关注微信

推荐商品

    加载中... 正在为您读取数据...
分享到:
  • 单兵装备人机工程建模仿真与评价(共2册)[平装]
  • 共2个商家     126.70元~142.80
  • 作者:陈晓(作者),钮建伟(作者),蒋毅(作者)
  • 出版社:科学出版社;第1版(2013年1月1日)
  • 出版时间:
  • 版次 :
  • 印刷时间:
  • 包装:
  • ISBN:9787030359445

  • 商家报价
  • 简介
  • 评价
  • 加载中... 正在为您读取数据...
  • 商品描述

    编辑推荐

    《单兵装备人机工程建模仿真与评价(共2册)》是作者陈晓等根据十多年从事单兵装备研究开发和人机工程基础科研的实践经验,系统总结了国内外相关领域的高新技术和作者的最新研究成果,内容翔实,并且加入了单兵装备人机工程建模、仿真与评价的大量成功案例。

    作者简介

    陈晓,1971年出生,1999年毕业于北京航空航天大学机械工程与自动化学院,工学博士学位,清华大学工程力学系博士后,现为总后军需装备研究所高级工程师,单兵装备系统技术与装备学科学术带头人,全国个体防护装备标委会委员。长期从事单兵防护装备、士兵系统以及单兵装备人机工程的研究开发工作,主持及参与了十多项国家和军队级科技攻关课题,获得国家科技进步一等奖1项,军队科技进步一等奖2项、二等奖1项,国防科工委一等奖1项,荣立三等功1次,享受军队优秀专业技术人才岗位津贴。以第一作者公开发表科技论文三十多篇,编制标准5项,申请专利十多项,软件著作权2项。
    钮建伟,1977年出生,副教授,硕士生导师,2008年毕业于清华大学机械工程学院工业工程系,获管理科学与工程(工学)博士学位。主攻数字化人体测量、人体建模与仿真、产品工效学评估等。现为美国人因工效学会会员、中国工效学会会员、中国管理工效学会专业委员会委员。讲授过硕士和本科专业课程6门。在国内外公开发表学术论文二十余篇,其中被SCI和El检索十多篇。主持国家自然科学基金项目1项以及企业横向合作项目多项。
    蒋毅,1979年出生,中国人民解放军总后勤部军需装备研究所工程师,清华大学电子工程系博士研究生,2004年获得华中科技大学工学硕士学位后一直在军需装备研究所工作。研究方向包括作战模拟、计算机仿真、信号处理、自动控制与单兵个体防护装备等。曾获军队科技进步二等奖,并于2008年荣立三等功。在国内外学术刊物和学术会议上发表论文三十余篇。

    目录

    基础篇
    前言
    第1章 单兵装备人机工程学概论
    1.1 人机工程学概述
    1.1.1 人机工程学的概念和应用
    1.1.2 人机工程学常用方法
    1.1.3 典型人机系统——单兵装备系统
    1.1.4 单兵装备人机工程学的内容和意义
    1.2 士兵系统发展及其人机工程研究
    1.2.1 士兵系统的发展背景
    1.2.2 士兵系统的人机界面分析
    1.2.3 士兵系统人机工程研究状况
    1.3 单兵装备人机工程建模、仿真与评价相关领域
    1.3.1 单兵人体三维测量与建模
    1.3.2 单兵装备数字化设计
    1.3.3 单兵装备人机工程数字化仿真与评价
    1.3.4 单兵装备人机工程半实物仿真与评价
    1.3.5 单兵装备人机工程实物评价
    1.3.6 单兵负荷运动生物力学建模与应用
    1.4 本章小结
    第2章 单兵人体三维测量与建模
    2.1 概述
    2.1.1 人体测量与标准化
    2.1.2 人体建模的概念和分类
    2.1.3 三维人体数据库、模型库的建立
    2.2 三维人体测量及数据预处理
    2.2.1 三维人体测量技术
    2.2.2 三维人体扫描设备及其挑战
    2.2.3 三维人体数据预处理
    2.3 单兵人体建模与号型系统
    2.3.1 概述
    2.3.2 三维头面部建模与号型系统
    2.3.3 三维手部建模与号型系统
    2.3.4 躯干建模与号型系统
    2.3.5 三维足部建模与号型系统
    2.4 人体模型验证
    2.4.1 Jack软件中的人体模型验证
    2.4.2 基于标准头面型的军盔盔形验证
    2.4.3 携行具背架与人体背部的虚拟装配
    2.4.4 裤子号型系统的虚拟试穿
    2.5 本章小结
    第3章 单兵装备数字化设计
    3.1 概述
    3.1.1 单兵装备数字化设计的发展背景
    3.1.2 单兵装备数字化设计的作用与意义
    3.2 数字化设计概念
    3.2.1 数字化设计的发展历程
    3.2.2 数字化设计的核心技术
    3.2.3 常用数字化设计软件
    3.3 产品数字化造型技术
    3.3.1 几何模型的基本概念
    3.3.2 传统几何实体造型方法
    3.3.3 参数化与变量化几何实体造型方法
    3.3.4 基于特征造型的几何实体造型方法
    3.4 单兵装备数字化设计
    3.4.1 简单造型类单兵装备数字化设计
    3.4.2 复杂造型类单兵装备数字化设计
    3.4.3 柔性造型类单兵装备数字化设计
    3.4.4 集成系统类单兵装备数字化设计
    3.5 单兵装备数字化设计案例:军用头盔数字化设计
    3.5.1 头盔石膏造型参数的提取
    3.5.2 头盔数字化模型的构建
    3.5.3 基于小波分析的步兵盔曲面快速修改方法
    3.5.4 参数化造型工具设计
    3.5.5 头盔附件数字化造型
    3.5.6 头盔数字化设计应用实例
    3.6 本章小结
    第4章 单兵装备人机工程数字化仿真与评价
    4.1 概述
    4.1.1 人机工程数字化仿真评价概述
    4.1.2 人机工程仿真软件简介
    4.1.3 单兵装备人机工程数字化仿真评价的作用与功能
    4.2 仿真环境与几何建模
    4.2.1 仿真环境的搭建
    4.2.2 士兵人体参数化建模
    4.2.3 单兵装备的几何建模与加载
    4.3 士兵姿势控制与运动仿真
    4.3.1 关节活动范围控制
    4.3.2 姿势加载、编辑与保存
    4.3.3 动态仿真方法
    4.3.4 动态仿真实例
    4.4 单兵装备人机工程数字化评价
    4.4.1 概述
    4.4.2 可视性分析
    4.4.3 可达性分析
    4.4.4 姿势舒适性分析
    4.4.5 质心分布计算
    4.4.6 辅助分析计算
    4.5 数据库搭建与管理
    4.5.1 数据库结构
    4.5.2 数据库典型设计
    4.6 Jack二次开发过程和实例
    4.6.1 Jack的结构
    4.6.2 仿真平台方案设计
    4.6.3 二次开发过程
    4.6.4 调用开发的动作库进行仿真
    4.7 本章小结
    参考文献
    应用篇
    第5章 单兵装备人机工程半实物仿真与评价
    5.1 概述
    5.1.1 半实物仿真定义及特点
    5.1.2 半实物系统中的虚拟现实技术
    5.1.3 模拟环境气候仓的发展及应用
    5.1.4 交互式作战仿真系统的发展及应用
    5.1.5 单兵装备人机工程效能评估系统
    5.2 战场环境模拟
    5.2.1 三维模型设计
    5.2.2 战场环境视景驱动
    5.2.3 战场环境的生成
    5.2.4 战场环境的编程控制
    5.3 模拟环境气候仓
    5.3.1 模拟环境气候仓构成
    5.3.2 模拟环境气候仓性能
    5.3.3 模拟环境气候仓的应用
    5.4 交互式作战仿真系统
    5.4.1 交互式作战仿真系统开发
    5.4.2 人机交互接口的设计实现
    5.4.3 网络通讯设计
    5.4.4 随机事件生成模块设计
    5.4.5 计算机生成兵力设计
    5.4.6 其他模块设计
    5.5 智能虚拟步行训练系统
    5.5.1 智能虚拟步行训练系统的应用
    5.5.2 数据采集与评价技术
    5.5.3 场景创作
    5.5.4 系统实验
    5.6 单兵装备人机工程效能评估
    5.6.1 生理及生物力学监测技术
    5.6.2 生理及生物力学测试设备
    5.6.3 疲劳评估专家系统的实验与实现
    5.6.4 单兵装备人机工程效能评估实例
    5.7 本章小结
    第6章 单兵装备人机工程实物评价
    6.1 概述
    6.1.1 单兵装备人机工程实物评价的内容
    6.1.2 单兵装备人机工程实物评价的特点
    6.2 单兵装备人机工程人体测试评价
    6.2.1 军用鞋靴足底压力的舒适性测试分析
    6.2.2 军用防护服工效人体评价试验
    6.2.3 个人冷却降温系统调查验证
    6.2.4 新型单兵携行具效能验证
    6.2.5 防护携行装备的关节活动范围和姿势舒适性试验
    6.2.6 实时监控单兵生理状况
    6.2.7 排爆单兵装备工效分析
    6.2.8 军盔分号尝试及佩戴试验
    6.2.9 头盔与防毒面具的匹配性设计及气密性实验
    6.2.10 救生衣姿态测量仪器研制及应用
    6.3 单兵装备人机工程模型测试评价
    6.3.1 单兵装备任务负荷分析评价
    6.3.2 头盔工效学性能测试评价技术
    6.3.3 头部通风散热性能研究模型
    6.3.4 军用防护服舒适性测试
    6.3.5 暖体假人模拟人体热反应模型
    6.3.6 全脸面罩防爆性能试验分析
    6.3.7 携行具背架设计的校核模型
    6.3.8 叠层靶板弹道侵彻模型
    6.4 单兵装备综合评价方法
    6.4.1 综合评价过程概述
    6.4.2 综合评价指标确定
    6.4.3 综合评价权重系数确定
    6.4.4 士兵系统评价实例
    6.5 本章小结
    第7章 单兵负荷运动生物力学建模与应用
    7.1 概述
    7.1.1 单兵负荷运动的困境
    7.1.2 运动生物力学的概念与发展
    7.1.3 运动生物力学的研究任务和方法
    7.2 单兵携行系统的现状与发展
    7.2.1 单兵携行系统的现状
    7.2.2 外骨骼携行系统的前沿研究
    7.2.3 单兵外骨骼技术发展的意义
    7.3 人体动作结构的生物力学基础
    7.3.1 人体动作结构和动作系统
    7.3.2 人体基本运动动作形式
    7.3.3 人体环节的划分
    7.3.4 步态的生物力学基础
    7.4 单兵负荷运动生物力学建模与仿真
    7.4.1 人体模型简化及动力学建模
    7.4.2 单兵下肢惯性参数获取
    7.4.3 单兵负荷运动实验分析
    7.4.4 单兵负荷行走的动力学仿真
    7.5 外骨骼系统的生物力学设计实例
    7.5.1 主动外骨骼系统的生物力学设计与验证
    7.5.2 准被动外骨骼系统的生物力学分析
    7.5.3 外骨骼助跃系统的实验设计与机构仿真
    7.6 未来外骨骼系统的生物力学研究展望
    7.7 本章小结
    参考文献
    附录
    附录A 标准头面型的描述参数和特征层序号
    附录B 不同百分位数主要人体测量尺寸数据及身高体重简化比例
    附录C 人体主要关节活动自由度及活动范围测量数据参考
    附录D 人体表面区域划分及可达性等级
    附录E 人体关节舒适性实验数据参考
    附录F 士兵系统人机工程综合评价指标体系及权重系统参考
    附录G 常规防护携行系统人机工程综合评价指标体系及权重系统参考
    附录H 士兵系统的人机接口关系和人机工程要求参考

    文摘

    第1章单兵装备人机工程学概论
    1.1人机工程学概述
    1.1.1人机工程学的概念和应用
    从20世纪50年代以来,特别是电子计算机的出现和载人航天活动取得的突破性进展,使得人们越来越不能适应复杂机器的要求。因此,各发达国家纷纷认识到研究人、机械、环境之间相互关系的迫切性和重要性,利用人体科学和工程学的最新成果,竞相开始了一系列卓有成效的研究。美国的人的因素(HumanFactors)、人因工程学(Hu-manFactorEngineering),前苏联的工程心理学,欧洲的工效学(Ergonomics),日本的人机系统(Man-Machine-System)、人间工学、人体工学等诸多学科,从不同侧面、不同角度深入研究人机工程,在本套书中统一称为人机工程学。
    而实际上人机工程的理念早已广泛深入人们的工作生活之中,它根据人体科学和工程学,研究人、机械、环境相互间的合理关系,以保证人们安全、健康、舒适地工作并取得满意的工作效果。社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快等一系列社会与物质的因素,使人们在享受物质生活的同时,更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价,也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。所谓人性化产品,就是包含人机工程的产品,只要是“人”所使用的产品,都应在人机工程上加以考虑。仅从工业设计这一范畴来看,大至宇航系统、城市规划、建筑设施、自动化工厂、机械设备、交通工具,小至家具、服装、文具以及盆、杯、碗筷之类各种生产与生活所创造的“物”,在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话,专业用品在人机工程上则会有更多的考虑,它比较偏重于生理学的层面;而一般性产品则必须兼顾心理层面的问题,需要更多的符合美学及潮流的设计,也就是应以产品人性化的需求为主。
    一个好的产品设计是可以涵盖形态和人机因素的,产品的外形一样也可以有机会左右人机工程的发挥。以TEAGE为微软所设计的易用鼠标球为例,该鼠标是特别为儿童体验电脑而设计的,在方案决定之前对儿童的抓握方式进行了研究,黄白两色相间的鼠标球使儿童们在学习电脑时,增加了趣味性和功能性。该产品已经超脱了产品造型上的束缚,除更好用之外,也同时被赋予了新的意义与想象空间。除了一般的大众消费品之外,专为特殊族群所设计的产品在人机工程学上也有更多的考虑。如残疾人用的瓷器套具,此套餐具针对残疾人设计,又不让人直接看出它们是专为残疾人做的。因此,在充分考虑了人机工程学的基础上,还特别处理手把的凹凸,使残疾人拿在手里有一种心态上的平衡感,既能看到、摸到,但又不那么显眼。对医疗设备来说,病床、医疗椅等产品,在设计上不只是考虑操作要符合人机工程学,在材料上也应力求人性化,增加产品的亲和力,以提高产品的“EQ”。
    国际人类工效学学会(InternationalErgonomicsAssociation,IEA)对人机工程的定义为:人机工程是研究系统中人与其他组成要素交互关系的一门学科,该学科运用其理论、原则、数据和方法进行设计,其目的是使整个系统的工效与人的健康最优化。它有五个指导性原则:安全、舒适、易用性、生产率/性能以及审美。安全:如药瓶的标签,标签上的字体要足够大以便视力有问题的病人可以清楚地看明白剂量,需研究药瓶标签印刷上的形式、颜色、大小以便优化视觉效果;舒适:如闹钟的显示,有些显示亮度较强,在黑暗的环境下容易刺激人眼,需根据对比度原则设计亮度差;易用性:如路牌的位置,在陌生的地方,很多情况下很难发现路牌,需根据视觉原理重新设计;生产率/效能:如高清电视的音量,和普通的电视相比,高清电视的声音要小得多,所以当你从高清信号转换成普通信号时候,声音会突然显著变大,分贝级差导致强声伤害耳朵,需用平均分贝等级来解决这个问题;审美:如工作场所的标志,标志设计要和场所一致,既要符合审美,也要易于识别理解。
    具体讲,人机工程学面向“人―机―环”系统的设计和开发,并对人体结构特征和机能特征进行研究,提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数;还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数,分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性;分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力;探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。
    该学科实际上是人体科学与环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物。它以人体科学各学科为“一肢”,以环境科学中的各学科为“另一肢”,而以技术科学中的各学科为“躯干”,形象地构成了该学科的体系,如图1-1所示。
    人机工程学的显著特点是,在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上,不单纯着眼于个别要素的优良与否,而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究,即“人―机―环”系统。这个系统中,人、机械、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。人机工程学的人机系统设计理论,就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。人机工程学研究需运用系统工程的观点,使人、机械、环境的配合达到最佳状态。环境因素通常是去适应而无法去改变,所以一般条件下“人―机―环”系统主要是“人机系统”。人开始使用机器就构成了人机系统。
    在人机系统中操纵人员被看做系统中的一个元件。操作人员通过感觉器官(视、听、触、嗅、味)接收来自机器的信息,了解其意义并予以解释,或先进行计算,再把结果与过去的经验和策略进行比较,然后作出决策。作出决策后,人通过控制器官(手、脚等)去操纵机器的操纵器(如开关、按钮、操纵杆、操纵盘、光笔或呼口令等)改变机器的运转情况。机器随即发出新的信息,如此重复不断。人机系统不是孤立存在的,而是存在于某种环境之中。环境特性影响人的效率和行为,环境因素包括温度、湿度、噪声、照明、加速、振动、污染和失重等。设计人机系统时,要把人和机器作为一个整体来考虑,合理地或最优地分配人和机器的功能,保证系统在环境变动下达到要求的目标。
    人机系统中人的特性、能力和限制已经有大量测试数据可查。从系统分析角度研究人机系统,在原有设备基本不变的情况下,由于考虑了人的动态特性而进行系统分析,再适当改动设备,就能显著提高工效。如手动控制系统,即操纵人员直接参与的用手连续控制的系统,在飞机、火炮、雷达、汽车、舰船和航天飞机等方面已广泛应用,在工业生产中也得到广泛应用。人机接口系统,即人和计算机之间相互作用的系统,已是电子计算机发展的必不可少的重要组成部分。人机接口系统中人承担越来越多的功能,操纵人员执行许多操作,进行人机对话,处理大量信息,作出各种决策。指挥控制通信系统(简称C3系统)是一种多操纵人员、多台机器(或工程系统)的复杂人机系统。即使是一个非常简单的设备,在人员操纵上也会产生常规工程实践无法解决的问题。
    人机工程学的应用领域目前已包括电话、电传、计算机控制台、数据处理系统、高速公路信号、汽车、航空、航天、航海、现代化医院、环境保护、教育等,甚至还可用于大规模社会系统。人机工程学在军事领域中尤其受到重视,美军在陆、海、空三军都分别建立了从事工效学研究的机构。在1971年,美国直接从事工效学方面工作的研究人员有1/5是就职于军事部门的,人机工程对军事装备研究的重要性可见一斑。
    第二次世界大战期间,发现对制造出来的各种高效能的新式机器和机器系统(生产、运输、通信、武器和航空飞行器等)进行操纵和控制时,整体系统的工作效率在很多情况下是由其中人的活动来决定的。如雷达运行时,要求操纵人员接收和分辨出显示器上显示的各种信息,根据这些信息在很短时间内作出决策和进行操作。若雷达设备的全部潜力没有发挥出来,至少部分原因是操纵人员不能掌握这个电子设备的复杂操作。经验和教训提醒人们,有时飞机弄错方向坠毁,炸弹误中友船,就是因为设计时没有考虑人的各种长处和短处。电子计算机发展的初期,计算机运算速度很快,输入数据、编制程序和打印结果很慢,机器经常处于空闲状态,也是因为没有考虑和研究人机接口系统和人机功能分配等因素引起的。人的能力和机器的潜力很好地配合,能提高管理和控制效率。随着机械化、自动化和电子化的高度发展,人的因素在生产中的影响越来越大,人机协调问题也就越来越显得重要,军事人机工程学就是在这样的背景下创立和发展起来的。
    1983年美国在发展先进武装攻击直升机LHX时,用“人―机―环”系统工程中的乘员工作负荷分析方法论证了单座和双座两个方案;在进行阿波罗登月计划时,对载人飞船这一典型的“人―机―环”系统创建了数学模型,并进行了广泛的数值试验研究;前苏联在发展太空站计划时也开展了类似的工作。据称,美国军事发展的重大项目立项论证报告,必须有相关的人机环境系统工程的内容才能批准。海湾战争后,美国把人机工程列为优先发展的十大高新技术之一。
    在新的世纪里,人们以新的方式来感知世界,人们越来越多地在追求一种新的生存环境和生存空间。毫无疑义,未来的人性化设计具有更加全面立体的内涵,它将超越人们过去所局限的人与物关系的认识,向时间、空间、生理感官和心理方向发展,更加关注专业化产品和特殊使用人群,同时,通过现代高科技技术如CAD/CAM、虚拟现实、互联网络等多种数字化的形式而扩延。例如,本套书所描述的单兵装备人机工程即属于军事人机工程学的新兴特殊领域,离不开数字化设计、数字化仿真和半实物仿真等高科技评价手段。中国未来的产品设计必须以创意与革新为首要条件,唯有真正好用且务实的商品才能在市场上脱颖而出,让消费者感到贴心且实惠的产品方是企业制胜的绝佳利器。符合人机工程、人性化的设计是最实在,同时也是最前沿的潮流与趋势,是一种人文精神的体现,是人与产品完美和谐的结合。
    1.1.2人机工程学常用方法
    人机工程学研究的一般方法,通常是在明确人机系统设计总体要求的前提下,着重分析和研究人、机械、环境三个要素对系统总体性能的影响,如系统中人和机的职能如何分工、如何配合,环境如何适应人,机对环境又有何影响等问题,经过不断修正和完善三要素的结构方式,最终确保系统最优组合方案的实现。
    建立人机系统,必须考虑以下五方面:人员选择、训练(包括训练设备)、设备设计、操作程序和环境。建立复杂的人机系统,除了这五方面外,还要考虑人机系统的系统性能、人和机器的特性等,采用系统科学或信息科学的方法来设计和分析,然后进行系统试验,检查系统性能和操纵人员操纵的难易程度。一般说来,人机系统要反复试验和使用才能逐渐完善。人机系统中,操纵人员是人机系统中的主体,设计和运用人机系统时应当充分发挥人在人机系统中的能动和主导作用。设计人员要和操纵人员密切配合,使人机系统达到要求的性能和指标,同时保证操纵人员操纵简便、安全舒适和提高系统工效。
    在整个研究过程中,人机工程师和工业设计师都必须全程参与,相互的工作密不可分,即便是同一个设计人员,在各个阶段为主为辅的角色会有不同。例如,产品概念由工业设计师主导,测试则由人机工程师主导,每个步骤以剧本的形式来串联沟通。每件产品都有各自的在人机工程学上的特色,特别是消费性产品。以汽车内部设计来说,就有三个表达人机工程需求的方式。一是操控界面,如方向盘的设计。二是座椅及内装设计,如一些大客车座椅,或者老板椅的靠背上部,都有一道鼓起来的凸包。对于大多数的中国人来说,这个凸包常常是顶在后脑勺,使得身体后靠在椅背时,不得不稍稍低头。从设计上来说,这道凸包本来是用来垫靠颈部凹处,使人的头颈更舒服的。问题的出现是由于这些座椅的设计和生产直接从国外引进,而生产者又没有重新考虑中西方人在身材方面的不同,即人机工程师的测试环节未能及时到位,尺寸上完全照搬,结果西方人垫颈的凸包就顶住了人们的后脑勺。三是情报沟通系统,如导航系统设计及安全警报功能。
    由于学科来源的多样性和应用的广泛性,人机工程学中采用的各种研究方法种类很多,有些是从人体测量学、工程心理学等学科中沿用下来的,有些是从其他有关学科借鉴过来的,更多的是从应用的目标出发创造出来的。图1-2是汽车装配的人机系统仿真设计,这是人机工程学为工业设计开拓了新的思路,并提供了独特的研究方法和有关理论依据。下面总结了一般产品设计领域的几类方法,各类方法之间可以交叉和融合。
    实验测量法的交互性和控制性好,过程直观,但依赖于设备,数据散乱、不易分析,具有模糊性;分析处理法的解析性、再现性和预测性好,但较为理想化,具有不完全性,往往只能模拟系统一个或少数几个方面的性能;运行调查法真实易行,当被试者不知正在进行着试验的情况下主观性最小,适用于做检验,缺少再现性,偶然性大,应采取大样本进行。每种方法都离不开对数据的处理方法,尤其是实验测量法和运行调查法,因为当设计人员测量或调查的是一个群体时,其结果就会有一定的离散度,必须运用数学方法进行统计分析,才能转化成具有应用价值的数据库,或获得定性评价,对设计产生具有指导意义。实验测量法和运行调查法均属于人机工程学的常规方法,可统称为工效计量学(Ergonometrics),它专门地、集中地研究人机工程中运用定量分析方法的问题。分析处理法是人机工程学的新兴方法,充分利用计算机、虚拟现实、互联网络、仿真模型等高新技术手段进行模拟和预测,适合应用于较为复杂的人机系统。
    1.1.2.1实验测量法
    测量方法是人机工程学中研究人形体特征的主要方法,它包括尺度测量、动态测量、力量测量、体积测量、肌肉疲劳测量和其他生理效应的测量等几个方面。实验测量法可采用真实活人体、人尸体和动物来进行,采用活人最为常见。例如,在模拟作战情况下对士兵的各种力学、姿态、生理、生化和心理等指标变化进行监控,并对大量信息进行人工或者智能专家分析,最终实现单兵装备和战技术动作的优化设计。借鉴国内外在军事科研、人体运动、航天医学及工效学等领域的经验,单兵装备人机工程实验测试方法在运动学、生物力学和生物医学方面占有相当大的比重,因为这方面的测试设备和手段相对较成熟,并且具备通用性,适于实验室内采用。图1-3即为美国Natick士兵研究、发展与工程化中心对携行背具的士兵的生理指标和动力学指标进行实时测量的情形。
    1.1.2.2分析处理法
    1)建立模型方法
    这是现代产品设计必不可少的工作方法,包括数学模型、几何模型和物理模型,它也是计算机辅助设计和仿真技术开展的基础。基于大量的人、机、环数据建立数学模型,可为科学制定和使用装备标准提供依据,例如,建立单兵的各种体重、负荷在不同速度、坡度和地形下的代谢量计算模型,可作为研究单兵负荷量标准的高效工具,再如,构建防弹头盔和防弹衣的减伤分析模型,估算特定弹道杀伤单元对人体的杀伤概率,进而获得基于战斗减伤率的单兵防护装备防护能力的评估;建立产品几何模型,通过模型构思方案、规划尺度、检查效果、发现问题,有效地提高设计效率和成功率;建立能模拟人、机、环某方面形态和功能的物理模型是建立模型方法的最高境界,不但需要大量的人、机、环数据,掌握普遍规律,还需合理利用工程技术开发功能再现实物,如标准头模系列、头盔工效与力学性能测试系统、暖体假人、模拟环境气候仓等。
    2)人机工程计算机辅助设计
    把人机工程中的数据管理、表现和装备制造采用高效的计算机辅助设计。例如,把人机工程设计的各种标准、规范等数据和信息软件化,建立数据库和其数据管理系统,以便快速查找,如创建男军人三维头面型数据分析管理系统;在采集人体三维尺寸信息的基础上,通过CIMS技术完成系统的快速化数字成型等,也即计算机模型建立。
    3)计算机仿真和虚拟现实技术
    计算机仿真通过计算机图形显示研究人的可达性、可视性、静动态姿势等问题,为设计者提供辅助手段和参考。其最高境界是虚拟现实技术,它是可用于创建和体验似真环境的计算机系统或半实物仿真系统,通过多媒体传感交互设备使人进入一种人工媒体空间场景,进而具有逼真的、亲临现场的感觉,直接参与其中的事物变化和相互作用。如交互式作战对抗系统、智能虚拟步行训练系统。