CN114090006A - 一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法，该系统包括驾驶舱人机界面仿真虚拟系统和布局调整系统；所述驾驶舱人机界面仿真虚拟系统包括综合控制系统、飞机系统仿真模型、驾驶舱仿真显示界面模块、驾驶舱虚拟控制按键模块、音响告警仿真系统；所述布局调整系统包含界面调整模块、布局数据读取模块、布局数据注入模块。本发明利用虚拟的驾驶舱仿真显示界面和虚拟驾驶舱的控制按键，通过预留界面布局快速修改设置接口，实现快速修改字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置的功能，本申请大大降低了成本、缩短了迭代周期、提高了人机界面的评估效率。

Description

一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法

技术领域

本发明涉及民用航空飞机技术领域，尤其是涉及一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法。

背景技术

民机飞行驾驶舱是飞机系统中不可或缺的重要组成部分，是飞行员对飞机操纵和查看飞机飞行状态信息的重要窗口。

在民机设计阶段，驾驶舱人机界面布局评估工作贯穿飞机设计的全过程。目前较为常见的工作流程为：人机界面设计部门收集各飞机分系统设计部门的设计文件-->提出人机界面设计思路-->在电脑上使用界面设计工业软件绘制界面草图-->按真实驾驶舱布局1:1制造工程驾驶舱(含显控界面和实体按键)-->飞行员在工程驾驶舱中根据操作流程通过各类按键对仿真飞机进行操作-->查看飞行时显示界面的显示信息-->飞行完成后，飞行员通过飞行中的操纵情况对人机界面进行评估并打分-->综合各飞行员的分数和意见后对人机界面提出修改意见-->依据修改意见重新设计并制造工程驾驶舱-->飞行员再次操作和评估，如此往复迭代设计方案。

此种做法不仅成本高，而且科研周期很长，严重制约了民用飞机驾驶舱的设计进度和发展，也给科研人员带来了很多不必要的工作量。

申请号为CN201710645284.3的中国发明专利公开了一种飞机驾驶舱人机工效评估系统，用于使得实验者对预定型号飞机驾驶舱进行人机工效评估，包括：驾驶舱模拟框架；模拟座椅；模拟操纵面板；模拟操纵器件，可拆卸地设置在所述模拟操纵面板上；头戴式虚拟现实显示设备，用于向实验穿戴者显示与预定型号飞机驾驶舱内部结构相同的电子样机；姿态捕捉设备，用于实时捕捉实验穿戴者姿态；处理装置，用于生成并发送电子样机、虚拟飞行员，还用于将实验者姿态与虚拟飞行员姿态进行同步映射。其目的在于缩短设计更改的周期，降低设计更改成本，提高其评估的真实性。该申请是对飞机驾驶舱人机工效的评估，与本申请的出发点不同。

而驾驶舱人机界面是飞行员与飞机进行信息交互的重要通道，对驾驶舱人机界面布局进行评估在飞机设计中至关重要。基于此，为解决现有技术驾驶舱人机界面评估方法中成本高、周期长、工作量大的缺点，本申请提出了一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法，其利用虚拟的驾驶舱仿真显示界面和虚拟驾驶舱的控制按键，通过预留界面布局快速修改设置接口，实现了快速修改的功能，大大缩短了迭代周期，提高了人机界面的评估效率，降低了成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，包括驾驶舱人机界面仿真虚拟系统和布局调整系统；所述驾驶舱人机界面仿真虚拟系统包括综合控制系统、飞机系统仿真模型、驾驶舱仿真显示界面模块、驾驶舱虚拟控制按键模块、音响告警仿真系统；所述综合控制系统包括初始化配置功能模块和注入故障功能模块，所述初始化配置功能模块为所述飞机系统仿真模型输入飞机初始信息，所述注入故障功能模块用于对所述飞机系统仿真模型进行故障注入；所述驾驶舱仿真显示界面模块用于实时显示飞机的飞行信息；所述驾驶舱虚拟控制按键模块用于通过虚拟按键对飞机系统仿真模型进行操控；所述音响告警仿真系统用于对飞行模拟中出现的情况进行声音告警；所述布局调整系统用于在飞行完成后，根据模拟飞行人员的分数和意见对人机界面进行布局调整，所述布局调整系统包含界面调整模块、布局数据读取模块、布局数据注入模块，所述界面调整模块可用于修改人机交互界面的字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置。

优选的方案，所述飞机系统仿真模型包括飞机本体模型、液压模型、起落架模型、传感器模型、航电模型、自动飞行模型、动力模型。

进一步优选的方案，所述初始化配置功能模块为所述飞机系统仿真模型输入飞机的初始信息，该初始信息包括重量、重心、经度、维度、高度、姿态角、油量、航线。

进一步优选的方案，所述注入故障功能模块注入的故障信息包括注入环控、自动飞行、电源、液压、防冰、起落架的故障信息。

进一步优选的方案，所述驾驶舱仿真显示界面模块包含辅助显示页面、主飞行显示页面、导航显示页面、发动机指示和机组警告系统显示页面、简图页显示页面、飞行管理显示页面。

更进一步优选的方案，所述主飞行显示页面的界面组成包括：网络接收模块、初始化模块、数据解析模块、布局调整接口模块、命令执行模块、界面布局模块、姿态显示模块、速度显示模块、高度显示模块、垂直速度显示模块、航路指引模块、故障模块、FMA模块、HSI模块。

进一步优选的方案，所述驾驶舱虚拟控制按键模块包括顶部控制按键、遮光罩按键、中央操纵台按键。

进一步优选的方案，所述音响告警仿真系统包含正常飞行的声音告警、以及紧急情况下的声音告警。

本申请还提供了一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统的评估方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过综合控制系统对飞机系统仿真模型进行飞行初始化的设置后，飞行员按照飞行操作流程通过驾驶舱虚拟控制按键对飞机系统仿真模型进行操作，飞机进行正常飞行，并在驾驶舱仿真显示界面上实时显示飞机的飞行信息；

S2、飞行过程中，通过综合控制系统对飞机系统仿真模型进行故障注入，查看驾驶舱仿真显示界面的显示内容和音响告警仿真系统的声音告警信息；

S3、飞行完成后，对人机交互界面进行评估；

S4、若满足要求，则技术状态固化，并进行工程用模拟器的制造；若不满足要求，则通过布局调整系统对相应元素进行修改，然后重复上述步骤S1至步骤S3，直至修改后的人机交互界面满足要求，然后进行技术状态固化和工程用模拟器的制造。

优选的方案，步骤S4中通过布局调整系统对相应元素进行修改的方法为：

S41、打开布局调整系统；

S42、调整字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置；

S43、打开驾驶舱仿真显示界面模块和驾驶舱虚拟控制按键模块进行检查；

S44、若经检查满足要求，则完成调整，技术状态固化；若经检查不满足要求，则重复上述步骤S31至S33,直至满足要求后，完成调整，技术状态固化。

与现有技术相比，本发明一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法的有益效果是：

1、本申请利用虚拟驾驶舱仿真显示界面和虚拟驾驶舱的控制按键，无实体按键和显示窗口，通过布置在触摸显示器上进行人机交互，与现有技术相比，大大降低了成本；

2、本申请通过多次模拟飞行，发现显示界面上的元素和操纵按键的人因功效设计的不合理，继而修改界面上的元素和操纵按键的显示方式，且进行多轮迭代优化，从而达到了最佳的交互效果；

3、本申请将界面内的每个按键和显示的元素进行模块化设计，与整体界面解耦，预留出对于字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置的软件接口，通过布局调整系统，可快速修改字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置，从而迅速迭代，大大缩短了迭代周期，提高了人机界面的评估效率。

附图说明

图1为本发明一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统的整体系统架构图；

图2为本发明一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统的评估方法的评估工作流程图；

图3为本发明一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统的评估方法中通过布局调整系统对相应元素进行修改的修改元素流程图；

图4为本发明的主飞行显示页面的界面组成示意图。

具体实施方式

参照图1至图4，对本发明一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统及评估方法的做进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，包括驾驶舱人机界面仿真虚拟系统和布局调整系统。所述驾驶舱人机界面仿真虚拟系统包括综合控制系统、飞机系统仿真模型、驾驶舱仿真显示界面模块、驾驶舱虚拟控制按键模块、音响告警仿真系统。

所述飞机系统仿真模型包括飞机本体模型、液压模型、起落架模型、传感器模型、航电模型、自动飞行模型、动力模型。

所述综合控制系统包括初始化配置功能模块和注入故障功能模块。所述初始化配置功能模块为所述飞机系统仿真模型输入飞机初始信息，所述初始化配置功能模块为所述飞机系统仿真模型输入的飞机初始信息包括重量、重心、经度、维度、高度、姿态角、油量、航线。所述注入故障功能模块用于对所述飞机系统仿真模型进行故障注入，所述注入故障功能模块注入的故障信息包括注入环控、自动飞行、电源、液压、防冰、起落架等系统的故障信息。

所述驾驶舱仿真显示界面模块用于实时显示飞机的飞行信息。所述驾驶舱仿真显示界面模块包含辅助显示页面、主飞行显示页面、导航显示页面、发动机指示和机组警告系统显示页面、简图页显示页面、飞行管理显示页面。所述主飞行显示页面的界面组成包括：网络接收模块、初始化模块、数据解析模块、布局调整接口模块、命令执行模块、界面布局模块、姿态显示模块、速度显示模块、高度显示模块、垂直速度显示模块、航路指引模块、故障模块、FMA(Failure Mode Analysis---失效模式分析)模块、HSI(Horizontal Situationindieator---水平状态指示器)模块。

所述驾驶舱虚拟控制按键模块用于通过虚拟按键对飞机系统仿真模型进行操控，所述驾驶舱虚拟控制按键模块包括顶部控制按键、遮光罩按键、中央操纵台按键。

所述音响告警仿真系统用于对飞行模拟中出现的情况进行声音告警，所述音响告警仿真系统包含正常飞行的声音告警、以及紧急情况下的声音告警。

所述布局调整系统是指在飞行完成后，根据模拟飞行人员的分数和意见对人机界面进行布局调整，所述布局调整系统包含界面调整模块、布局数据读取模块、布局数据注入模块。其中，界面调整模块可用于修改字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置。

实施例二

如图2所示，一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统的评估方法，该方法通过以下方式实现：

首先，通过综合控制系统对飞机系统仿真模型进行飞行初始化的设置后，飞行员按照飞行操作流程通过驾驶舱虚拟控制按键对飞机系统仿真模型进行操作，飞机进行正常飞行，并在驾驶舱仿真显示界面上实时显示飞机的飞行信息；在飞行过程中，通过综合控制系统对飞机系统仿真模型进行故障注入，注入的故障信息包括注入环控、自动飞行、电源、液压、防冰、起落架等系统的故障信息，注入故障后，查看驾驶舱仿真显示界面的显示内容和音响告警仿真系统的声音告警信息。

飞行完成后，对人机交互进行评估；评估中综合各模拟飞行人员打出的分数和意见，来评估驾驶舱人机界面是否满足要求。

若经评估，驾驶舱人机界面满足要求，则技术状态固化，并进行工程用模拟器的制造。

若经评估，驾驶舱人机界面不满足要求，则通过布局调整系统对相应元素进行修改，修改的方法流程如图3所示：先打开布局调整系统；然后调整字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置；再打开驾驶舱仿真显示界面软件和驾驶舱虚拟控制按键软件进行检查，若经检查满足要求，则完成调整，技术状态暂时固化，并可进行下一次评估工作；若经检查不满足要求，则继续返回布局调整系统，重新调整字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置，再次打开驾驶舱仿真显示界面软件和驾驶舱虚拟控制按键软件进行检查，如此迭代重复，直至经检查满足要求。然后进行技术状态固化和工程用模拟器的制造。

本申请人机交互评估的主要工作是通过多次模拟飞行发现显示界面上的元素和操纵按键的人因功效设计的不合理，继而修改界面上的元素和操纵按键的显示方式，进行多轮迭代优化，达到最佳交互效果。本发明中驾驶舱仿真显示界面和驾驶舱虚拟控制按键均使用软件开发，无实体按键和显示窗口，通过布置在触摸显示器上进行人机交互。将界面内的每个按键和显示的元素进行模块化设计，与整体界面解耦，预留出对于字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置的软件接口，图4所示。通过布局调整系统，快速更改每个需要修改的字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置，迅速迭代设计，从而进行下一次的人机交互评估，流程图如附图3所示。

本发明利用虚拟的驾驶舱仿真显示界面和虚拟驾驶舱的控制按键，通过预留界面布局快速修改设置接口，实现快速修改字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置，大大缩短了迭代周期，提高了人机界面的评估效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：其包括驾驶舱人机界面仿真虚拟系统和布局调整系统；所述驾驶舱人机界面仿真虚拟系统包括综合控制系统、飞机系统仿真模型、驾驶舱仿真显示界面模块、驾驶舱虚拟控制按键模块、音响告警仿真系统；所述综合控制系统包括初始化配置功能模块和注入故障功能模块，所述初始化配置功能模块为所述飞机系统仿真模型输入飞机的初始信息，所述注入故障功能模块用于对所述飞机系统仿真模型进行故障注入；所述驾驶舱仿真显示界面模块用于实时显示飞机的飞行信息；所述驾驶舱虚拟控制按键模块用于通过虚拟按键对飞机系统仿真模型进行操控；所述音响告警仿真系统用于对飞行模拟中出现的情况进行声音告警；所述布局调整系统用于在飞行完成后，根据模拟飞行人员的分数和意见对人机界面进行布局调整，所述布局调整系统包含界面调整模块、布局数据读取模块、布局数据注入模块，所述界面调整模块可用于修改人机交互界面的字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置。

2.根据权利要求1所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：所述飞机系统仿真模型包括飞机本体模型、液压模型、起落架模型、传感器模型、航电模型、自动飞行模型、动力模型。

3.根据权利要求1所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：所述初始化配置功能模块为所述飞机系统仿真模型输入飞机的初始信息，所述初始信息包括重量、重心、经度、维度、高度、姿态角、油量、航线。

4.根据权利要求1所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：所述注入故障功能模块注入的故障信息包括注入环控、自动飞行、电源、液压、防冰、起落架的故障信息。

5.根据权利要求1所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：所述驾驶舱仿真显示界面模块包含辅助显示页面、主飞行显示页面、导航显示页面、发动机指示和机组警告系统显示页面、简图页显示页面、飞行管理显示页面。

6.根据权利要求5所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：所述主飞行显示页面的界面组成包括：网络接收模块、初始化模块、数据解析模块、布局调整接口模块、命令执行模块、界面布局模块、姿态显示模块、速度显示模块、高度显示模块、垂直速度显示模块、航路指引模块、故障模块、FMA模块、HSI模块。

7.根据权利要求1所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：所述驾驶舱虚拟控制按键模块包括顶部控制按键、遮光罩按键、中央操纵台按键。

8.根据权利要求1所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统，其特征在于：所述音响告警仿真系统包含正常飞行的声音告警、以及紧急情况下的声音告警。

9.一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统的评估方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、通过综合控制系统对飞机系统仿真模型进行飞行初始化的设置后，飞行员按照飞行操作流程通过驾驶舱虚拟控制按键对飞机系统仿真模型进行操作，飞机进行正常飞行，并在驾驶舱仿真显示界面上实时显示飞机的飞行信息；

S2、飞行过程中，通过综合控制系统对飞机系统仿真模型进行故障注入，查看驾驶舱仿真显示界面的显示内容和音响告警仿真系统的声音告警信息；

S3、飞行完成后，对人机交互界面进行评估；

S4、若满足要求，则技术状态固化，并进行工程用模拟器的制造；若不满足要求，则通过布局调整系统对相应元素进行修改，然后重复上述步骤S1至步骤S3，直至修改后的人机交互界面满足要求，然后进行技术状态固化和工程用模拟器的制造。

10.根据权利要求9所述的一种民机驾驶舱人机界面布局评估系统的评估方法，其特征在于，通过布局调整系统对相应元素进行修改的方法为：

S31、打开布局调整系统；

S32、调整字体颜色、字体种类、字体大小、背景颜色、字体布局位置、按键布局位置；

S33、打开驾驶舱仿真显示界面模块和驾驶舱虚拟控制按键模块进行检查；

S34、若经检查满足要求，则完成调整，技术状态固化；若经检查不满足要求，则重复上述步骤S31至S33,直至满足要求后，完成调整，技术状态固化。

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