王道重 唐金國 劉旭寧 丁廣威

（1.海軍航空大學(xué) 煙臺 264001）（2.91206部隊 青島 266108）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的不斷發(fā)展，各種武器裝備層出不窮，但裝備再好，終究還是由人來操作的，所以，在設(shè)計軍事裝備的時候就應(yīng)該充分考慮人的因素，將人作為武器系統(tǒng)的重要組成部分，而非兩個獨立的整體。這是一種全新的裝備設(shè)計理念，力求在提高裝備性能的同時減少操作人員的數(shù)量，從而在不影響作戰(zhàn)效能的前提下減少人員配備的需求，降低全壽命周期費用。

2 HSI的基本內(nèi)涵

HSI是一種“以人為中心”的系統(tǒng)工程設(shè)計方法，整合了人因工程［1～4］（Human Factors Engineering）方面的所有系統(tǒng)元素，它顛覆了傳統(tǒng)觀念，將人作為武器系統(tǒng)的重要組成部分，強調(diào)在裝備論證、技術(shù)開發(fā)、裝備制造、裝備部署、裝備保障和裝備報廢等領(lǐng)域中始終遵循“以人為中心”的原則。軍事裝備應(yīng)該從一開始就圍繞“人”來研制，人機接口至關(guān)重要，進行人機接口設(shè)計，考慮人員配備，減少全壽命周期費用，是提高武器系統(tǒng)性能的重要途徑。HSI屬于較新的系統(tǒng)工程學(xué)，其主要包括以下幾個領(lǐng)域［5］，如圖1所示。

1）人力。主要解決裝備操縱、維護、訓(xùn)練和保障等任務(wù)所需人員問題。

2）人事。負責(zé)定義裝備操縱、維護、訓(xùn)練和保障等任務(wù)所需人員的特征、知識和技能標準，并為這些任務(wù)配備和挑選適當?shù)娜藛T。

圖1 人與系統(tǒng)綜合

3）培訓(xùn)。負責(zé)制定人員培訓(xùn)的內(nèi)容、范圍、程序和規(guī)劃，培訓(xùn)和教育裝備使用者，使其具備所需的知識和技能，從而能有效運行和維護裝備。

4）人因工程。將人員的認知、生理和社交方面的能力與人員的局限性融入到裝備設(shè)計過程中，強調(diào)裝備的設(shè)計要與人員特點相匹配，并通過有效的系統(tǒng)設(shè)計來提高人機性能。

5）生存能力。負責(zé)制定和落實裝備系統(tǒng)設(shè)計的安全特征標準，強調(diào)降低人員受傷的風(fēng)險，保護裝備使用人員免受攻擊，減少其可能受到的各種傷害，并緩解生理和精神疲勞，配備相應(yīng)的安全保護設(shè)施，從而提高人員的生存能力。

6）環(huán)境、安全。分析系統(tǒng)的威脅、使用環(huán)境、保障環(huán)境等因素，制定和貫徹落實武器裝備系統(tǒng)設(shè)計的安全標準，降低人員受傷和遭受疾病的概率。

7）職業(yè)健康。強調(diào)降低裝備操作和維護人員遭受慢性疾病、急性疾病、殘疾、受傷或死亡的風(fēng)險。

8）宜居性。人員的物理生活環(huán)境要舒適良好，提高人員生活質(zhì)量，從而提高戰(zhàn)斗力。

以上8個領(lǐng)域均應(yīng)作為重要的裝備設(shè)計要素融入到系統(tǒng)工程框架中，優(yōu)化全武器系統(tǒng)。

3 裝備生命周期和技術(shù)評審時機

裝備生命周期包括需求論證階段［6］、技術(shù)開發(fā)階段、工程制造階段、定型部署階段、列裝與保障階段［7］。裝備生命周期和技術(shù)檢查時機如圖2所示。

3.1 需求論證階段

武器裝備需求論證是武器裝備需求的開發(fā)和驗證過程，是為武器裝備發(fā)展提供決策依據(jù)的研究工作。其研究對象是未來要發(fā)展的武器裝備要求，輸入是作戰(zhàn)單元的使命任務(wù)，輸出是滿足使命任務(wù)需求的武器裝備需求方案，其成果形式一般為論證報告，論證結(jié)論作為上級決策部門進行武器裝備發(fā)展決策的基本依據(jù)［8］。HSI需求論證階段的“V”字工程圖如圖3所示。

圖2 裝備生命周期和技術(shù)評審時機

A：評估和確定HSI關(guān)于環(huán)境、系統(tǒng)威脅、作戰(zhàn)、資源、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、技術(shù)基礎(chǔ)等方面的局限性。依據(jù)軍事裝備相關(guān)規(guī)定，對HSI進行影響因素分析［9］，確保HSI是一個完整的以人為中心的系統(tǒng)。

B：分析和評估每一個概念性文件，權(quán)衡HSI各方面因素，定義與人員性能相關(guān)的能力需求，確定系統(tǒng)滿足計劃需求，并在系統(tǒng)性能方面分析HSI的需求。

C：在功能需求中解釋HSI的標準（HSI的影響，人類性能局限性，特定領(lǐng)域的風(fēng)險，戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)、保障系統(tǒng)、訓(xùn)練系統(tǒng)等）。分析和評估HSI各方面因素，武器裝備應(yīng)具備的功能要和需求論證方案具有一致性。

D：在組件配置方面，分析系統(tǒng)功能，并定義HSI組件設(shè)計需求。通過確認計劃來測試和評估HSI的需求。

E：在分析、建模和仿真、示范等方面充分考慮HSI，回顧歷史信息（如成功信息、事故教訓(xùn)、人的性能等）。

F：評估HSI的影響，評審硬件和軟件的建模、仿真、演示的結(jié)果，驗證組件及HSI需求的滿意度。

G：確保HSI系統(tǒng)的完整性與整體的能力。評審硬件和軟件的建模、仿真、演示的結(jié)果，驗證組件及HSI的結(jié)果。

H：評估每個系統(tǒng)概念，識別HSI的標準和需求。找出HSI潛在問題，并提出有效措施。

I：鑒定方案的有利因素和不利因素，確保方案是“以人為中心”的設(shè)計。

3.2 技術(shù)開發(fā)階段

技術(shù)開發(fā)階段要盡可能地減少技術(shù)風(fēng)險，開發(fā)技術(shù)并使其成熟，最后集成一個完整的系統(tǒng)來演示關(guān)鍵技術(shù)的原型。技術(shù)的發(fā)展是持續(xù)的，技術(shù)開發(fā)的過程反映了部隊與系統(tǒng)開發(fā)人員之間的密切合作，反復(fù)的設(shè)計與評估技術(shù)的可行性，并同時提煉部隊需求，是技術(shù)開發(fā)階段的主要工作。技術(shù)開發(fā)階段的“V”字工程圖如圖4所示。

圖3 需求論證階段

A：確定HSI的關(guān)鍵技術(shù)需求，評估HSI特定領(lǐng)域的技術(shù)成熟度，使各方面因素對HSI的影響降到最低。

B：確保HSI起源于系統(tǒng)的功能，識別HSI在任何系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的性能，并定義HSI測試要求。

C：在武器系統(tǒng)、保障、培訓(xùn)和訓(xùn)練系統(tǒng)中定義HSI標準，對整個系統(tǒng)進行技術(shù)權(quán)衡，細化評估HSI的影響，并定義HSI的測試要求與識別技術(shù)。

D：是關(guān)于HSI標準的更新系統(tǒng)，評估HSI對硬件和軟件（物理接口、功能接口、標準和現(xiàn)有技術(shù)）的影響，理解復(fù)雜系統(tǒng)下HSI的影響，并定義HSI關(guān)鍵系統(tǒng)組件的測試和驗證要求。

E：說明HSI在建模與仿真演示中的問題，在整個系統(tǒng)中識別和評估HSI的約束條件以及其他方面的問題，基于技術(shù)測試和驗證，降低HSI成本和風(fēng)險。

F：整合評估各功能領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，驗證技術(shù)組件對系統(tǒng)組件關(guān)于HSI方面的需求，評估新技術(shù)組件對HSI的影響。

G：從HSI的角度評估關(guān)鍵技術(shù)，對HSI相關(guān)的約束條件、風(fēng)險評估結(jié)果，提出技術(shù)、組件取舍或相關(guān)的改進措施。

H：確保系統(tǒng)能夠很好地融合HSI工程，評估演示結(jié)果、HSI的約束條件和風(fēng)險。評估HSI的影響、可接受的技術(shù)風(fēng)險和系統(tǒng)功能。

I：確保系統(tǒng)性能包括HSI的相關(guān)元素和相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)計劃。

J：指出HSI的概要文件和整個生命周期的系統(tǒng)邊界，在需求和采購方面就要考慮到HSI因素，即初始功能說明、采辦計劃、系統(tǒng)工程計劃、人與系統(tǒng)集成計劃、測試和評估總體規(guī)劃、生命周期管理計劃等。將HSI寫入整個系統(tǒng)需求，并對其全壽命全過程跟蹤。

K：進行HSI的風(fēng)險指標分析。研究所有子系統(tǒng)的人機界面和HSI需求，審查所有HSI的影響，擴大HSI分析（包括功能規(guī)范等），確保系統(tǒng)驗證計劃包含HSI因素，驗證國家政策、法案、行政命令等要求，提出測試和培訓(xùn)方案，提供非軍事化的HSI方面的更新與處理計劃，根據(jù)系統(tǒng)或子系統(tǒng)的要求和規(guī)定，確定HSI需求。

L：檢查HSI的影響（如危險和風(fēng)險分析、初步風(fēng)險分析、系統(tǒng)危害分析、子系統(tǒng)危害分析、后勤保障有關(guān)危害分析等）。審查衍生的HSI組件、系統(tǒng)和子系統(tǒng)，提供裝備升級處理計劃，驗證HSI的設(shè)計規(guī)范中是否包含需求跟蹤系統(tǒng)，并詳細設(shè)計規(guī)范與驗證計劃。

3.3 工程制造階段

工程制造階段的目的是開發(fā)一個完整的HSI系統(tǒng)，并盡可能地減少成本與風(fēng)險，這是一個可執(zhí)行的生產(chǎn)過程，確保系統(tǒng)的可支持性、可生產(chǎn)性，實現(xiàn)人與系統(tǒng)的集成（HSI）。通過實施適當?shù)募夹g(shù)，演示系統(tǒng)集成、互操作性、安全性和實用程序。工程制造階段的“V”字工程圖如圖5所示。

A：開發(fā)HSI的概要文件和整個生命周期的系統(tǒng)框架，并在裝備需求和采購中嵌入HSI，識別、開發(fā)HSI的決定性需求，并驗證系統(tǒng)確實包括HSI因素。

B：分析度量HSI相關(guān)因素，檢查和了解所有子系統(tǒng)的需求，研究HSI的影響和功能規(guī)范，驗證HSI功能規(guī)范中是否包含需求跟蹤，并開發(fā)系統(tǒng)驗證計劃。驗證是否符合國家政策法規(guī)要求，不斷尋求最優(yōu)解決方案。

C：檢查和更新系統(tǒng)安全，分析環(huán)境、安全、職業(yè)衛(wèi)生等風(fēng)險對HSI的影響。審查HSI組件、系統(tǒng)和子系統(tǒng)（包括測試需求）。分析HSI限制、風(fēng)險和屬性，并給出詳細設(shè)計與規(guī)范，驗證HSI設(shè)計規(guī)范中是否包含需求跟蹤。最后進行初步設(shè)計審查。

D：評審有關(guān)環(huán)境、安全、職業(yè)衛(wèi)生和HSI的影響。更新HSI組件、系統(tǒng)和子系統(tǒng)，其中包括測試和檢驗需求。產(chǎn)品基線確定HSI進程，并構(gòu)建HSI文檔和軟件代碼文檔。

系統(tǒng)功能檢查：檢查是否解決HSI需求，并確保系統(tǒng)需求和功能基線完整無誤，并進行合理的成本估算。

初步設(shè)計審查：確保初步設(shè)計中包括性能要求，從所有功能區(qū)域評估子系統(tǒng)需求并解決HSI問題，審查系統(tǒng)整體設(shè)計、HSI風(fēng)險識別和有關(guān)解決方案。確保系統(tǒng)的安全性和完整性，評估可能的風(fēng)險，審查初步設(shè)計，找出設(shè)計的不足并加以改正。

關(guān)鍵設(shè)計評審：審查系統(tǒng)能力開發(fā)需求，確保系統(tǒng)包括HSI因素。保證HSI的要求得到滿足，審查產(chǎn)品硬件和軟件設(shè)計是否符合規(guī)范，解決整體和部分的所有問題。

E：制造組裝與必要的修改，評審HSI的臨時更新系統(tǒng)，驗證配置項包括HSI因素，不斷發(fā)展測試和評估，分析HSI風(fēng)險的可接受范圍。

F：在系統(tǒng)更新的同時，實時分析HSI風(fēng)險和影響，驗證不斷更新的測試和評估，驗證實彈測試和評估，驗證HSI測試和評估。基于發(fā)展中的測試和評估，對HSI風(fēng)險提出適當?shù)目刂拼胧?。建立HSI風(fēng)險可接受范圍，并確保符合國家政策法規(guī)。

G：確保HSI的所有測試結(jié)果都進行了綜述，有效控制HSI風(fēng)險，基于HSI的影響和風(fēng)險配置更改方案，驗證系統(tǒng)評估和HSI的適合性評估，基于測試結(jié)果，提出HSI風(fēng)險緩解措施，確認HSI測試結(jié)果符合規(guī)范要求。

H：基于配置更新HSI狀態(tài)，測試與評估相結(jié)合，提出必要的HSI風(fēng)險緩解措施，確保解決HSI測試中出現(xiàn)的問題。

I：確保測試結(jié)果符合HSI的相關(guān)要求，充分審查和認證HSI的可支持性和互操作性，識別和描述所有殘余的HSI風(fēng)險，提出HSI的風(fēng)險緩解措施與必要時機。

測試準備檢查：確保測試計劃解決HSI需求，確保測試程序和計劃的兼容性和完整性，確保HSI風(fēng)險水平是可以接受的。

系統(tǒng)驗證檢查：在功能基線的基礎(chǔ)上，驗證系統(tǒng)功能是否符合HSI要求。

生產(chǎn)準備檢查：識別和管理HSI風(fēng)險，包括材料和制造工藝等。

3.4 定型部署階段

定型部署階段的目的是實現(xiàn)一個滿足任務(wù)需求的作戰(zhàn)能力，并通過作戰(zhàn)測試和評估，確定系統(tǒng)的有效性和適用性。定型部署階段的“V”字工程圖如圖6所示。

輸入活動：審查HSI系統(tǒng)，為HSI的測試結(jié)果提出適當?shù)募m正措施，根據(jù)需要，提供全面的HSI程序，實時更新HSI的性能和系統(tǒng)屬性。保證HSI風(fēng)險區(qū)域的監(jiān)控與測試，提供HSI的更新計劃，確保系統(tǒng)工程包含HSI戰(zhàn)略，并對系統(tǒng)進行持續(xù)檢測和跟蹤。

A：檢查HSI的影響和缺陷，并形成報告，跟蹤HSI緩解措施的發(fā)展，分析國家政策法規(guī)，確保緩解措施的有效性。

B：驗證HSI系統(tǒng)需求和約束條件，根據(jù)HSI的設(shè)計和要求，對HSI進行風(fēng)險審查，平衡HSI系統(tǒng)的成本和性能。

圖6 定型部署階段

C：驗證HSI配置項。通過監(jiān)控測試的方法來驗證HSI的改進是否是有效的。

物理配置審計：在整個系統(tǒng)中，確保HSI相關(guān)測量和測試都是可行的，測試獲得的結(jié)果要與竣工配置相一致，以保證HSI相關(guān)功能的有效性。

輸出的活動：審查所有HSI相關(guān)的測試結(jié)果，結(jié)合測試數(shù)據(jù)進一步分析HSI的需求，并驗證是否符合國家政策和相關(guān)規(guī)定。最后對HSI的風(fēng)險和需求進行整合。

3.5 列裝與保障階段

列裝與保障階段要時刻保持武器裝備的最佳狀態(tài)。在整個裝備生命周期中，以最節(jié)約成本的方式保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。列裝與保障階段的“V”字工程圖如圖7所示。

A：提供系統(tǒng)的HSI標準，應(yīng)用趨勢分析法評估HSI所包括的不利因素，分析系統(tǒng)和子系統(tǒng)的事故和HSI相關(guān)因素，審查可能影響HSI的技術(shù)資料變更請求。

B：應(yīng)用系統(tǒng)安全分析技術(shù)來確定HSI的不利因素，根據(jù)HSI的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析和跟蹤系統(tǒng)風(fēng)險，找出根本原因。

C：優(yōu)先降低關(guān)于HSI的風(fēng)險，分析和跟蹤整個系統(tǒng)風(fēng)險，處理系統(tǒng)的危害。修改系統(tǒng)狀態(tài)并形成報告，正確反映HSI的影響。

D：根據(jù)系統(tǒng)安全，分析HSI的糾正措施和優(yōu)先順序，并對風(fēng)險進行跟蹤。驗證HSI緩解控制措施。

E：評估測試結(jié)果和風(fēng)險緩解效果，確?？刂拼胧┎粫绊懫渌麧撛趩栴}，分析和跟蹤系統(tǒng)風(fēng)險，修改系統(tǒng)狀態(tài)報告，正確反映HSI的影響。

圖7 列裝與保障階段

F：進行深入的系統(tǒng)分析，以確保糾正措施和改進設(shè)計不會產(chǎn)生額外的缺陷或降低人員的性能。

G：繼續(xù)監(jiān)視和跟蹤，尤其是關(guān)于健康和人員性能指標方面，并驗證改進措施的有效性，查找是否存在殘存的風(fēng)險。

4 HSI的實施規(guī)劃指南

HSI的成功應(yīng)用與良好的規(guī)劃是密不可分的，應(yīng)該在裝備的設(shè)計過程中貫徹實施。美軍HSI實時規(guī)劃指南如下：

1）制定一個正式化、標準化的HSI應(yīng)用流程，并明確該流程所包含的所有活動和步驟，然后在裝備系統(tǒng)工程中貫徹執(zhí)行。

2）實施自上而下的需求分析［10］（Top-down Requirement Analysis）。在裝備設(shè)計的早期實施自上而下的需求分析，明確人員和裝備在現(xiàn)實系統(tǒng)功能方面的協(xié)作和互補，合理進行人與系統(tǒng)的功能分配，減少人員需求，提高人員的工作效率和安全性。自上而下的需求分析是HSI設(shè)計流程的第一步，同樣也是最核心的一步。

3）將HSI的要求融入到系統(tǒng)需求任務(wù)書中。在HSI眾多要素中，人員數(shù)量及其特性是影響裝備全壽命周期費用和系統(tǒng)性能的驅(qū)動因素，因此要將HSI的相關(guān)要求轉(zhuǎn)換為裝備設(shè)計的關(guān)鍵性能參數(shù)，進而影響整個系統(tǒng)的設(shè)計。

4）將HSI融入到系統(tǒng)測試和評估。HSI測試和評估的目標是提出具體的規(guī)劃和行動，HSI的要求也被視為關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)和關(guān)鍵操作問題進行測試和評估。

5）將HSI的要求融入到系統(tǒng)性能規(guī)格書中。一種是綱領(lǐng)性的HSI要求，另一種是具體的人與系統(tǒng)接口細節(jié)方面的HSI要求，系統(tǒng)設(shè)計要能夠滿足HSI需求。

6）開發(fā)人機接口［11］。定義人機接口的概念和標準，基于任務(wù)要求對人機接口進行分析、設(shè)計，同時還要注意硬件、軟件的設(shè)計要符合人員的特征標準，這是人機接口評估中的一項重要內(nèi)容。

7）建模與仿真。開展HSI建模與仿真，評估人員特征，改進人機接口。通過分析或試驗的方法評估裝備的功能分配情況，發(fā)現(xiàn)并解決HSI設(shè)計中所存在的問題［7］。

5 結(jié)語

通過對美軍裝備設(shè)計的分析可見，HSI設(shè)計方法具有以下三個方面的重要意義。

1）能夠促進先進技術(shù)的嵌入，改善武器裝備性能，提高工作效率。在HSI設(shè)計的人與系統(tǒng)分配中，采用大量先進技術(shù)，提高系統(tǒng)性能。

2）減少人員需求，降低全壽命周期費用［12］。人員是HSI設(shè)計的基本原則，HSI設(shè)計是“以人為中心”的設(shè)計，在人與系統(tǒng)之間重新分配工作量，促進任務(wù)的簡化和崗位的合并，從而在先進技術(shù)的支持下提高工作效率。

3）提高人員的生活質(zhì)量與系統(tǒng)的安全性。美軍在HSI設(shè)計中，特別強調(diào)了對人員安全性和生活質(zhì)量的改進，并遵循“危險任務(wù)盡量由機器來完成”的原則，充分體現(xiàn)了HSI設(shè)計方法對于人員安全性、宜居性和生存能力的提升。

近年來，美軍從下一代裝備的論證階段就嵌入了HSI設(shè)計方法。HSI設(shè)計方法也得到了英、法、日等國家的推崇。在可預(yù)見的未來，HSI設(shè)計方法將得到更廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。