求為最終目標(biāo)，形成設(shè)計(jì)閉環(huán)。

圖1 基于MBSAP方法的駕駛艙設(shè)計(jì)框架Fig.1 Cockpit design method based on MBSAP

2 相關(guān)利益方需求的獲取

駕駛艙是直升機(jī)的大腦，為飛行員提供信息、操作空間和手段，是直升機(jī)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。駕駛艙利益相關(guān)方主要涉及三個(gè)方面，分別是飛行員、地勤人員和運(yùn)營公司，他們分別代表不同的需求屬性。作為直升機(jī)的直接使用者，飛行員的需求是最有參考價(jià)值的，地勤人員作為日常維護(hù)者，其意見對(duì)駕駛艙使用和維護(hù)有著很大的借鑒意義，運(yùn)營公司作為直升機(jī)的擁有者，在運(yùn)營成本等方面對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)有著更深入的考量，駕駛艙設(shè)計(jì)需求組成如圖2所示。

2.1 飛行員需求

駕駛艙設(shè)計(jì)在保證飛行安全和任務(wù)順利執(zhí)行的同時(shí)，還需要考慮飛行員心理和生理等多方面情況。駕駛艙設(shè)計(jì)是否合理、舒適、友好是考核駕駛艙設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)技術(shù)與水平是否先進(jìn)的重要指標(biāo)。對(duì)于具體設(shè)計(jì)工作，如設(shè)備的布局、信息顯示模式、操作開關(guān)等，飛行員的意見最為直接也最為重要，而這也是航空器評(píng)審（AEG）審查中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。根據(jù)型號(hào)設(shè)計(jì)及民航審查中形成的飛行員意見，總結(jié)飛行員具體需求如下[11]:（1） 安全、舒適、高效:駕駛艙設(shè)計(jì)在保證飛行安全的同時(shí)，盡量兼顧舒適性和高效率；（2） 駕駛艙信息與告警系統(tǒng):對(duì)呈現(xiàn)給飛行員的信息在滿足飛行安全的情況下盡量簡化，告警信息要準(zhǔn)確、簡潔、清晰反映故障情況，不應(yīng)造成飛行員誤判；（3） 駕駛艙布置:駕駛艙設(shè)備布置不應(yīng)妨礙正常飛行操作，且操作應(yīng)順暢；（4） 駕駛艙自動(dòng)化:在常規(guī)飛行中，以自動(dòng)化設(shè)計(jì)代替人工操作，減輕飛行員負(fù)擔(dān)；（5） 新技術(shù)、新功能的應(yīng)用:新技術(shù)、新功能的使用不應(yīng)超出大部分飛行員能夠接受的水平；（6） 飛行員的最終控制權(quán):對(duì)直升機(jī)飛行控制的最終決策權(quán)始終掌握在飛行員手中；（7） 機(jī)組之間的協(xié)調(diào):設(shè)備布置有利于飛行及任務(wù)執(zhí)行，滿足機(jī)組之間協(xié)調(diào)的需求；（8） 駕駛艙對(duì)飛行員的要求:在經(jīng)過培訓(xùn)后，飛行員應(yīng)對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)有準(zhǔn)確的了解，不應(yīng)產(chǎn)生誤解；（9） 誤動(dòng)作影響:設(shè)備布置與按鈕/開關(guān)設(shè)計(jì)要充分考慮誤動(dòng)作的影響。

2.2 地勤人員需求

在日常使用中，直升機(jī)的維護(hù)是保證安全、提高出勤率、提升任務(wù)執(zhí)行率的關(guān)鍵，地勤維護(hù)人員的意見同樣需要得到重視。在具體的設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員為了規(guī)避自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知的局限性，必須征求有經(jīng)驗(yàn)的地勤維護(hù)人員的意見，尤其是對(duì)同系列機(jī)型有著多年使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的人員。這其中涉及日常維護(hù)、日歷檢查便捷，設(shè)備維護(hù)可達(dá)性好，設(shè)備更換操作簡單，同時(shí)考慮相似或多于兩套以上的系統(tǒng)設(shè)備要有防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，對(duì)于地面維護(hù)故障信息的獲得與可判讀同樣非常重要。此外，還需要考慮AEG審查內(nèi)容之一的“航空器檢查大綱”相關(guān)工作。

根據(jù)型號(hào)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，征求地面維護(hù)人員的意見，形成地勤人員需求，包括故障顯示清晰、準(zhǔn)確，便于故障查找與排故；設(shè)備維護(hù)的可達(dá)性與時(shí)間間隔的合理性；運(yùn)輸與存放期間的維護(hù)、保養(yǎng)、封裝合理性；拆卸與安裝的便捷性；航前/航后檢查合理、便捷性[12]。

2.3 運(yùn)營人需求

按照《中國民用航空規(guī)章》CCAR-91/135 部運(yùn)營規(guī)章要求，對(duì)直升機(jī)應(yīng)加裝的設(shè)備有以下要求:飛行數(shù)據(jù)記錄、艙音記錄、通信設(shè)備數(shù)量等，在考慮飛行安全和任務(wù)執(zhí)行的同時(shí)，航空器運(yùn)營人作為運(yùn)營方，有著不同于飛行員和地面維護(hù)人員的需求，具體的要求包括:安全可靠；操作便捷；適應(yīng)多種任務(wù)；適應(yīng)各種環(huán)境；拆裝運(yùn)輸方便；使用維護(hù)成本低；滿足包括海上運(yùn)營等特殊運(yùn)營類型。

3 需求分解

3.1 功能劃分

在獲取了相應(yīng)的需求信息后，需要開展需求分析，將需求轉(zhuǎn)化為駕駛艙對(duì)應(yīng)的功能，進(jìn)而分解到各個(gè)系統(tǒng)中。駕駛艙作為一個(gè)人機(jī)交互的平臺(tái)，包括飛行操縱功能、設(shè)備布局與安裝、信息顯示與告警、環(huán)境控制、安全與逃生、使用與維護(hù)等[13]，現(xiàn)將其具體功能描述如下。

（1） 飛行操縱功能

能夠滿足直升機(jī)正常啟動(dòng)功能，直升機(jī)飛行中的基本操縱功能，以及故障及應(yīng)急情況下具備應(yīng)急處置功能。

（2） 設(shè)備布局與安裝

設(shè)備的選擇依據(jù)CCAR-27/29/91/135 部要求進(jìn)行，包括CCAR-91/135部對(duì)運(yùn)營人需要安裝的設(shè)備的要求；設(shè)備的布局滿足直升機(jī)駕駛艙視野和儀表板視區(qū)的要求（人機(jī)功效）；考慮駕駛艙設(shè)備安裝空間，以及使用、維護(hù)的要求。

（3） 信息顯示與告警

直升機(jī)駕駛艙應(yīng)將一切必要信息告知飛行員，包括任務(wù)系統(tǒng)信息顯示、備用儀表的信息顯示、音頻/視頻等告警及故障信息顯示等，為地勤人員提供必要的設(shè)備故障信息以供檢查和維修。

（4） 環(huán)境控制

環(huán)境控制系統(tǒng)為飛行員提供舒適的駕駛環(huán)境，并積極考慮為駕駛艙提供強(qiáng)迫通風(fēng)系統(tǒng)，以滿足懸停使用過程中的通風(fēng)需求，適當(dāng)考慮為駕駛艙提供具有制冷功能的環(huán)控系統(tǒng)。環(huán)境控制的功能要求中，涉及系統(tǒng)信息顯示和設(shè)備安裝。

（5） 安全與逃生

駕駛艙的座椅及安全帶必須滿足規(guī)章安全性要求，駕駛艙必須有滿足適航要求的應(yīng)急出口，有必要的防火設(shè)備，或者在發(fā)生火情時(shí)飛行員能夠方便地使用滅火設(shè)備，對(duì)于跨水運(yùn)營要滿足水上運(yùn)營要求。

（6） 使用與維護(hù)

駕駛艙的設(shè)計(jì)要充分考慮日常使用維護(hù)的要求，地勤操作應(yīng)簡便易懂，并在飛行員位置就可以完成相關(guān)機(jī)上檢查工作，必要的設(shè)備故障信息顯示可用于故障查找和設(shè)備維修，設(shè)備安裝和拆卸要便捷，維護(hù)時(shí)間短，要有防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，以保證維護(hù)的可靠性。

3.2 需求分解

需求向功能的分解是一個(gè)落實(shí)與貫徹的過程，一項(xiàng)需求可以對(duì)應(yīng)多個(gè)功能，一個(gè)功能同樣可以滿足不一樣的需求。直升機(jī)駕駛艙有著基數(shù)龐大且復(fù)雜的設(shè)備，種類多樣，功能覆蓋面廣，信息集中度高，因此將需求分解到具體功能是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作。將飛行員需求、地勤人員需求、運(yùn)營人需求，對(duì)應(yīng)6項(xiàng)駕駛艙功能，進(jìn)而分解為23項(xiàng)具體功能，完成從需求到具體功能的分解，將具體功能落實(shí)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中[14]。通過建立需求與駕駛艙功能的聯(lián)系，為進(jìn)一步開展駕駛艙設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ)，功能分解框架如圖3所示。

4 駕駛艙設(shè)計(jì)

基于上述從需求到功能再到系統(tǒng)要求的逐層分解，駕駛艙每個(gè)器件、機(jī)構(gòu)、功能與需求構(gòu)成了關(guān)聯(lián)關(guān)系，將駕駛艙設(shè)計(jì)過程中涉及的內(nèi)容梳理完整，并分解到具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。根據(jù)民用適航規(guī)章對(duì)于駕駛艙設(shè)計(jì)總的要求，結(jié)合各個(gè)系統(tǒng)的具體適航要求，以MBSE的方法論，建立基于模型的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，開展駕駛艙設(shè)計(jì)工作，同時(shí)完成系統(tǒng)級(jí)的符合性驗(yàn)證，并映射到功能及需求的上層要求，形成設(shè)計(jì)閉環(huán)。

對(duì)于操作功能中的直升機(jī)正常啟動(dòng)功能，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)涉及的操作器件包括:發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開關(guān)、模式開關(guān)、冷轉(zhuǎn)開關(guān)、金屬屑燒蝕開關(guān)、功率檢查開關(guān)，有的發(fā)動(dòng)機(jī)還有油門桿；對(duì)于信息顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和狀態(tài)顯示在綜合顯示器上，包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式（熄火、慢車、飛行），與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的系統(tǒng)有燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、防火系統(tǒng)以及環(huán)控系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣等。具體的設(shè)計(jì)邏輯梳理如圖4所示。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功能要求與操縱器件、信息顯示、適航規(guī)章對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.4 The correspondence of function requirement control display,and airworthiness regulations of engine system

針對(duì)由需求分解而形成的系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)要求，需要通過詳細(xì)設(shè)計(jì)落實(shí)在具體設(shè)計(jì)工作中，并完成對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的驗(yàn)證。

4.1 駕駛艙設(shè)計(jì)要求

駕駛艙的設(shè)計(jì)工作雖然涵蓋直升機(jī)的所有系統(tǒng)，但是就上述提到的6 個(gè)功能來說，具體的設(shè)計(jì)工作聚焦在設(shè)備確定與安裝要求、顯示與告警要求、設(shè)備操縱要求上，并滿足人機(jī)功效要求，這其中包括儀表板、中央操縱臺(tái)、頂部開關(guān)板等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，駕駛操縱桿、開關(guān)/按鍵、儀表板布局等方面，以及對(duì)適航條款的符合性[15-16]。

（1） 設(shè)備清單的確定與安裝要求

這其中設(shè)備的確定與安裝在CCAR-27/29 部以及CCAR-91/135 部中有明確的規(guī)定，這些規(guī)章明確了應(yīng)該安裝在駕駛艙設(shè)備的類型以及需要具有的功能，以及設(shè)備安裝的強(qiáng)度，保證了直升機(jī)飛行安全。

（2） 顯示與告警要求

在適航規(guī)章中對(duì)各個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該提供的顯示與告警信息有較為詳細(xì)的規(guī)定，但是缺少更為詳細(xì)的能夠指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)規(guī)范，中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB）1006—1990也同樣如此，這需要通過研究與分析建立適用于型號(hào)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)規(guī)范。從總體上分析，信息分為飛行任務(wù)信息、飛行安全信息和其他必要信息，其中與飛行緊密相關(guān)的飛行安全信息分為三個(gè)等級(jí)，分別定義為紅色警告信息、琥珀色警戒信息和綠色一般信息，對(duì)于一些重要的信息還會(huì)增加警告燈指示和音響/語音告警提示。

（3） 設(shè)備操縱要求

設(shè)備操縱也是駕駛艙設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其是操縱器件的設(shè)計(jì)需要符合飛行員操縱習(xí)慣和一般常識(shí)等要求，這在CCAR-27/29 部第779 條中有相應(yīng)的規(guī)定，但是在具體的設(shè)計(jì)過程中，還需要進(jìn)行綜合評(píng)估，在適航AEG 審查中，對(duì)操縱器件設(shè)計(jì)的合理性也會(huì)進(jìn)行有針對(duì)性的審查，并對(duì)不符合要求的設(shè)計(jì)給出評(píng)審意見。

（4） 人機(jī)功效要求

對(duì)于駕駛艙設(shè)備布置需要通過人機(jī)功效分析進(jìn)行綜合評(píng)估，有較為詳細(xì)的GJB 1471A—2012、GJB 1560、GJB 2526—1995 等標(biāo)準(zhǔn)支撐設(shè)計(jì)與分析工作，需要針對(duì)具體機(jī)型開展具體分析。

4.2 適航規(guī)章及標(biāo)準(zhǔn)

在滿足適航規(guī)章的同時(shí)，還需要滿足AEG對(duì)駕駛艙的審查，具體涉及部分軍用標(biāo)準(zhǔn)和民航相關(guān)規(guī)定見表1。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范涵蓋駕駛艙尺寸要求、設(shè)備安裝布局要求、信息顯示與告警要求，以及使用維護(hù)要求等[17]。同時(shí)還包括AEG審查中所涉及的駕駛艙審查、飛行手冊審查和飛行審查，具體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)章見表2。

表1 直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)中參考的其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范Table 1 Other standard specifications for reference inhelicopter cockpit design

表2 航空器評(píng)審（AEG）涉及的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)章Table 2 Standard regulations related to AEG

5 駕駛艙設(shè)計(jì)評(píng)估準(zhǔn)則

盡管已經(jīng)完成了從需求到具體設(shè)計(jì)工作，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)滿足需求，形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，但是信息顯示與告警、按鍵/開關(guān)等操縱器件設(shè)計(jì)需要在上述分析基礎(chǔ)上統(tǒng)籌考慮，駕駛艙設(shè)計(jì)結(jié)果需要一個(gè)綜合評(píng)估方法和準(zhǔn)則進(jìn)行整體性評(píng)價(jià)，因此需要建立一個(gè)評(píng)估準(zhǔn)則。由于駕駛艙包含多個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都有其特殊性，因此需要以系統(tǒng)為單位開展獨(dú)立系統(tǒng)評(píng)估，并以此來判定駕駛艙整體設(shè)計(jì)水平。

5.1 系統(tǒng)綜合評(píng)估方法

根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)變量不同，參考表3進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，并以表4的評(píng)分準(zhǔn)則給出系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值。在表3中，bij為第i個(gè)設(shè)計(jì)變量的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，ωij為第i個(gè)設(shè)計(jì)變量的權(quán)重系數(shù)，Aij為單一變量的綜合得分。系統(tǒng)評(píng)價(jià)分制為10 分，得分的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)見表4，該系統(tǒng)一組變量對(duì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則總的符合性評(píng)價(jià)原則是，單項(xiàng)得分Ai不低于6 分，綜合得分A不低于8分。

表3 系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)表（以發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為例）Table 3 System comprehensive evaluation table（taking engine system as an example）

表4 得分評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Scoring criteria

5.2 評(píng)估準(zhǔn)則

對(duì)于系統(tǒng)評(píng)估準(zhǔn)則，因每個(gè)系統(tǒng)都涉及信息顯示和操縱器件兩大部分，因此需要對(duì)顯示信息和操縱器件分別進(jìn)行評(píng)估。

（1）系統(tǒng)信息評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括:信息的完整性，滿足使用要求；信息的準(zhǔn)確性，文字信息容易理解；信息顯示系統(tǒng)布置位置滿足駕駛員視野要求；信息顯示形式準(zhǔn)確，不易誤判；信息顯示集中告警內(nèi)容，準(zhǔn)確反應(yīng)故障情況；告警內(nèi)容不易混淆；告警信息等級(jí)劃分明確，音頻/語音告警內(nèi)容清晰；告警燈告警信息準(zhǔn)確易讀[18]。

（2）對(duì)系統(tǒng)開關(guān)/按鍵等評(píng)價(jià)內(nèi)容包括:開關(guān)設(shè)計(jì)合理，與常規(guī)操作習(xí)慣一致；滿足防誤操作設(shè)計(jì)；開關(guān)布置與動(dòng)作范圍對(duì)其他設(shè)備沒有干涉；按照功能區(qū)域進(jìn)行布置；標(biāo)牌設(shè)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生歧義；滿足GJB 1471A中4.5節(jié)第一區(qū)規(guī)定可以操作；駕駛員視野可達(dá)[19]。

6 結(jié)束語

駕駛艙設(shè)計(jì)以安全飛行為基礎(chǔ)，以良好的人機(jī)功效為目標(biāo)，搭建直升機(jī)駕駛艙平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)安全飛行，并順利完成任務(wù)。然而直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)一直以來都以滿足總體技術(shù)要求、總體設(shè)計(jì)規(guī)范等頂層文件要求為目的，研究方向與內(nèi)容多以某一具體設(shè)計(jì)為對(duì)象，缺少系統(tǒng)且全面的統(tǒng)籌計(jì)劃。

本文以MBSE方法論為基礎(chǔ)，結(jié)合以往型號(hào)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建一種直升機(jī)駕駛艙正向設(shè)計(jì)的方法與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，利用MBSAP方法將需求分解到各個(gè)系統(tǒng)中，并最終落實(shí)到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上，很好地完成了一個(gè)正向設(shè)計(jì)的閉環(huán)過程。同時(shí)通過對(duì)系統(tǒng)符合性的驗(yàn)證表明對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范和民航規(guī)章及標(biāo)準(zhǔn)的符合性，并構(gòu)建一套適用于直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和方法，對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)最終結(jié)果給出綜合評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。本文的創(chuàng)新與突破包括以下幾個(gè)方面。

（1） 完成需求向功能的分解

本文在充分考慮前人研究的基礎(chǔ)上，增加對(duì)現(xiàn)代直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)特點(diǎn)和未來發(fā)展趨勢的分析，構(gòu)建了駕駛艙功能體系，形成6項(xiàng)主要功能定義，用來承接相關(guān)利益方的需求分解。

（2） 完善功能向設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的轉(zhuǎn)化

以型號(hào)研究為基礎(chǔ)，通過總結(jié)提高，完成功能向設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)化。將功能逐層分解為系統(tǒng)功能要求，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)并落實(shí)在方案中，從而滿足功能的實(shí)現(xiàn)性、適航條款的符合性及規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)的符合性等，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（3） 形成設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則與方法

為了有效評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，規(guī)避因設(shè)計(jì)員水平造成的差異，建立了一套行之有效的評(píng)價(jià)方法和準(zhǔn)則。直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，是在充分借鑒以往適航審定過程中民航專家所關(guān)心的問題，以及在型號(hào)設(shè)計(jì)中對(duì)所出現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷的補(bǔ)救措施和辦法總結(jié)而來，具有較為普遍的適用性。

（4） 構(gòu)建駕駛艙正向設(shè)計(jì)方法

以相關(guān)利益方需求為輸入，通過MBSAP建立了一種直升機(jī)駕駛艙正向設(shè)計(jì)的方法，完成了從需求到設(shè)計(jì)并最終完成驗(yàn)證和綜合評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)流程。通過引入相關(guān)利益方需求，進(jìn)行需求分解、功能分解、詳細(xì)設(shè)計(jì)等步驟，形成一套完整的較為合理的正向駕駛艙設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)乃至直升機(jī)設(shè)計(jì)提供了支撐。

然而，本文的研究仍然存在不足，本文面向的是設(shè)計(jì)階段的MBSAP方法與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的研究，相對(duì)于直升機(jī)全壽命周期設(shè)計(jì)理念，缺少對(duì)于日后使用和維護(hù)過程中存在的需求獲取，沒有覆蓋全壽命周期的壽命監(jiān)控和健康監(jiān)測等方面的內(nèi)容。后續(xù)的研究內(nèi)容和方向應(yīng)將直升機(jī)日常維護(hù)、視情維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)控、健康監(jiān)測等方面的內(nèi)容統(tǒng)一納入直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)中，形成覆蓋直升機(jī)全壽命周期的正向設(shè)計(jì)方法和理論，用于指導(dǎo)后續(xù)直升機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)。