姬鐘景 盧 輝

（海軍駐昆明地區(qū)代表室 昆明 650118）

1 引言

武器發(fā)射控制臺(tái)是發(fā)射系統(tǒng)的控制核心。武器發(fā)射控制臺(tái)與武器發(fā)射系統(tǒng)的機(jī)械和液壓分系統(tǒng)、氣動(dòng)分系統(tǒng)等構(gòu)成一套完整的機(jī)電一體化自動(dòng)控制大型設(shè)備。武器發(fā)射系統(tǒng)通過控制臺(tái)與作戰(zhàn)系統(tǒng)以及其它設(shè)備進(jìn)行各種指令信號(hào)的交互，完成各種管裝武器的發(fā)射任務(wù)。隨著國防技術(shù)的發(fā)展，武器發(fā)射控制臺(tái)的功能也越來越復(fù)雜。

人機(jī)工程學(xué)是運(yùn)用人體測(cè)量學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、生物力學(xué)以及工程學(xué)學(xué)科的研究方法和手段，綜合地進(jìn)行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學(xué)等問題研究的學(xué)科，設(shè)計(jì)出使操作者能發(fā)揮最大效能的機(jī)械、儀器和控制裝置，并研究控制臺(tái)上各個(gè)儀表界面的最合適位置等。通過揭示人-機(jī)-環(huán)境之間相互關(guān)系的規(guī)律，以達(dá)到確保人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)總體性能的最優(yōu)化。人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛，已普遍應(yīng)用于民用領(lǐng)域，在軍用設(shè)備領(lǐng)域相對(duì)比較落后，發(fā)展較為緩慢，在近幾年開始引起關(guān)注。

控制臺(tái)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的基本要求為：人的舒適性（按人體尺寸設(shè)計(jì)）、顯示裝置的可見度（考慮視覺幾何參數(shù)）、控制元件的易操作性（考慮人的手功能可及范圍）人的動(dòng)作特性。軍用設(shè)備相對(duì)于民用設(shè)備良好的人機(jī)工程設(shè)計(jì)，有助于提高發(fā)射裝置操作人員的工作效率和降低誤操作的概率，進(jìn)而提高作戰(zhàn)效能，避免由于操作不當(dāng)或者操作繁雜而延誤戰(zhàn)機(jī)。本文對(duì)控制臺(tái)形式的選擇，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，操作裝置、顯示模塊安裝等幾個(gè)方面進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析、設(shè)計(jì)。以設(shè)計(jì)操作方便、使用高效的武器發(fā)射控制臺(tái)。

2 武器發(fā)射控制臺(tái)形式結(jié)構(gòu)確定

2.1 武器發(fā)射控制臺(tái)形式選擇

控制臺(tái)形式一般分為：桌式、直柜式、組合式。由于目前武器種類的增加以及系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，武器發(fā)射控制臺(tái)的功能也變得復(fù)雜，集合到控制臺(tái)中的各自電子設(shè)備相應(yīng)增加。控制臺(tái)主要由主控機(jī)系統(tǒng)、測(cè)控箱組成。主控機(jī)系統(tǒng)由軍用加固計(jì)算機(jī)、軍用加固顯示器、可編程觸摸屏、跟蹤球、操作指示面板（含開關(guān)及指示燈）、接入組件、電源控制盒組件等組成。雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但它除了布置顯示裝置和操縱裝置外（鍵盤、鼠標(biāo)、按鈕等），還可以將其它的設(shè)備配置在下面的柜中。因此武器發(fā)射控制臺(tái)基本組成有：顯示設(shè)備、按鈕面板、鍵盤和鼠標(biāo)、機(jī)柜等。

圖1 控制臺(tái)形式

由于武器發(fā)射控制臺(tái)的使用環(huán)境不像工業(yè)控制臺(tái)，在形式設(shè)計(jì)和選擇時(shí)會(huì)受到限制。特別由于艦艇中的空間有限，一般對(duì)控制臺(tái)的外形尺寸有嚴(yán)格的限制，如標(biāo)準(zhǔn)控制臺(tái)最大外形尺寸（寬×厚×高）：600mm×500mm×1600mm；操作方式為站式。本文以此基本要求為基礎(chǔ)進(jìn)行武器發(fā)射控制臺(tái)的分析與設(shè)計(jì)。初始設(shè)計(jì)方案采用直柜式，可以選擇的方案有抽拉式鍵盤和翻蓋式鍵盤方案。具體形式方案如圖1所示。

由圖1可以看出，在抽拉式鍵盤的設(shè)計(jì)方案中，下面機(jī)柜的空間相對(duì)于翻蓋式鍵盤設(shè)計(jì)方案較大，意味著可以布置更多的功能模塊，像加固主機(jī)、測(cè)控箱等。而且由于各個(gè)功能模塊布置在機(jī)柜中，減少外部安裝功能模塊，最終使武器發(fā)射控制臺(tái)的功能更加多樣化。因此在方案設(shè)計(jì)中考慮到功能模塊的組裝，及為了保證足夠的內(nèi)部空間進(jìn)行內(nèi)部線纜布置，選擇抽拉式鍵盤的控制臺(tái)方案。

2.2 武器發(fā)射控制臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

控制臺(tái)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是控制器與顯示器的布置必須位于作業(yè)者正常的作業(yè)范圍內(nèi)，保證作業(yè)者能很好地觀看顯示器，操作所有的控制按鍵。

1）顯示屏安裝位置及界面色彩選擇

顯示屏是用來顯示各種信息的主要設(shè)備，顯示屏的安裝位置十分重要，如果安裝位置不合理就可能會(huì)造成觀察失誤或者顯示屏存在盲區(qū)，操作人員觀察信息時(shí)十分不方便，延誤操作時(shí)間或造成信息觀察錯(cuò)誤，帶來嚴(yán)重的后果。在視野范圍內(nèi)，人眼對(duì)不同的角度情況下的各種顏色的敏感度也是不一樣的，因此在設(shè)計(jì)顯示屏顯示界面的時(shí)候應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)顯示色彩。在人的頭部不活動(dòng)的情況下，人眼觀察范圍上90°、下60°、左右各95°。而人體觀察視野最佳范圍為上40°到下20°，左右各30°的區(qū)域，具體如圖2所示。操作者水平視線以下10°～15°，這是操作者坐著或站著時(shí)的自然視線區(qū)域，顯示器的中心應(yīng)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，界面色彩應(yīng)以人眼最佳敏感色彩為主。

圖2 人的視野特性與視野界限

2）操作裝置的安裝范圍

操作裝置主要包括鍵盤、鼠標(biāo)、按鈕以及接口等，它們是人機(jī)交互中人向機(jī)器發(fā)送命令的設(shè)備，應(yīng)布置在人手最方便的操作區(qū)域內(nèi)。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的原理，人手在不同的運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度是不同的，左右手運(yùn)動(dòng)最快區(qū)域如圖3所示。

由圖3可以看出在±30°～±60°區(qū)域內(nèi)，人的出手速度最快、最方便，所以在控制臺(tái)的設(shè)計(jì)中需要人手操作的設(shè)備安裝在此范圍區(qū)域內(nèi)。根據(jù)多數(shù)人的使用習(xí)慣，外部接口安裝范圍一般是布置在發(fā)控臺(tái)靠右地方。

圖3 手部運(yùn)動(dòng)速度最快區(qū)域示意圖

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，初步布置發(fā)射系統(tǒng)控制臺(tái)的顯示屏以及鼠標(biāo)鍵盤的安裝位置。其他的設(shè)備像軍用加固計(jì)算機(jī)，電源控制模塊、測(cè)控模塊等設(shè)備放置到機(jī)柜中。

3 發(fā)射系統(tǒng)控制臺(tái)主要尺寸的設(shè)計(jì)

根據(jù)總體使用環(huán)境的要求，武器發(fā)射控制臺(tái)為站位操作，因此需要根據(jù)人站姿操作確定的主要尺寸有鍵盤高度，操作面板高度及顯示屏高度。武器發(fā)射控制臺(tái)形式選擇的是直柜抽拉式鍵盤的方案，根據(jù)人體高度初步確定顯示屏在控制臺(tái)最上方，按鈕面板一般放置在顯示屏右側(cè)或者下方。

3.1 鍵盤高度設(shè)計(jì)

鍵盤是武器發(fā)射控制臺(tái)主要的操控裝置，在操作控制臺(tái)的過程中，會(huì)較多的使用鍵盤。站姿工作條件下，如果鍵盤的高度太低或者太高都會(huì)造成操作不便，降低工作效率。人機(jī)工程學(xué)要求工作平面設(shè)置在最佳的高度，設(shè)計(jì)人性化的工作平面。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，體力勞動(dòng)適宜的站姿工作平面高度如表1所示，表中參考的人體模板高度為男1686mm，女1580mm。

表1 站姿體力勞動(dòng)最佳工作平面高度（單位mm）

由于武器發(fā)射控制臺(tái)的鍵盤操作屬于較低強(qiáng)度工作，且武器發(fā)射控制臺(tái)的操作人員以男兵為主，根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，鍵盤操作面高度應(yīng)在950～1100mm 高度范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)中由于控制臺(tái)高度已經(jīng)固定，考慮到下方機(jī)柜的容量，以及上部操作面板和顯示屏的布置，鍵盤操作面的設(shè)計(jì)高度為1015mm。

由于武器發(fā)射控制臺(tái)的外形總體寬度已經(jīng)固定為600mm，鍵盤為抽拉式，因此布置鍵盤和鼠標(biāo)位置的寬度不能大于550mm。多數(shù)人用右手操作鼠標(biāo)，鼠標(biāo)布置在工作平面的右側(cè)。在鼠標(biāo)和鍵盤選型的時(shí)候應(yīng)選擇寬度較小的鍵盤和鼠標(biāo)。

3.2 顯示屏高度和角度

顯示屏面的大小和位置是顯示裝置設(shè)計(jì)中的重要問題，因?yàn)樗苯佑绊懭说淖R(shí)別，不能忽視。為了保護(hù)人眼不受電子射線的傷害，從人體軸線到視屏中心的最大閱讀距離為710mm 左右。在視距710mm 左右的情況下，屏幕面積較小時(shí)，外圈目標(biāo)的辨別效率較高；而屏幕面積較大時(shí)，則內(nèi)圈目標(biāo)的辨別效率較高。在武器發(fā)射控制臺(tái)工作時(shí)，考慮到顯示器用于顯示武器的操作信息和狀態(tài)信息，功能較為復(fù)雜，太小無法在界面上清晰顯示各種信息，因此一般選用17寸軍用液晶加固顯示屏。

顯示屏的布置在控制臺(tái)的最上端，顯示屏中心點(diǎn)離地的高度為1380mm。而人眼的高度一般高于該高度，人體模板高度為男1686mm 時(shí)，人眼的統(tǒng)計(jì)高度為1576mm。軍用液晶顯示屏視角一般在170°左右。屏幕一般在與人眼垂直的情況下清晰度最高，觀察最為舒適。因此顯示屏應(yīng)設(shè)計(jì)與垂直方向的角度。角度的確定主要是由視距即人眼與顯示屏的距離L，人眼高度與顯示屏高度的差h，來確定顯示屏與的傾斜角度。角度β的大小與L、h的關(guān)系如圖4所示。具體的計(jì)算方法如式（1）所示

根據(jù)式（1）可以計(jì)算出顯示屏的傾角，計(jì)算得到角度β＝72.7°，考慮到安裝與工藝問題，顯示屏的傾角取75°。

圖4 顯示屏角度示意圖

3.3 按鈕面板設(shè)計(jì)

控制臺(tái)的手動(dòng)操縱裝置一般分為三種類型：旋轉(zhuǎn)式、移動(dòng)式和按壓式［3］，由于按壓式操縱具有占地小，排列緊湊等特點(diǎn)，而且武器發(fā)射控制臺(tái)操縱裝置主要有兩個(gè)工作位置：接通和斷開，所以選擇的操縱裝置為按鍵形式。

武器發(fā)射控制臺(tái)的按鈕功能主要分為以下幾個(gè)部分：電源開關(guān)按鈕、主機(jī)開關(guān)按鈕、發(fā)射按鈕以及系統(tǒng)復(fù)位按鈕。根據(jù)需要，電源類按鈕可以是多個(gè)，用于控制不同的分系統(tǒng)。在這些按鈕中發(fā)射按鈕非常重要，是用于武器發(fā)射的功能按鈕，按鈕顏色應(yīng)為醒目的紅色，避免不需要發(fā)射時(shí)誤發(fā)射或者在需要發(fā)射時(shí)無法及時(shí)完成操作。

4 安全性設(shè)計(jì)

安全性設(shè)計(jì)是武器發(fā)射控制臺(tái)人機(jī)工程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，人機(jī)系統(tǒng)的安全性指能夠排除構(gòu)成系統(tǒng)的各要素導(dǎo)致災(zāi)害事故的潛在因素，保證系統(tǒng)全部處于正常狀態(tài)下工作的性能。安全性能是其非常重要的一個(gè)指標(biāo)［4］，直接影響著武器發(fā)射控制臺(tái)的性能以及操作人員的人身安全，因此必須對(duì)控制臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全人機(jī)工程設(shè)計(jì)。

·導(dǎo)軌：由于部分上柜設(shè)備自身比較重，且考慮到要便于維修的問題，機(jī)柜為上柜設(shè)備的安裝提供了能承受五十公斤以上重量的伸縮式三節(jié)導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌可以防止設(shè)備自行滑落，既保證了設(shè)備不會(huì)掉下來砸傷操作者，又保證了當(dāng)設(shè)備拉出后有足夠的空間便于維修。

·安裝底板：由于武器發(fā)射控制臺(tái)安裝內(nèi)部設(shè)備模塊后，整體比較重，為了避免發(fā)生傾倒之類的意外，在機(jī)柜底部設(shè)計(jì)了安裝底板，用螺栓固定在船體地板上。

·減震器：由于工作環(huán)境特殊，顛簸厲害，為保護(hù)設(shè)備，在武器發(fā)射控制臺(tái)底部和背部都安裝了減震器，以減輕船體顛簸對(duì)設(shè)備的沖擊。

·排風(fēng)扇：由于發(fā)射裝置控制臺(tái)內(nèi)安裝的設(shè)備比較多，所以在武器發(fā)射控制臺(tái)的背部安裝了兩臺(tái)風(fēng)扇，用于散熱，改善設(shè)備工作環(huán)境，提高設(shè)備使用壽命。

5 色彩設(shè)計(jì)

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，人在長(zhǎng)時(shí)間注視設(shè)備的時(shí)候，色彩會(huì)影響到人的情緒，較好的色彩設(shè)計(jì)能夠減輕人們的心理壓力。相反，不好的色彩設(shè)計(jì)會(huì)使人容易煩躁，因此武器發(fā)射控制臺(tái)要有較好的外觀色彩，避免戰(zhàn)時(shí)給操作人員帶來負(fù)面影響。色彩在產(chǎn)品造型效果中有先聲奪人的藝術(shù)魅力，對(duì)人的生理和心理會(huì)產(chǎn)生重要影響。發(fā)射裝置控制臺(tái)為金屬制造的產(chǎn)品，技術(shù)含量高，容易使操作者感覺缺乏人情味，從而增加心理壓力。良好的色彩的設(shè)計(jì)能在很大程度上緩解這種壓力。對(duì)于發(fā)射裝置控制臺(tái)來說，其色彩要給人以舒適、高雅、清新的感覺，讓操作者在工作時(shí)心情愉快。不宜過分灰暗與單調(diào)，也不宜過分艷麗與凌亂，顏色搭配采用3～5種即可。一般采用大面積低純度的色彩統(tǒng)一全局，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體感，再采用裝飾色帶、面板色以及警惕色等與主體形成適當(dāng)?shù)膶?duì)比效果，從而達(dá)到調(diào)和統(tǒng)一的目的。因此在本設(shè)計(jì)中，柜體選用給人以清新，舒適感覺的軍綠灰色；所有上柜設(shè)備面板統(tǒng)一采用軍綠灰色為主色調(diào)，可在顯示屏、鍵盤等位置適當(dāng)搭配其他顏色（如白色、黑色）；而對(duì)于電源指示燈選用比較醒目的紅、綠、黃色；把手采用銀色。這樣的色彩搭配整體比較協(xié)調(diào)，可以降低操作者長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)的疲勞程度。

6 結(jié)語

武器發(fā)射控制臺(tái)是復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，是戰(zhàn)士與武器系統(tǒng)交互的接口，因此設(shè)計(jì)應(yīng)以人為本，要充分運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)理論，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際使用環(huán)境，設(shè)計(jì)出真正實(shí)用、可靠、宜人的產(chǎn)品。

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