傅斌賀， 劉維平， 劉西俠， 宋海軍

(陸軍裝甲兵學(xué)院 車輛工程系， 北京 100072)

0 引言

裝甲車輛信息系統(tǒng)對外通過射頻連接各級通信，對內(nèi)為乘員提供信息顯示和操控(簡稱顯控)功能，是實現(xiàn)裝甲車輛信息采集、傳輸、處理、存儲和顯控的信息作業(yè)平臺[1]，為乘員及時準(zhǔn)確把握戰(zhàn)場態(tài)勢、制定決策和實現(xiàn)決策起到關(guān)鍵作用。

隨著我軍裝備信息化建設(shè)的快速發(fā)展，裝備性能得到了有效提升，但同時也使裝甲車輛艙室系統(tǒng)呈現(xiàn)出構(gòu)成復(fù)雜化、作業(yè)環(huán)境多維化和作業(yè)區(qū)域界限淡化的趨勢。裝甲車輛信息作業(yè)任務(wù)隨機性強，實時信息交互量大，功能和信息顯示維度多，操作行為復(fù)雜，相比于傳統(tǒng)的力量型為主作業(yè)形式，乘員作業(yè)模式向知識型信息作業(yè)轉(zhuǎn)化。這不僅對乘員在復(fù)雜任務(wù)背景下的作業(yè)能力提出了新的要求，同時也對裝甲車輛信息系統(tǒng)的研發(fā)與訓(xùn)練提出了人機適應(yīng)性新要求。目前，裝甲車輛信息系統(tǒng)的研發(fā)和使用中，更側(cè)重于功能研究和技能培訓(xùn)，缺乏針對人機適應(yīng)性的工效學(xué)試驗和評估技術(shù)研究，缺少準(zhǔn)確表征作業(yè)行為、測量作業(yè)績效的試驗手段。

人機工效評估主要是分析作業(yè)人員、機器設(shè)備、作業(yè)環(huán)境三者之間的適應(yīng)性問題，從而使人機系統(tǒng)達到更高的工作效能。研究方法多采用主觀評價法、現(xiàn)場試驗法和模擬試驗法[2]：主觀評價法受到調(diào)查者個人因素影響較大，不同調(diào)查者的評價結(jié)論存在差異，評價的一致性和客觀性有待進一步提高；現(xiàn)場試驗法一方面人機界面的尺寸、功能相對固定，無法提供充分的自變量水平范圍，影響所得結(jié)論的外延性，另一方面現(xiàn)場試驗保障需求較大，難以開展大樣本量統(tǒng)計學(xué)研究；相比較而言，模擬試驗法既可以采用多種模擬技術(shù)提供機器設(shè)備和作業(yè)環(huán)境的實物模型，模擬真實作業(yè)條件，又能夠?qū)Ω黜椩囼瀰?shù)進行客觀、可重復(fù)測量，是人機工效評估的一種先進研究方法。

國內(nèi)外學(xué)者針對信息系統(tǒng)人機工效試驗評估技術(shù)進行了大量應(yīng)用研究，為了對載人地面車輛乘員的作業(yè)績效進行建模研究，美國陸軍研究實驗室人類研究與工程局開發(fā)了改進的績效研究集成工具(IMPRINT)，采用了任務(wù)網(wǎng)絡(luò)建模和離散事件仿真技術(shù)，能夠有效測量乘員的任務(wù)完成時間和準(zhǔn)確率等績效指標(biāo)[3-5]。為研究車輛運動對車載戰(zhàn)斗管理系統(tǒng)操作績效的影響，Salmon等[6]和Goode等[7]將戰(zhàn)斗管理系統(tǒng)軟件嵌入到駕駛模擬器中，有效測量了任務(wù)完成時間、準(zhǔn)確性、腦力負荷和生理指標(biāo)等參數(shù)。Abich等[8]和Reinerman-Jones等[9]設(shè)計了混合計劃試驗(MIX)測試平臺，集成了多屬性任務(wù)組和虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)兩種軟件，能夠在MIX測試平臺上同時實現(xiàn)認(rèn)知能力、生理指標(biāo)、腦力負荷和作業(yè)績效等多種參數(shù)的測量，并應(yīng)用在無人地面車輛操作績效研究中。周伯河等[10]為研究航天員作業(yè)能力變化規(guī)律，建立了航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺，設(shè)計了認(rèn)知和生物力學(xué)仿真、作業(yè)可視化、負荷預(yù)測和績效分析軟件，可對負荷和績效進行有效評估。張玉剛等[11]設(shè)計了無人機地面控制系統(tǒng)操作員控制臺，實現(xiàn)了無人機戰(zhàn)場環(huán)境與飛機性能監(jiān)控和信息監(jiān)控及視景仿真功能，為地面控制系統(tǒng)人機界面研究提供平臺支撐。JACK人體建模仿真與人機工效評估軟件采用虛擬仿真方法進行數(shù)字化人體建模，廣泛應(yīng)用于虛擬環(huán)境下可視域、可達域、舒適度等方面的人機工效評估研究。尹清松等[12]基于JACK軟件建立了個性化數(shù)字人模型，分析了下肢關(guān)節(jié)力矩隨角度及外力變化的規(guī)律。

綜上所述，國外信息系統(tǒng)人機工效試驗技術(shù)已廣泛應(yīng)用在軍用車輛領(lǐng)域，國內(nèi)航空航天領(lǐng)域發(fā)展較為成熟，而缺乏針對乘員作業(yè)績效的軍用車輛信息系統(tǒng)人機工效試驗技術(shù)研究。鑒于此，為開展乘員信息作業(yè)能力及作業(yè)績效試驗研究，本文設(shè)計開發(fā)了裝甲車輛信息系統(tǒng)人機工效試驗平臺，具有作業(yè)模擬、績效測試和數(shù)據(jù)管理功能，實現(xiàn)了裝甲車輛乘員信息作業(yè)績效的全程測試，以及乘員認(rèn)知能力、腦力負荷和生理指標(biāo)的綜合測試，從而解決乘員作業(yè)行為和績效難于準(zhǔn)確表征和測量的技術(shù)難題。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 功能需求分析

為滿足乘員信息作業(yè)能力及作業(yè)績效試驗研究需求，分析裝甲車輛信息系統(tǒng)人機工效試驗平臺的功能，要求能夠準(zhǔn)確測量乘員在各種實際操作中的作業(yè)績效，并對乘員信息作業(yè)能力相關(guān)影響因素進行分析。據(jù)此試驗平臺應(yīng)具有以下功能：

1)作業(yè)模擬功能。對乘員作業(yè)能力進行工效學(xué)評價，應(yīng)基于乘員實際作業(yè)任務(wù)，反映乘員信息處理的操作過程，且所選任務(wù)具有典型性，能夠有效甄別相關(guān)因素對作業(yè)績效的影響。因此，試驗平臺應(yīng)具有準(zhǔn)確的作業(yè)模擬功能，能夠提供與真實信息系統(tǒng)相同的操作界面和操作流程。

2)測試功能。研究乘員的信息作業(yè)能力及作業(yè)績效，需要采集乘員信息處理過程的生理、心理、作業(yè)績效及腦力負荷等各類參數(shù)，要求試驗平臺應(yīng)具有相應(yīng)的測試功能和測試手段。

3)數(shù)據(jù)管理功能?；谠囼炂脚_設(shè)置試驗參數(shù)、選擇試驗項目、記錄和保存乘員個人基本信息以及操作過程各類測試參數(shù)，試驗數(shù)據(jù)的處理和存儲量巨大。為便于對試驗結(jié)果的分析處理，需要能夠?qū)υ囼炆婕暗母鞣N數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和管理。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能需求分析，試驗平臺由主控系統(tǒng)、模擬測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3部分構(gòu)成。主控系統(tǒng)在控制臺進行操作，通過主控軟件選擇試驗任務(wù)，設(shè)置任務(wù)參數(shù)；模擬測試系統(tǒng)包括操作模擬裝置、綜合測試裝置、信息終端軟件作業(yè)模擬模塊和射擊模擬軟件射擊模擬模塊，能夠模擬乘員任務(wù)過程，測試乘員的生理、心理、作業(yè)績效和腦力負荷等參數(shù)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括綜合測試裝置、信息終端軟件數(shù)據(jù)管理模塊和射擊模擬軟件數(shù)據(jù)管理模塊，能夠?qū)y試結(jié)果進行統(tǒng)計分析。試驗平臺系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 試驗平臺系統(tǒng)框架Fig.1 System framework of test platform

2 硬件設(shè)計

2.1 試驗座艙及控制臺設(shè)計

為使試驗環(huán)境與實車環(huán)境具有較高相似度，提高人機工效測量準(zhǔn)確性，試驗座艙參考我軍現(xiàn)役某型主戰(zhàn)坦克戰(zhàn)斗艙室布局結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，進行了設(shè)計和構(gòu)建。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 試驗座艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Internal structure of test cabin

考慮到通用性和拆裝的方便性，座艙整體采用組合式骨架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。座艙中間布置操作模擬裝置和位置調(diào)整機構(gòu)，可根據(jù)不同車型及研究需要進行調(diào)整，能夠模擬車長和炮長的工作位置，達到一種艙體多種用途的效果。

控制臺內(nèi)布置有主控計算機，用于對各類試驗的控制、管理與測試結(jié)果分析，如圖3所示。

圖3 主控系統(tǒng)控制臺Fig.3 Console of main control system

試驗平臺采用組網(wǎng)方式集成，通過控制臺的主控計算機，不僅可以實現(xiàn)對操作模擬裝置和綜合測試裝置的一體化聯(lián)合控制，還可實現(xiàn)多機同步試驗，科目選擇和參數(shù)設(shè)置與試驗操作主從分工明確，試驗連續(xù)性好、效率高，易于擴展用戶。試驗平臺組網(wǎng)方式如圖4所示。

圖4 試驗平臺組網(wǎng)方案Fig.4 Network scheme of test platform

2.2 操作模擬裝置硬件設(shè)計

操作模擬裝置包括信息終端模擬裝置和射擊模擬裝置。信息終端模擬裝置主要用于乘員信息處理的作業(yè)模擬，以我軍現(xiàn)役裝備典型信息終端為參考，選擇乘員信息作業(yè)績效具有顯著差異的操作任務(wù)，作為主要作業(yè)模擬功能，在此基礎(chǔ)上，自主開發(fā)信息終端模擬裝置，模擬裝置外型、功能設(shè)置及操作界面與實裝保持一致。

基于不同研究目的，開發(fā)了兩種信息終端模擬裝置。第1種模擬裝置主要用于乘員信息作業(yè)能力和作業(yè)績效等試驗與評估研究，是信息終端模擬裝置的研發(fā)重點，其特點是屏幕外型設(shè)計、功能設(shè)置及操作界面與實車終端保持一致，尺寸與實裝基本相同，如圖5所示為信息終端模擬裝置。其中顯示屏選用了日本三菱公司產(chǎn)AA104XD02型10.4寸顯示屏，鍵盤選用與實裝尺寸和觸感相同的定制硅膠鍵盤。第2種模擬裝置主要用于信息終端人機界面匹配的工效學(xué)研究，它與第1種模擬裝置的不同之處，在于鍵盤為虛擬鍵盤，信息終端模擬裝置的顯控界面采用觸摸屏操作。在保持原有操作功能不變的前提下，鍵盤的尺寸和間距等人機界面參數(shù)均可根據(jù)研究需要進行調(diào)整。顯示屏選用瑞士TE Connectivity公司產(chǎn)E512043型15寸觸摸屏，整個顯示屏分為虛擬鍵盤區(qū)和顯示屏區(qū)兩個區(qū)域，顯示屏區(qū)與實車保持一致，鍵盤區(qū)根據(jù)需要進行調(diào)整。圖6所示為觸摸屏信息終端模擬裝置。

圖5 信息終端模擬裝置Fig.5 Simulator of information terminal

圖6 觸摸屏信息終端模擬裝置Fig.6 Simulator of information terminal with touch screen

射擊模擬裝置參考了某型主戰(zhàn)坦克火控系統(tǒng)，主要用于乘員戰(zhàn)場偵察、火炮射擊作業(yè)的操作模擬，選用已有的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)，包括車長、炮長瞄準(zhǔn)鏡和操縱臺，尺寸及外形均以實裝相同，操縱臺選用實裝部件。圖7所示為試驗平臺操作模擬裝置。

圖7 試驗平臺操作模擬裝置Fig.7 Operation simulator of test platform

2.3 綜合測試裝置組成

綜合測試裝置主要用于對乘員的生理、心理、作業(yè)績效和腦力負荷等參數(shù)進行測試，它由生理測試儀器、心理測試系統(tǒng)、作業(yè)績效測試裝置和主觀評價量表4部分構(gòu)成。

作業(yè)績效測試裝置與操作模擬裝置集成，通過自主開發(fā)的信息終端軟件和射擊模擬軟件實現(xiàn)測試功能，該軟件是本文研究和開發(fā)的重點。考慮到測試的可操作性及有效性，生理測試儀器采用芬蘭Polar公司產(chǎn)RS800CX心率表和日本OMRON公司產(chǎn)HEM-629血壓計測量心率變異性、脈搏及血壓3個生理參數(shù)。乘員認(rèn)知行為局限性是裝甲裝備人因事故的重要原因[13]，心理測試系統(tǒng)選用北京心靈方舟科技有限公司產(chǎn)PsyKey心理測試軟件測試乘員認(rèn)知能力。作業(yè)過程中乘員腦力負荷采用美國國家航空航天局任務(wù)負荷指數(shù)(NASA-TLX)量表[14]進行測量。

3 軟件開發(fā)

軟件開發(fā)采用自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計方法，功能實現(xiàn)上，軟件應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)模擬、績效測試、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)管理等功能。測試內(nèi)容方面，科目選取應(yīng)突出工效學(xué)研究特點，立足評估研究敏感性、有效性和可測試性。實際操作中，應(yīng)既可進行信息處理、射擊模擬等單項作業(yè)模擬試驗及工效學(xué)評估，也可進行綜合作業(yè)模擬試驗及工效學(xué)評估。

基于此，提出如圖8所示的軟件開發(fā)方案。首先，依據(jù)乘員作業(yè)能力和作業(yè)績效研究需要，提出作業(yè)模擬科目、測試內(nèi)容及數(shù)據(jù)采集時機與要求；其次，劃分軟件開發(fā)模塊，采取分模塊開發(fā)、按需集成的模式進行軟件開發(fā)；最后，軟件運行，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，功能測試及修改。

圖8 軟件開發(fā)方案Fig.8 Software development scheme

3.1 主控軟件開發(fā)

主控軟件用于對操作模擬裝置和綜合測試裝置的控制，由啟動、試驗任務(wù)選擇、試驗參數(shù)設(shè)置、試驗啟動控制4個模塊組成。

啟動模塊用于啟動程序和系統(tǒng)初始化。其中注冊功能用于管理乘員編號、姓名、性別等個人基本信息，便于軟件檔案管理和查詢，以及測試后生成規(guī)范性數(shù)據(jù)報告。試驗任務(wù)選擇模塊主要用于選擇試驗任務(wù)，根據(jù)信息作業(yè)特點，共確定了兩種作業(yè)模擬的12項任務(wù)，其中綜合性任務(wù)3項，其余為單項任務(wù)。試驗參數(shù)設(shè)置模塊主要由主試人員根據(jù)研究需要，對任務(wù)的作業(yè)次數(shù)、間隔時間、完成時間等任務(wù)相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置。試驗啟動控制模塊主要用于與下位機進行通信，向操作模擬裝置和綜合測試裝置發(fā)出控制指令，并接收試驗數(shù)據(jù)。

3.2 信息終端軟件開發(fā)

3.2.1 功能特點

信息終端軟件主要用于信息終端作業(yè)模擬和績效測試，是實現(xiàn)裝甲車輛信息系統(tǒng)人機工效試驗平臺功能的關(guān)鍵和核心部分。模擬任務(wù)具有典型性，能夠充分反映任務(wù)的任務(wù)復(fù)雜度、時間壓力以及人機界面變化對作業(yè)績效的影響，具有任務(wù)負荷差異顯著、測試敏感性高、戰(zhàn)時常用的特點?？冃y試功能嵌入到模擬作業(yè)過程中，能夠針對任務(wù)操作過程中的每個階段進行測量，實現(xiàn)作業(yè)績效測試全程覆蓋。

3.2.2 軟件開發(fā)工具

在軟件開發(fā)工具的選擇上，對常用的Visual Basic、Visual C++、LabVIEW 3種軟件開發(fā)工具進行對比分析后認(rèn)為，LabVIEW軟件能夠滿足軟件交互和界面仿真功能的需要，可實時分析處理數(shù)據(jù)，支持多種文件數(shù)據(jù)格式，與其他儀器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接方便，因此最終選擇美國NI公司的LabVIEW作為信息終端軟件的開發(fā)工具，并使用MySQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理。

3.2.3 軟件平臺功能實現(xiàn)

3.2.3.1 功能實現(xiàn)方法

軟件采用分模塊編程實現(xiàn)功能，包括軟件登錄模塊、模擬測試模塊和數(shù)據(jù)管理模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)登錄、作業(yè)模擬、績效測試和數(shù)據(jù)管理等功能。信息終端軟件總體結(jié)構(gòu)及功能如圖9所示。

圖9 信息終端軟件總體結(jié)構(gòu)Fig.9 Overall structure of information terminal software

3.2.3.2 模擬測試模塊

模擬測試模塊主要對典型作業(yè)任務(wù)進行模擬及作業(yè)績效測量，采用虛擬界面設(shè)計，模擬實裝操作過程，保證了模擬測試能夠真實反映作業(yè)績效的變化規(guī)律，并且可根據(jù)不同車載信息系統(tǒng)研究需要，靈活調(diào)整按鍵大小、間隙、界面布局方式等。

模擬測試模塊將績效測量功能嵌入到作業(yè)模擬過程中，采取按操作步驟分段與集中統(tǒng)計的方式完成數(shù)據(jù)測量。其操作流程為每次測試以倒計時方式進行預(yù)示提醒，以保證每名乘員能保持基本一致的心理應(yīng)激水平。隨后軟件自動生成任務(wù)提示語，并觸發(fā)計時器開始計時，任務(wù)提示語指導(dǎo)乘員進行作業(yè)，并為乘員作業(yè)正誤提供判斷依據(jù)。然后乘員根據(jù)任務(wù)提示語進行作業(yè)，軟件自動判斷操作正誤并記錄完成時間。信息終端作業(yè)測試流程如圖10所示，圖10中M和N分別為主試人員在測試前設(shè)定的最大完成時間和作業(yè)次數(shù)。

圖10 信息終端作業(yè)測試流程圖Fig.10 Test flow chart of information terminal operation

作業(yè)績效數(shù)據(jù)的獲取以作業(yè)模擬為基礎(chǔ)，由于作業(yè)模擬程序量大，在此僅介紹數(shù)據(jù)的輸入與刪除，其程序如圖11所示。通過事件結(jié)構(gòu)感知模擬鍵盤簇的值是否發(fā)生改變，若發(fā)現(xiàn)真值即可確定乘員操作按鍵，然后通過條件結(jié)構(gòu)判定下一步程序的執(zhí)行，即是輸入哪個數(shù)字或者刪除數(shù)字。移位寄存器主要用于保存上一操作輸入的數(shù)字，界面標(biāo)記用來區(qū)分不同操作界面中數(shù)字鍵實現(xiàn)不同功能。

圖11 數(shù)據(jù)輸入、刪除程序Fig.11 Data entry and remove program

模擬測試模塊中，分段記錄各步驟的完成時間是重要功能之一，獲取完成時間通過應(yīng)用時間計數(shù)器函數(shù)實現(xiàn)，其程序如圖12所示。首先在需要測試的位置放置時間計數(shù)器函數(shù)，然后運用減法算出前后測試輸入的時間差，即該測試步驟的完成時間，在操作最后還可直接計算出整個任務(wù)的完成時間。

圖12 完成時間獲取程序Fig.12 Program of accessing completion time

測試中錯誤率定義為乘員在完成一次作業(yè)中錯誤按鍵數(shù)除以按鍵總數(shù)，通過獲取錯誤按鍵數(shù)和按鍵總數(shù)計算得到，錯誤按鍵數(shù)獲取程序如圖13所示。任務(wù)提示語已經(jīng)明確每步操作的“答案”，通過事件結(jié)構(gòu)獲取乘員的操作，然后判定操作與“答案”是否一致，如果操作錯誤，則錯誤按鍵計數(shù)器加1.

圖13 錯誤按鍵數(shù)獲取程序Fig.13 Program of accessing erroneous pressing

3.2.3.3 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊主要用于實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的存儲、查詢、刪除及統(tǒng)計結(jié)果輸出等功能，采用PSDMS_Get_SQL_Command.vi條件結(jié)構(gòu)獲取命令執(zhí)行相應(yīng)操作，其程序如圖14所示。

圖14 數(shù)據(jù)管理模塊程序Fig.14 Data management module program

3.3 射擊模擬軟件開發(fā)

3.3.1 功能特點

軟件主要功能為典型射擊科目下射擊作業(yè)模擬和作業(yè)績效測試，其功能特點是在保持原有射擊模擬功能的基礎(chǔ)上，嵌入了績效測試功能，實現(xiàn)了對乘員射擊作業(yè)績效的各階段及全過程的實時測量。結(jié)合實驗心理學(xué)原理與乘員射擊訓(xùn)練的實際，將作業(yè)績效測試嵌入到模擬射擊過程中，將傳統(tǒng)的各類反應(yīng)時、目標(biāo)辨識、雙臂協(xié)調(diào)、目標(biāo)跟蹤、多目標(biāo)識別等反應(yīng)特性和動作協(xié)調(diào)特性測試與乘員的專項作業(yè)績效測試融合，實現(xiàn)了射擊作業(yè)模擬與作業(yè)績效測試的一體化，以及乘員專項基礎(chǔ)能力和綜合作業(yè)能力測試的有機結(jié)合。既可用于乘員基本作業(yè)能力測試，也可用于乘員作業(yè)績效的試驗研究。

3.3.2 軟件開發(fā)工具

軟件基于已有射擊模擬器軟件，通過二次開發(fā)實現(xiàn)。原有射擊模擬器軟件采用C++語言編程，為保持軟件開發(fā)的連續(xù)性，提高軟件開發(fā)效率，本軟件采用Visual C++軟件開發(fā)工具編寫。

3.3.3 軟件平臺功能實現(xiàn)

射擊模擬軟件結(jié)構(gòu)類似于信息終端軟件，采用分模塊編程實現(xiàn)功能，包括軟件登錄模塊、模擬測試模塊和數(shù)據(jù)管理模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)登錄、作業(yè)模擬、績效測試和數(shù)據(jù)管理功能，軟件程序流程如圖15所示。

圖15 射擊模擬軟件程序流程圖Fig.15 Flow chart of fire simulated software program

軟件開發(fā)保持原有的射擊模擬功能和軟件結(jié)構(gòu)不變，針對績效測試的試驗需要進行修改完善，主要嵌入增加了3部分功能：

1)參數(shù)設(shè)置，用于對作業(yè)時間、間隔時間、作業(yè)次數(shù)、目標(biāo)速度、目標(biāo)種類等任務(wù)參數(shù)進行設(shè)置。每次試驗前主試人員進行參數(shù)設(shè)置，然后從主控計算機通過接口文件傳遞給射擊模擬裝置和綜合測試裝置。

2)測試部分，根據(jù)各科目擬定的測試參數(shù)，對各項作業(yè)過程的績效參數(shù)進行測量，完成后立即進行結(jié)果統(tǒng)計，將統(tǒng)計結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)上傳主機并存儲。

3)接口部分，主要接收主控計算機的指令，并上傳統(tǒng)計結(jié)果。

作業(yè)模擬科目選取立足突出作業(yè)績效測試評估的敏感性、有效性和可測試性要求，通過對現(xiàn)有射擊科目的分析，選取了穩(wěn)定器操作的描繪信封靶、對多個不動目標(biāo)射擊、平穩(wěn)跟蹤目標(biāo)、對不動目標(biāo)射擊、對運動目標(biāo)射擊等5個典型訓(xùn)練科目作為試驗測試科目，并根據(jù)工效學(xué)研究需要，對科目的目標(biāo)設(shè)置方式、目標(biāo)類型等方面進行調(diào)整。

4 應(yīng)用實例

裝甲車輛人機工效研究主要是分析乘員個體差異與人機界面、艙室環(huán)境、任務(wù)需求等外界因素相互作用的人機適應(yīng)性問題，其中乘員認(rèn)知能力的個體差異會對信息作業(yè)績效產(chǎn)生影響，是裝甲車輛人機工效評估的重要方面。應(yīng)用裝甲車輛信息系統(tǒng)人機工效試驗平臺，開展了不同記憶能力乘員信息作業(yè)行為對比試驗，對試驗平臺功能進行了測試驗證。

信息錄入任務(wù)是裝甲車輛乘員最常用的信息作業(yè)之一，貫穿作戰(zhàn)任務(wù)始終[15]。本文以信息錄入任務(wù)作為模擬測試任務(wù)，選取了88名本科學(xué)員作為被試人員進行對比測試。測試內(nèi)容包括信息作業(yè)行為特征和記憶能力兩部分，其中信息作業(yè)行為特征以行為完成時間和錯誤率為評價指標(biāo)，記憶能力通過短時記憶廣度來表征。信息錄入任務(wù)可以劃分為8個信息作業(yè)行為，如表1所示。

將被試人員按照短時記憶廣度均值(8.2)分為記憶能力優(yōu)秀組和一般組，采用Mann-Whitney U檢驗法對比分析優(yōu)秀組與一般組的信息作業(yè)行為績效。如表2所示為任務(wù)完成時間和錯誤率結(jié)果，可以看出優(yōu)秀組任務(wù)完成時間和錯誤率均優(yōu)于一般組，記憶能力對任務(wù)完成時間(概率P=0.005)和錯誤率(概率P=0.033)均具有顯著影響。

表1 信息錄入任務(wù)行為

表2 不同記憶能力下任務(wù)完成時間和錯誤率

注：*表示差異顯著，P值取0.05.

如圖16、表3所示為被試人員行為特征結(jié)果，可以看出，優(yōu)秀組在行為速度和準(zhǔn)度上均優(yōu)于一般組。兩組的行為完成時間在行為2、行為4、行為5、行為7上具有顯著差異，說明記憶能力對行為完成時間具有顯著影響，主要體現(xiàn)在“記憶信息內(nèi)容”(P=0.005)、“選擇目標(biāo)類型”(P=0.026)、“輸入目標(biāo)數(shù)量”(P=0.001)、“輸入目標(biāo)速度”(P=0.002)4種行為。行為錯誤率在行為4、行為5、行為6、行為7上具有顯著差異，說明記憶能力對行為錯誤率具有顯著影響，主要體現(xiàn)在“選擇目標(biāo)類型”(P=0.003)、“輸入目標(biāo)數(shù)量”(P=0.001)、“選擇目標(biāo)方位”(P=0.023)、“輸入目標(biāo)速度”(P=0.012)4種行為。

圖16 不同記憶能力下行為績效Fig.16 Behavior performance of crew with different memory abilities

以上結(jié)果表明，記憶能力對信息作業(yè)行為的速度和準(zhǔn)度均具有顯著影響，與文獻[16-17]的研究結(jié)果相一致。通過試驗證明了試驗平臺能夠?qū)崿F(xiàn)乘員信息作業(yè)各階段行為績效的全程測量，有效甄別乘員不同作業(yè)能力對作業(yè)績效的影響，證實了所建立試驗平臺的實用性和有效性。

表3 不同記憶能力下行為完成時間和錯誤率

注：*表示差異顯著，P值取0.05.

5 結(jié)論

1)提出了裝甲車輛信息系統(tǒng)人機工效試驗平臺的系統(tǒng)方案，設(shè)計了試驗座艙及控制臺、操作模擬裝置和綜合測試裝置，開發(fā)了主控軟件、信息終端軟件和射擊模擬軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)裝甲車輛乘員信息處理和射擊模擬的作業(yè)模擬、績效測試、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)管理功能。

2)采用嵌入式測試方法，將績效測試功能嵌入到作業(yè)模擬過程中，實現(xiàn)了作業(yè)績效各階段的全程測試和實時測量。采用虛擬界面設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)復(fù)雜度、時間壓力、人機界面等參數(shù)設(shè)置，為分析任務(wù)需求和人機界面對乘員作業(yè)績效的影響提供試驗手段。

3)通過實例對試驗平臺的有效性和實用性進行了驗證，實驗結(jié)果表明，試驗平臺能夠?qū)崿F(xiàn)乘員信息作業(yè)績效的全程測量，有效甄別乘員不同作業(yè)能力對作業(yè)績效的影響。試驗平臺有效解決了裝甲車輛乘員信息作業(yè)績效難于準(zhǔn)確測量的技術(shù)難題，為基于乘員信息作業(yè)能力與作業(yè)績效的人機適應(yīng)性研究，提供了試驗手段和技術(shù)支撐。