主要设计内容分析与优化

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：通过分配功能、角色以及任务，同一坦克装甲车辆里的不同乘员、不同车辆里同一角色的不同职责来考虑显示/操控内容。在坦克装甲车辆人机交互设计中，使命任务分析能够提供对乘员的操作行为、所需要的控制行为、所需要提供的显示需求等容易理解的、准确的描述。场景设计包括以下内容：选定坦克装甲车辆的典型作战场景和任务阶段。合理的人机功能分配能够减轻乘员的工作负荷。

坦克装甲车辆人机交互系统设计主要包含如图4-7所示的4个阶段。

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图4-7　坦克装甲车辆人机交互系统设计流程

1.宏观需求分析——明确为谁（Who）显示/操控

宏观需求分析通常包含任务分析、形成设计原则、建立客观的可用性指标和系统目标，以供后期需求验证和确认。

需求分析过程需要理解并定义使用环境（主要任务、用户组、操作环境），了解任务的目标和范围以及对显示/操控的需求，理解显示/操控必须支持的任务。

通过分配功能、角色以及任务，同一坦克装甲车辆里的不同乘员、不同车辆里同一角色的不同职责来考虑显示/操控内容。要考虑以人为中心、以人为本进行系统设计，明确用户的生理、心理和社会学特性，如心理和生理（疲劳、态度、动力等）、知识（行业、技能级、经验等级等）、任务特性（使用频率、基本任务构架等）和独特的物理特征等。

2.捕获需求——为何（Why）显示/操控

按坦克装甲车辆任务使命的不同和作战阶段的不同，分析任务流程、建模分析操作程序，得到乘员的显示和操控需求。通过对使命任务的情景/场景的构建来进行任务分析以及功能分配，以捕获显示和操控需求。

1）使命任务分析

使命任务分析是通过描述不同的使命，从目标、系统需求、环境依赖性和过程的角度分析特定使命。使命分析定义了系统必须干什么、必须干这些事情的条件和环境以及如何完成这些事情。分析的范围和容易理解程度，以及分析的详细程度取决于分析的目的。在坦克装甲车辆人机交互设计中，使命任务分析能够提供对乘员的操作行为、所需要的控制行为、所需要提供的显示需求等容易理解的、准确的描述。

2）场景设计分析

场景和需求是设计的基石。通过开发坦克装甲车辆典型的乘员操控场景来分析和明确需求，从而为设计提供输入。场景设计包括以下内容：

（1）选定坦克装甲车辆的典型作战场景和任务阶段。

（2）通过时序化的活动来描述具体场景，各活动之间的相互逻辑关系可通过活动图进行描述，并用整个场景的定义方式对每个活动的行为进行定义。

（3）分析和明确上述每个活动的乘员显示和操控需求。

3）人机功能分配

随着电子信息技术的发展，越来越多的以前由人来完成的任务现在均可利用计算机自动完成，因此在进行坦克装甲车辆人机交互设计时，需要对各子系统或设备的自动化水平和技术成熟度进行充分调研，明确哪些功能可以由计算机自动完成、哪些需要人和计算机共同完成、哪些需要人来完成；在不同的场景下或工作模式下，人机功能分配是否需要采用不同的方案等。合理的人机功能分配能够减轻乘员的工作负荷。

3.优化内容——显示/操控什么（What）

目前坦克装甲车辆已普遍采用了显示器，能够为乘员提供关键行驶和作战等任务有用的信息；在不同的任务剖面下，可根据需要显示不同的信息。

但是，由于缺乏设计标准，信息量的增多导致了显示的信息过多、混乱，增加了乘员的工作负荷，延迟了认知和判断的时间。然而，如果显示的信息量太少，又可能无法满足乘员的决策需求。因此，显示内容的确定至关重要。

另外，根据不同的作战任务，还应对显示的信息进行优先级排序。信息优先级主要考虑信息的重要程度，是随着车辆位置、战场态势、与威胁的时空接近程度、当前所处任务阶段、与任务的相关度等因素的变化而变化的。

根据不同的信息融合处理方式显示信息的方法可分为按信息源综合、按信息类型综合和按功能综合。

（1）按信息源综合：将独立传感器获取的信息进行组合。

（2）按信息类型综合：将相近类型的信息在同一个显示区域内同时显示。

（3）按功能综合：根据任务，将行驶、打击等相关的信息进行综合显示。

4.优化布局时机——何时（When）、何地（Where）显示/操控

1）何地（Where）显示/操控

优化显示布局中主要考虑的因素有乘员显示器的数量、位置、人的最佳视场、可达性、人机工效，以及信息的优先级、对任务的影响程度等。

2）何时（When）显示/操控

优化显示时机主要考虑常显与按需显示的关系、冗余备份与默认和重构显示、每个屏幕显示内容的分配；应充分利用显示界面、人的注意力资源；什么时间显示要与当前任务阶段和当前工作模式挂钩，实现按需显示（时分显示）；考虑在不同工作模式下不同时刻需求的不同、分时和拥堵；考虑备份和重构，是否需要机械仪表作为备份，以及在部分显控设备出现故障时如何重构等。

5.优化方式——如何（How）显示/操控

优化方式——如何（How）显示/操控：根据一致性原则实现页面布局；通过画面分层、前景和背景来布局图符和控件；根据防止拥堵和快速识别需求定义信息量的分布；按照规定设定字体和使用颜色（事先约定原则和不宜过多原则）；根据规定进行形状的使用和闪烁的使用。

1）画面组织

不用为每个信息分配一个永久的物理位置，根据任务和工作模式，通过菜单进行层次组织，乘员通过操作获取信息。

2）图形化和文本

图形显示在快速解析信息方面比文本显示更优，能够提高乘员认知效率，减少认知负荷。

3）颜色和形状

人脑具有快速区分和处理预先设定的形状和颜色集的能力。因此，如果视觉技术能够有效利用形状和颜色呈现数据，那么乘员从看见信息到理解之间的认知负荷会大大降低。

4）评估验证迭代

采用虚拟仿真或半实物仿真技术，对乘员人机交互设计方案进行快速验证，确定设计方案的可用性和合理性。