艦船系統(tǒng)人因工程應(yīng)用要點(diǎn)

施紅旗，趙俊濤，李毅舟

(武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所, 湖北 武漢, 430064)

0 引 言

本文主要對(duì)艦船系統(tǒng)人因工程（HFE）內(nèi)涵、難點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法和工具進(jìn)行探討。人因工程作為系統(tǒng)工程學(xué)科，旨在將人類(lèi)整合到復(fù)雜的系統(tǒng)中，該學(xué)科對(duì)行為科學(xué)和工程學(xué)進(jìn)行整合，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮使用、維修、管理等方面人員的能力、限制、需求和期望。人因工程在歐洲也被稱(chēng)為人體工程學(xué)（ergonomics），美國(guó)國(guó)防部和美國(guó)海軍稱(chēng)為人系統(tǒng)集成（HIS），美國(guó)陸軍稱(chēng)為人力資源與人事管理一體化（MANPRINT），NASA 的乘員系統(tǒng)集成（CSI）以及美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)的人員預(yù)防（PTP）[1]。人因工程作為系統(tǒng)工程學(xué)科，研究?jī)?nèi)容主要包括：1）人為因素；2）人與系統(tǒng)整合目標(biāo)；3）人與系統(tǒng)整合分析方法；4）設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)，以及人員績(jī)效能力特征數(shù)據(jù)；5）人與系統(tǒng)整合有效性評(píng)判[2]。

1 艦船系統(tǒng)人因工程要求

1.1 人為因素

人因工程中需要考慮人為因素，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮用戶(hù)角色、責(zé)任和要求，系統(tǒng)硬件、軟件和程序設(shè)計(jì)中應(yīng)充分滿(mǎn)足個(gè)體、團(tuán)隊(duì)需求，并滿(mǎn)足環(huán)境安全。人因工程中所主張的系統(tǒng)集成，將人作為系統(tǒng)的一部分，并對(duì)其與其他系統(tǒng)元件進(jìn)行整合，整合對(duì)象包括硬件、軟件、程序、環(huán)境、信息、組織因素、其他人員和系統(tǒng)產(chǎn)品等。

1.2 人與系統(tǒng)整合目標(biāo)

人與系統(tǒng)整合的第一目標(biāo)是將人整合到系統(tǒng)中。主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)包括：1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮人為因素；2）減少人為失誤的發(fā)生率和影響；3）降低船員配備水平以及技能和培訓(xùn)要求；4）提高培訓(xùn)效果；5）提高操作和應(yīng)急程序的有效性；6）消除或管控對(duì)人類(lèi)安全和健康的危害。

1.3 人與系統(tǒng)整合分析方法

人與系統(tǒng)整合工作從人機(jī)系統(tǒng)需求分析開(kāi)始，通過(guò)識(shí)別、分析和集成，將系統(tǒng)功能分配給操作人員或自動(dòng)化操作，從而明確人員在系統(tǒng)中的角色。在確定和分析人員角色和人員能力之后，重點(diǎn)解決人機(jī)界面設(shè)計(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)重點(diǎn)包括：降低人為失誤設(shè)計(jì)、信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)、作業(yè)和程序設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)等。整合設(shè)計(jì)總體目標(biāo)是提高系統(tǒng)中人員的績(jī)效、生產(chǎn)力和安全性，從而提高系統(tǒng)性能、生產(chǎn)力和有效性。人與系統(tǒng)整合效果評(píng)估內(nèi)容包括：1）可用性，該指標(biāo)考察系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)需求的響應(yīng)程度；2）可操作性，系統(tǒng)更易于操作，人為失誤、培訓(xùn)負(fù)擔(dān)、人員數(shù)量以及執(zhí)行任務(wù)時(shí)間都得以減少，任務(wù)得到了簡(jiǎn)化，操作員更滿(mǎn)意，心理壓力降低；3）可維護(hù)性，在充分考慮人員局限性，并提供安全工作環(huán)境基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)良好維護(hù)流程，以易于理解的方式提供維護(hù)者所需的信息，以及通過(guò)提供決策輔助來(lái)支持診斷和維修決策，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性；4）安全性，設(shè)計(jì)中充分考慮系統(tǒng)人員的安全，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、警報(bào)和警告設(shè)置以及培訓(xùn)來(lái)識(shí)別潛在的危險(xiǎn)情況并減少危害。

1.4 特征數(shù)據(jù)庫(kù)

人因工程學(xué)科依賴(lài)于人類(lèi)能力數(shù)據(jù)來(lái)確定在系統(tǒng)運(yùn)行中支持人類(lèi)能力的需求，人員基礎(chǔ)能力包括：1）生理特性，即視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、睡眠、疲勞和生物節(jié)律等；2）認(rèn)知心理特性，即感覺(jué)、記憶、判斷、理解和決策等；3）物理特性，即人體靜動(dòng)態(tài)尺寸、生物力學(xué)和操作力量等[3]。該學(xué)科在人機(jī)界面的詳細(xì)設(shè)計(jì)中還依賴(lài)于人因工程設(shè)計(jì)原則、指南和標(biāo)準(zhǔn)[4]。

1.5 人因工程有效性評(píng)估

人因工程有效性評(píng)估包括：1）人因工程應(yīng)用的充分性；2）系統(tǒng)對(duì)人因工程要求的滿(mǎn)足情況；3）基于人因工程的系統(tǒng)替代方案考慮；4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)中人員效能和安全性問(wèn)題。

人因工程在艦船系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和評(píng)估方面應(yīng)用范圍很廣，需要涵蓋人員效能和安全因素的所有方面，但最具挑戰(zhàn)性的3 個(gè)問(wèn)題為：1）如何減少人為失誤的發(fā)生率和影響；2）如何減少人力負(fù)荷和系統(tǒng)人員配備水平；3）如何確保人員達(dá)到所需要的認(rèn)知能力水平。

2 艦船系統(tǒng)人因工程設(shè)計(jì)目標(biāo)

艦船系統(tǒng)人因工程的最大目標(biāo)是能夠提高人員認(rèn)知能力并最大限度地減少或消除人為失誤。工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)通盤(pán)分析驗(yàn)證，在不對(duì)操作技能或培訓(xùn)提出新的要求，且人員可靠性和安全性得到保證的前提下，盡可能減少人員編制。

2.1 提高認(rèn)知能力

人類(lèi)認(rèn)知功能高度復(fù)雜，涉及理論體系龐雜，但基本遵循經(jīng)典信息處理理論的經(jīng)典控制理論。認(rèn)知行為簡(jiǎn)單模型如圖1 所示。

圖1 認(rèn)知行為簡(jiǎn)單模型Fig.1 Simple model of cognitive behavior

現(xiàn)代艦船配置了大量的傳感器，向信息決策系統(tǒng)上傳大量信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)往往會(huì)影響艦船指揮人員的快速?zèng)Q策能力。艦船系統(tǒng)人因工程需要解決信息管理問(wèn)題，包括：信息的流動(dòng)，信息的完整性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性和可用性，信息在需要時(shí)的可用性。隨著數(shù)據(jù)來(lái)源的提升，艦船人因工程研究迫切需要開(kāi)發(fā)和集成信息管理技術(shù)，以確保信息傳輸?shù)募皶r(shí)性、響應(yīng)性，以及適當(dāng)?shù)念w粒度，并且信息傳達(dá)到用戶(hù)時(shí)應(yīng)根據(jù)需要差異化提供，以減少人員反應(yīng)時(shí)間和人為失誤。一旦人機(jī)界面設(shè)計(jì)不良，導(dǎo)致信息傳遞不滿(mǎn)足快速?zèng)Q策要求，往往會(huì)要求增加額外的培訓(xùn)。而培訓(xùn)通常過(guò)于關(guān)注知識(shí)獲取，而不是信息管理技能的獲??；其次對(duì)培訓(xùn)后人員表現(xiàn)的衡量重視程度太低，對(duì)團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)獲取團(tuán)隊(duì)能力往往關(guān)注不夠。

2.2 減少人為失誤

人為失誤是影響艦船安全的主要威脅。國(guó)際海事組織秘書(shū)長(zhǎng)在1994 年世界海事日指出，高達(dá)80%的海上事故是由人為失誤造成的[5]。Meister[6]根據(jù)錯(cuò)誤的原因區(qū)分了3 種類(lèi)型的人為失誤：系統(tǒng)引起的錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)引起的錯(cuò)誤和操作員引起的錯(cuò)誤。1）系統(tǒng)引起的錯(cuò)誤反映了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法上的缺陷，缺陷包括人員數(shù)量和類(lèi)型、培訓(xùn)、數(shù)據(jù)資源、邏輯、后勤以及維護(hù)保障方面的錯(cuò)誤；2）設(shè)計(jì)引起的錯(cuò)誤源于特定設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷，由此導(dǎo)致操作員使用不當(dāng)，增加出錯(cuò)可能；3）操作員引起的錯(cuò)誤主要原因?yàn)閭€(gè)人能力不足，包括能力不夠、培訓(xùn)不足、技能欠缺、動(dòng)機(jī)或疲勞而導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

人員狀態(tài)與犯錯(cuò)概率有一定關(guān)系，狀態(tài)因素包括疲勞、迷失方向、分心、動(dòng)機(jī)、遺忘、自滿(mǎn)、混亂、不正確的期望、過(guò)度的壓力、無(wú)聊、技能和知識(shí)不足，以及知覺(jué)或認(rèn)知能力不足或受損。這些因素肯定會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生，在某些情況下甚至?xí)?dǎo)致錯(cuò)誤。

眾所周知，外部因素會(huì)影響人為失誤的可能性。工作或任務(wù)的要素，設(shè)備的設(shè)計(jì)，操作程序和培訓(xùn)都會(huì)導(dǎo)致潛在的錯(cuò)誤。這些外部因素可以分為情境因素和設(shè)計(jì)因素。情境因素包括：任務(wù)困難、時(shí)間限制、干擾活動(dòng)、通信不良和工作量過(guò)大。設(shè)計(jì)因素主要是在系統(tǒng)硬件、軟件、流程、環(huán)境和培訓(xùn)等方面可能存在的人為失誤。設(shè)計(jì)因素包括：人機(jī)界面設(shè)計(jì)特點(diǎn)，信息特征（可用性、可訪(fǎng)問(wèn)性、可讀性、時(shí)效性、準(zhǔn)確性等），工作空間設(shè)置，操作流程，環(huán)境和培訓(xùn)等。

2.3 減少人員編制

現(xiàn)代艦船系統(tǒng)對(duì)人員配置以及人員能力提出了嚴(yán)格要求，對(duì)操作人員感官、運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知技能以及決策能力要求極高。艦船系統(tǒng)、設(shè)備和人員的復(fù)雜組合，以及任務(wù)環(huán)境中快速規(guī)劃、安排和部署任務(wù)要素的要求，可能相互交織在一起，給艦員帶來(lái)難以為繼的工作量，并且對(duì)不同來(lái)源數(shù)據(jù)的整合、協(xié)調(diào)和辨識(shí)工作已經(jīng)接近達(dá)到人類(lèi)能力極限[7]。傳統(tǒng)上，可通過(guò)增加人員編制的辦法解決工作量增加問(wèn)題。然而，由于人口趨勢(shì)以及預(yù)算降低要求，縮減新研裝備人員編制正成為發(fā)展方向。人因工程學(xué)科的挑戰(zhàn)就是適應(yīng)人員縮編，無(wú)需增加技能或培訓(xùn)的額外成本，且對(duì)人員可靠性、效能和安全性方面無(wú)不利影響前提下，優(yōu)化人機(jī)界面。

3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

3.1 人機(jī)功能界面

在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，人機(jī)功能界面需要考慮的因素包括：1）人與自動(dòng)化在系統(tǒng)操作、控制、維護(hù)和管理中的作用；2）人的職能和任務(wù)；3）人員在自動(dòng)化過(guò)程中的作用（監(jiān)視、管理、監(jiān)督、干預(yù)等）。

在需求設(shè)計(jì)梳理時(shí)，理清人與自動(dòng)化的功能分配，重點(diǎn)考慮人在系統(tǒng)中的角色。該角色功能包括系統(tǒng)中人的功能或任務(wù)的要求，或者可能涉及自動(dòng)化性能的監(jiān)視，人員角色可能會(huì)隨著操作條件的變化而變化。因此，綜合考慮工作負(fù)荷、工作時(shí)長(zhǎng)或任務(wù)優(yōu)先級(jí)等因素，由人員執(zhí)行某些任務(wù)相反而有利于系統(tǒng)自動(dòng)化。

3.2 人機(jī)信息界面

人機(jī)信息界面主要用于人員完成其在系統(tǒng)中功能或任務(wù)，界面特征包括信息訪(fǎng)問(wèn)、信息錄入、信息更新、信息驗(yàn)證、信息傳輸和存貯，以及這些信息交互的方式等。現(xiàn)代艦船系統(tǒng)人機(jī)信息界面注重設(shè)計(jì)理念、標(biāo)準(zhǔn)、工具和數(shù)據(jù)研究，以管理整個(gè)系統(tǒng)中的信息流，提高信息準(zhǔn)確性、及時(shí)性和可用性。信息化管理已成為系統(tǒng)有效性的主要問(wèn)題，也是人與系統(tǒng)整合面臨的主要挑戰(zhàn)。良好的人機(jī)信息界面往往在操作員需要時(shí)以易于閱讀和理解的形式提供信息，并在不同任務(wù)場(chǎng)景下以差異化最優(yōu)形式呈現(xiàn)。

3.3 環(huán)境界面

環(huán)境界面包括：物理環(huán)境（照明、噪聲、溫度、振動(dòng)、艦船運(yùn)動(dòng)、氣候影響等），工作空間布置，設(shè)施配置以及環(huán)境控制。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)任務(wù)場(chǎng)景配置人員生活、工作環(huán)境，充分考慮人員耐受、舒適以及安全要求，同時(shí)要考慮人員的長(zhǎng)期和短期暴露健康風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境設(shè)計(jì)要充分考慮人員工作模式、空間橋接、物資中轉(zhuǎn)需求，也要考慮環(huán)境健康標(biāo)準(zhǔn)、生物醫(yī)學(xué)要求和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

3.4 操作界面

操作界面包括：操作、維護(hù)和應(yīng)急處置程序，工作負(fù)荷，人力技能要求，人員配備水平，系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)。操作界面的主要影響是人為失誤概率和安全性。人因工程科學(xué)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流程完善設(shè)計(jì)，確保與人員的閱讀/語(yǔ)言/技能水平兼容，通過(guò)降低人員工作負(fù)荷達(dá)到降低錯(cuò)誤概率，提升安全性的目的。主要優(yōu)化方法包括：1）通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)化水平降低人員工作負(fù)荷，進(jìn)而減少人為失誤；2）簡(jiǎn)化人員操作功能，減少對(duì)人員體力、認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)感知任務(wù)需求；3）對(duì)系統(tǒng)中人員角色進(jìn)行識(shí)別分析，采取業(yè)務(wù)整合和交叉培訓(xùn)方式，降低人員平均工作負(fù)荷，降低人為失誤；4）探討功能消減的可能性，或?qū)⒛承┕δ苻D(zhuǎn)移到外部系統(tǒng)，優(yōu)化人員技能和人員配置解決人員可用性和能力約束條件下的有效安全執(zhí)行分配任務(wù)的能力。

3.5 組織界面

組織界面是指對(duì)運(yùn)行管理、政策實(shí)施、人員作業(yè)安排和運(yùn)行數(shù)據(jù)具有影響作用的要素。優(yōu)化工作包括崗位職責(zé)、作業(yè)、權(quán)責(zé)、任務(wù)及決策，每個(gè)崗位職責(zé)和任務(wù)必須現(xiàn)實(shí)可行，崗位職責(zé)符合規(guī)章制度要求，執(zhí)行任務(wù)所需數(shù)據(jù)信息真實(shí)有效、直觀(guān)顯示。

3.6 協(xié)作界面

該界面主要與溝通、協(xié)作和團(tuán)隊(duì)績(jī)效有關(guān)。人因工程設(shè)計(jì)中針對(duì)協(xié)作界面的優(yōu)化目標(biāo)旨在改善界面和信息。界面優(yōu)化工作包括語(yǔ)音清晰度和通信設(shè)備的可操作性等。信息優(yōu)化工作包括信息標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范用語(yǔ)、規(guī)范語(yǔ)法、特定詞匯、信息優(yōu)先級(jí)描述、人為失誤預(yù)防機(jī)制等。在團(tuán)隊(duì)協(xié)作和管理中，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)互動(dòng)、領(lǐng)導(dǎo)力/執(zhí)行力、溝通的清晰性、工作量分配、團(tuán)隊(duì)合作優(yōu)化等。

3.7 認(rèn)知界面

認(rèn)知界面主要包括決策規(guī)則、信息集成、問(wèn)題處置、培訓(xùn)材料和系統(tǒng)、短期記憶輔助工具、認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖和情境感知。對(duì)于認(rèn)知界面，重點(diǎn)保證信息、數(shù)據(jù)等的可用性和真實(shí)性。具體要求包括：1）人機(jī)界面符合操作人員的認(rèn)知、感知和記憶能力；2）軟件操作命令易懂；3）標(biāo)準(zhǔn)化顯示器，且顯示內(nèi)容便于閱讀，易于理解；4）便于情景感知，操作員總是知道在哪里找到問(wèn)題；5）操作流程邏輯一致；6）用戶(hù)文檔清晰易讀；7）在線(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)可快速響應(yīng)操作員需求；8）僅在用戶(hù)需要時(shí)提供所需信息數(shù)據(jù)；9）用戶(hù)熟悉如何獲取索取信息數(shù)據(jù)。

3.8 物理界面

物理接口是指人員在執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)與之交互的裝備，結(jié)構(gòu)、站位要素，包括：工作站、控制面板和控制臺(tái)，顯示器和顯示元件（屏幕、窗口、圖標(biāo)、圖形），控制器，數(shù)據(jù)輸入和操作設(shè)備（鍵盤(pán)、動(dòng)作按鈕、開(kāi)關(guān)、手控制器），標(biāo)簽和標(biāo)記，結(jié)構(gòu)組件（門(mén)、梯子、把手等）以及其特征。物理界面優(yōu)化工作內(nèi)容包括：1）符合人因工程指南和標(biāo)準(zhǔn)；2）采用實(shí)體模型、幾何模型和虛擬仿真等方式驗(yàn)證其可操作性、可用性、可維護(hù)性和安全性。

經(jīng)過(guò)人因工程優(yōu)化的物理界面具有以下特點(diǎn)：

1）顯示信息意圖明確、可讀、完整、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、完善、清晰、整潔，易于與操作動(dòng)作及其他顯示信息關(guān)聯(lián)，信息反饋及時(shí)有效；2）控制器易于操作、易于辨識(shí)、可達(dá)性好、重復(fù)性好、復(fù)合預(yù)期和操作慣例；3）控制面板和控制臺(tái)按照功能、操作順序和優(yōu)先級(jí)設(shè)置顯控功能；4）操作流程應(yīng)邏輯正確、結(jié)果一致、簡(jiǎn)單直接，并提供反饋信息；5）滿(mǎn)足人員耐受、舒適和安全的環(huán)境，考慮任務(wù)條件下的長(zhǎng)期和短期暴露風(fēng)險(xiǎn)。

4 人員減配設(shè)計(jì)

人因工程方法在面臨人員減配問(wèn)題時(shí)，首先基于人機(jī)功能分配明確人員編制要求，并據(jù)此設(shè)計(jì)人機(jī)界面，確保系統(tǒng)操作和維護(hù)工作在人員減配情況下可安全有效執(zhí)行。人員減配目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，有賴(lài)于減少人為失誤和提高認(rèn)知能力，并采用人因工程方法優(yōu)化操作流程，降低人員生理、認(rèn)知和感知負(fù)荷。優(yōu)化操作流程方法包括：重新分配艇員、機(jī)器，以及其他艇員工作量；崗位優(yōu)化整合，簡(jiǎn)化崗位任務(wù)。通過(guò)簡(jiǎn)化崗位任務(wù)以及優(yōu)化人機(jī)界面設(shè)計(jì)，減少人員配置的同時(shí)降低人為失誤已經(jīng)有較多成功案例。

現(xiàn)代艦船中大量應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)一般很少為純手動(dòng)或純自動(dòng)，大多數(shù)為半自動(dòng)的，人在自動(dòng)化操作中角色往往是啟停者、監(jiān)控者、管理者，某些情況下為干預(yù)決策者，需要從自動(dòng)化過(guò)程中接管控制權(quán)，人機(jī)交互工作量日益增加。因此，人因工程優(yōu)化的重點(diǎn)是明確人員在系統(tǒng)中的角色，而不是簡(jiǎn)單將系統(tǒng)功能分配給人或機(jī)器。為此，人員減配應(yīng)用到的主要技術(shù)包括：1）人因工程設(shè)計(jì)原則、標(biāo)準(zhǔn)和方法；2）任務(wù)簡(jiǎn)化策略；3）決策輔助和人力輔助技術(shù)。前2 種技術(shù)是面向過(guò)程的，采用人因工程設(shè)計(jì)流程來(lái)減少工作量和人員配備；第3 種技術(shù)是面向產(chǎn)品的，開(kāi)發(fā)各種面向崗位人因或維護(hù)人員的輔助工具，如當(dāng)前較多艦船要求提供電子交互手冊(cè)。人員減配工作流程如圖2 所示，流程步驟如表1 所示。

表1 人員減配流程步驟Tab.1 Personnel reduction process steps

圖2 人員減配工作流程Fig.2 Work flow of personnel reduction

5 人因工程輔助工具

5.1 人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析工具

為了深化和拓展人因工程在船舶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，需要建立能夠描述、解釋和預(yù)測(cè)人員行為與決策的計(jì)算仿真模型，建立人機(jī)系統(tǒng)整合模型及仿真系統(tǒng)，以及開(kāi)發(fā)相關(guān)的人因建模與仿真軟件平臺(tái)。重點(diǎn)開(kāi)展疲勞和負(fù)荷的生物學(xué)模型、人員作業(yè)能力的可計(jì)算模型、人機(jī)系統(tǒng)演化過(guò)程建模、不同任務(wù)及環(huán)境的人機(jī)系統(tǒng)仿真、人機(jī)系統(tǒng)演化過(guò)程建模、不同任務(wù)及環(huán)境的人機(jī)系統(tǒng)仿真、人機(jī)系統(tǒng)建模與仿真等工具平臺(tái)。在孿生技術(shù)和認(rèn)知知識(shí)圖譜技術(shù)的推動(dòng)下，構(gòu)建智能化人機(jī)系統(tǒng)仿真的理論方法及工具，對(duì)艦船系統(tǒng)的效能和安全性做出及時(shí)的評(píng)估和預(yù)測(cè)[8]。

5.2 認(rèn)知能力工具

針對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果構(gòu)建認(rèn)知分析設(shè)計(jì)工具，針對(duì)人機(jī)界面中有關(guān)信息收集和整合、任務(wù)決策、問(wèn)題處理、短時(shí)記憶、故障診斷、態(tài)勢(shì)分析等認(rèn)知需求分析工作，結(jié)合認(rèn)知任務(wù)中可能的持續(xù)時(shí)間、頻率、信息有效性、可投入人力等因素快速預(yù)計(jì)和評(píng)估。

針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)發(fā)智能決策支持工具，將數(shù)據(jù)庫(kù)、聯(lián)機(jī)分析處理、數(shù)據(jù)挖掘、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)結(jié)合起來(lái)形成智能決策支持系統(tǒng)，具備在線(xiàn)幫助、智能輔導(dǎo)、人機(jī)協(xié)同運(yùn)行、遠(yuǎn)程維護(hù)、智能交互、運(yùn)維人員輔助等功能，將可提高船員認(rèn)知能力、縮短決策時(shí)間、聚焦重點(diǎn)事項(xiàng)能力。

5.3 人為失誤分析工具

針對(duì)人機(jī)交互原型或?qū)嶋H裝備，開(kāi)發(fā)人為失誤分析工具，該工具的目標(biāo)是識(shí)別船員執(zhí)行的每個(gè)任務(wù)中潛在的或?qū)嶋H發(fā)生的人為失誤及提示情況，分析失誤對(duì)船員效能、安全、環(huán)境、系統(tǒng)/設(shè)備運(yùn)行、任務(wù)成功的影響，并對(duì)每種失誤情況進(jìn)行規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)分析，給出處理措施。

5.4 人員編制優(yōu)化工具

開(kāi)發(fā)編制優(yōu)化工具，其核心作用是識(shí)別船員在系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)中的作用，并開(kāi)展替代可行性分析。具體優(yōu)化工作是按照將系統(tǒng)功能分配給人、機(jī)器或者兩者的任意組合，評(píng)估最佳效果，給出最佳方案。針對(duì)單個(gè)操作員和維修人員以及乘組根據(jù)任務(wù)序列進(jìn)行建模，評(píng)估工作負(fù)荷分配的合理性以及任務(wù)分配方案合理性。

6 結(jié) 語(yǔ)

將人員整合到復(fù)雜艦船系統(tǒng)中，并確保其安全、高效工作的方法、工具和數(shù)據(jù)，即為人因工程設(shè)計(jì)方法。這些方法、工具和數(shù)據(jù)可有效解決艦船系統(tǒng)設(shè)計(jì)中持續(xù)面臨的3 個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：提升人員認(rèn)知能力；減少人為失誤；降低工作負(fù)荷并縮減人員編制。

人因工程設(shè)計(jì)方法給出的解決方案包括：1）人因工程設(shè)計(jì)過(guò)程中貫徹自上而下的系統(tǒng)工程方法；2）強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中人的核心作用、效能、創(chuàng)造力、可靠性和安全性；3）利用建模和仿真等工具開(kāi)展人因工程分析、設(shè)計(jì)和評(píng)估，并形成規(guī)范化文本；4）針對(duì)硬件、軟件、程序、環(huán)境、信息、組織因素、其他人和系統(tǒng)產(chǎn)品，重點(diǎn)分析和設(shè)計(jì)船員與其之間的所有接口；5）對(duì)人因工程設(shè)計(jì)理念和落實(shí)情況進(jìn)行有效性評(píng)估；6）開(kāi)發(fā)人因工程設(shè)計(jì)工具和數(shù)據(jù)庫(kù)，推進(jìn)人因工程設(shè)計(jì)方法在工程中的應(yīng)用[9]。