航空武器装备作战工效学创新研究*

李战武，安 超，赵晓哲，杨海燕

（1.西北工业大学电子信息学院，西安 710072；2.海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018；3.空军工程大学航空航天工程学院，西安 710051；4.空军工程大学空管领航学院，西安 710051）

航空武器装备作战工效学创新研究*

李战武1，3，安 超3，赵晓哲1，2，杨海燕4

（1.西北工业大学电子信息学院，西安 710072；2.海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018；3.空军工程大学航空航天工程学院，西安 710051；4.空军工程大学空管领航学院，西安 710051）

针对现有武器装备在操作使用上的问题，提出一种基于航空武器装备作战工效学的装备分析评估方法。给出了航空武器装备作战工效学的基本定义、基本特征。介绍了航空武器装备作战工效学的发展现状；分析了航空武器装备作战工效学在装备研制方面的重要意义并概述了其对于子学科发展的重要作用。

作战工效学，人机交互，论证，智能化

0 引言

航空武器装备是中央军委赋予空军完成战略使命任务的依托条件，武器装备的作战效能在某种程度上决定了战争胜负，基于作战效能有效发挥的航空武器装备研制是目前广泛采用的方式方法［1-2］。

无论何种武器装备，均需要相关人员在一定空间、时间范围内操作武器装备，使其按照操作人员的意图完成作战任务。这种操作，对于作战飞机而言，就是飞行员，对于无人机而言，就是无人机操控员，而对于地防武器，则是完成作战任务的武器操作员。人与机的交互效率和效果，需要从“人机工效学”角度进行生理和心理的全面分析，设计良好的交互界面，方能有助于人在装备操作中具有直观性、便利性、敏捷性和防差错性［3-4］。

在现有的武器装备研制过程中，采用作战效能评估相关理论和方法，通过实物或半实物仿真可以得到武器装备的作战效能分析结果，使其具备了在作战中评价的基本条件。在人与机的交互中，采用人机工效相关理论和方法，通过一定的生理和心理测试，确定编制的人机交互介质和界面是否符合大多数人的操作习惯。两种设计环节并行存在，但交集较少，造成现有的武器装备在操作使用上存在操作电门旋钮多、互动交互不便捷、信息显示不直观等诸多问题，在某种程度上限制了武器装备的作战效能发挥。

美国人机工程学专家Charles C.Wood对人机工程学的定义中指出，设备设计必须符合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代价而求得最高效率。可以说，从人机工效学角度考虑武器装备的作战效能，是分析评估装备设计的一种重要思路［5-8］。

研究基于航空武器装备作战效能与人机工效共同作用下的航空武器装备作战工效学，将有助于解决以上存在的若干问题，并对后续武器装备的智能化设计，提供相应的理论支持。

1 航空武器装备作战工效学的基本内涵

1.1 航空武器装备作战工效学的基本定义

航空武器装备作战工效学是指在航空武器装备研制过程中，从装备作战使用顶层设计入手，充分融合作战效能与人机工效的基本理论和思想，构建符合装备作战效能发挥的人机工效设计思路和评价机制，全面提升航空武器装备的作战使用效果。

航空武器装备作战工效侧重于从“人”的角度来衡量装备的作战效能，将操作人员的操作效能融入作战效能，是一种装备设计论证的新方法。

1.2 航空武器装备作战工效学的基本特征

航空武器装备作战工效学作为装备设计论证的新方法，具有如下重要特征：

1）“人”与“机”的有机融合。作战工效学的首要特点在于，将“人”的因素纳入作战效能的评估指标体系中，通过建立人的模型，综合考虑“人”的思维方式、反应速度、人体工效和情绪变化，形成一种能够衡量“人”在机器使用过程中对机器效能产生的影响，从而将“人”加入效能评估的闭环，形成对武器装备作战效能评估的有效指导。

2）“效能”与“工效”的相互融合。一般情况下，武器装备的作战效能是指特定条件装备性能的发挥程度和形成的作战效果的总和。装备作战效能评估侧重于从装备的性能指标和作战使用条件进行分析和评估，而较少考虑人机结合的问题。人机工效作为研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科，能够将设备操作中人的因素进行分析和建模，进而形成基于工效的武器装备效能评估方法。

3）“性能”与“使用”的相互结合。在武器装备效能评估的具体方法中，一般侧重于基于装备的技战术性能参数进行分析计算，形成的分析结论是基于武器装备完全发挥了其各项性能这个基本条件。然而，随着装备复杂程度的不断提高和武器装备操作流程的复杂性，操作人员对武器装备的“使用”程度直接决定了装备性能的发挥。人的反应时间、操作逻辑的正确性、操作时间的约束等条件将直接影响作战效能的发挥。作战工效学能够确保从武器装备性能和人的操作水平两方面来综合衡量作战效能，做到“性能”与“使用”的有机结合。

2 航空武器装备作战工效学的关键技术和研究现状

航空武器装备作战工效学是一个交叉学科，涉及到多项关键技术和多个学科领域。

2.1 人机工效学

人机工效研究是体现人与设备良好结合的重要研究学科。近年来，对人机工效的研究越来越广泛，也越来越受到人们的重视。但现有的人机工效研究主要基于生理和心理的研究，对飞行员的适应能力、反应能力进行了较为充分的研究，而对于作战需求下的人机工效研究现在还处于空白状态［9-11］。

2.2 武器装备发展论证科学

武器装备发展论证是基于作战需求确定装备能力需求的学科。武器装备发展论证要关注技术层面、系统发展层面和全面规划层面的论证，并且是一个统筹兼顾、全面考虑的综合性问题。目前，我军装备发展论证经历了模仿和跟踪研究阶段，已基本步入了正规，形成了大量的武器装备发展论证的成果，并在多种型号研制过程中进行应用［12-13］。

2.3 武器装备作战使用学科

武器装备作战使用学科是指从使用人员的角度对武器的基本原理、使用方法和操作流程进行说明的学科。装备作战使用一般涉及具体的型号，需要扎实的理论基础和丰富的实践经验。装备作战使用不仅要考虑具体设备的工作机制和使用条件，同时需要综合考虑战术需求和协同配合，因而是一个综合性的问题。随着我军装备的不断更新，各类装备的作战使用问题成为提升作战能力的关键，也是当前的研究热点［14］。

3 航空武器装备作战工效学在装备研制方面具有重要意义

作战工效学能够充分结合人机工效相关理论对装备操作使用的便捷性、可靠性、防差错性等基本要求进行分析评估，进而对航空武器装备设计、研制提供有效的指导。综合看来，航空武器装备作战工效学在装备研制方面具有重要的理论意义和研究价值。

3.1 从顶层设计确定航空武器装备新的研制思路

作战工效学为航空武器装备的设计研制提供了新的思路，并能在装备研制的各阶段发挥重要作用。在需求论证阶段，作战工效学能够有效指导武器装备性能参数的论证和指标需求确定，确保论证方向兼顾装备性能和可操作性，为作战使用效果的提升奠定基础。在设计试验阶段，作战工效学能够提供相应的试验评估模型和方法，为具体设备的作战工效的评价提供试验规范和流程约束。在定性装备阶段，作战工效学能够指导操作人员使用最佳的操作方法和流程，从作战使用角度来规划和约束操作人员的具体操作，从而为航空武器装备充分发挥作战效能提供保障。综上所述，在武器装备研制的各阶段，都应将作战工效作为一个重要因素进行考虑，以确保面向作战使用的作战效能的发挥［15］。

3.2 从以装备性能提升为主转而兼顾人机交互便捷性

现阶段，新武器装备的性能提升往往侧重于对装备本身的性能参数进行优化和合理提升，而对操作使用武器装备的“人”的因素考虑不够或不深入。复杂作战环境下，“人”的因素至关重要，人机交互的质量直接影响着武器装备性能的发挥，因而从人机交互的角度提升武器装备的性能是一个可行的方法。在作战装备的论证与研制阶段，需要将装备的作战效能与人机工效结合起来，兼顾人机交互质量，从便捷性、可靠性、防差错性等方面就人机交互质量进行衡量，形成具体的评估方法和流程，提供完善的评估模型和指标体系。作战工效学能够指导完成人机交互质量的分析与建模，从而为武器装备性能提升提供新方法。

3.3 为航空武器装备智能化设计提供了解决方案

武器装备的智能化是信息化作战条件下武器装备发展的基本趋势，也是作战工效学能够发挥作用的一个重要方面。对于新型的武器装备，在评估人机交互质量的过程中，作战工效学需要建立人的模型，形成基于“人-机”闭环的交互质量评估方法。在此基础上，通过优化“人-机”闭环，提升人机交互质量，能够探索并形成智能化的武器装备使用逻辑和基本流程，以及容错方法和策略。在此基础上，研究基于人机工效的武器装备作战效能，进一步优化和完善机载设备尤其是火控系统界面，能够大大增强武器装备的“智能化”程度，对于复杂作战条件下提升装备的作战效能将起到极大的促进作用。同时，建立“人”的模型，形成基于“人”的人机交互评估的闭环，对于智能化火控系统的设计研发和无人作战飞机自主行为决策也有重要的参考价值。因此，为航空武器装备智能化设计提供相应的设计思路和解决方案。

4 航空武器装备作战工效学发展了新的学科方向

航空武器装备作战工效学是结合人的因素研究武器装备作战使用的新方法，在武器装备需求论证、智能化设计、效能提升方法研究以及作战使用研究等方面都将发挥重要的作用。通过对火控专业课程的分析，我们认为，航空武器装备作战工效学对以下子学科的发展和完善都具有一定的促进作用。

4.1 航空火控系统总体设计

航空火控系统［16］作为重要的机载任务系统，对作战效果起着至关重要的作用。火控系统总体设计需要综合考虑火控系统的界面设计、交联关系、操控逻辑以及战术战法规则等各个方面，与此同时，火控系统又是直接面向飞行员的重要系统，火控系统的设计和发展必须考虑人的因素。航空武器装备作战工效学能够从设计思路、具体原则以及“人-机”评估闭环的构建等方面对火控系统总体设计提供指导。

火控系统的智能化也是新一代作战飞机必须解决的一个重要问题。航空武器装备作战工效学能够从人机交互质量方面对火控系统智能化设计提供一定的思路和验证方法，因而能够对火控系统总体设计提供指导。

4.2 航空武器装备作战效能评估

从作战工效学的角度，在航空武器装备作战效能评估方法中加入人机交互质量的评估，拓展航空武器装备作战效能评估方法。人机交互质量的评估可以从操作便捷性、可靠性、智能性等指标进行综合考虑，同时，面向人机交互质量的评估方法，需要构建人机闭环的评估模型和试验环境。

通过在效能评估中增加对人机交互的评估，航空武器装备作战效能评估将克服只考虑装备能力参数的缺点，真正实现从作战使用角度对武器装备效能进行评估。

4.3 机载武器作战使用原理

目前，通过对机载武器的作战使用基本原理的分析，主要考虑设备的技战术性能和武器的作战使用条件，未能结合人的操作规范进行深入详细的说明。如对空射击的瞄准时间、导弹发射时刻载机操纵注意事项、对地攻击稳环时间等等具体的操作都需要明确人的作用，以及操作的时间指标、精度指标等等。因此，从作战工效学的角度出发，将人的因素作为机载武器作战使用的重要要素进行明确和规范，有助于有针对性地培养规范操作意识，掌握操作使用的要领，提升机载武器作战使用效果。

5 结论

航空武器装备作战工效学是面向武器装备作战效能提升而提出的装备设计论证的新方法。本文首先提出了航空武器装备作战工效学的基本概念和基本内涵；在此基础上分析了关键技术和研究现状，并从航空武器装备研制的3个方面阐述了基于作战工效学的装备论证、系统设计方法，指出了作战工效学的重要意义；最后，从火控专业学科建设角度指出了航空武器装备作战工效学对学科建设的促进作用。

可以说，随着武器装备复杂程度的不断提高，以及信息化设备和智能化设备的进一步增加，从作战工效学角度研究装备性能需求和效能提升方法将会成为一个重要的研究方向，并将在武器装备的发展中起到越来越重要的作用。

［1］杨建军.武器装备发展系统理论与方法［M］.北京：国防工业出版社，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］丁玉兰.人机工程学［M］.北京：北京理工大学出版社，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］罗继勋.航空武器系统效能评估与系统优化［M］.北京：兵器工业出版社，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.航空火控系统总体设计［D］.西安：空军工程学院，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

国家自然科学基金资助项目（61472441）

李战武（1978- ），男，陕西三原人，硕士，副教授。研究方向：航空武器火力控制原理与技术、作战决策。

1002-0640（2017）06-0171-04