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人机工程学,为装备发展“量体裁衣”

2016-11-14   总浏览:477

近年来,总装某科研院所承担了一项关于人机工程学领域人体特征参数需求分析研究的高科技攻关课题。几年中,科研人员奔赴全军各战区数百个建制单位,采集了大量数据参数,构建起我军在此领域迄今测量参数最全面、技术手段最先进的人体信息数据库,标志我军装备建设发展已开始进入“量体裁衣”的新阶段。日前,就这一领域相关知识本报记者对人机工程学专家丁松涛进行了专访。

  人机工程学离我们并不遥远

  记者:人机工程学作为一门新兴的多领域交叉学科离我们有多远?与人类工效学有何关系?其研究的对象和大体内容是什么?

  丁松涛:人机工程学其实就是人类工效学,是翻译方式带来的不同称呼。人机工程学虽然是一门新兴交叉学科,但离我们并不遥远,因为它研究的核心是人、机器、环境三者间的关系,可以简称为“人-机-环”系统。

  举个例子,人用铅笔书写,就是一个简单的人-机系统;又如驾驶员开动汽车,则是一个较复杂的人-机系统。由此可见,在人机工程学研究领域中,人、机器、环境三者总是相互作用和制约的,但人始终起着主导作用。

  再说人体测量。大家去商场购物买衣服总要有个号码,如衣长、肩宽、胸围等尺寸,这是通过对特定人群实际测量得到的一个均值,而消费者最理想的需求就是能够根据自身尺寸“量体裁衣”。上升为科学研究层面,人体测量成为研究人体各项特征参数指标的一门学科,它通过测量人体各部位尺寸、各肢体力量、各关节活动角度及生理和心理特征等来确定人体差异,从而为人机工程、工业设计、工程制造、人类学研究、医学科研等提供人体基础性资料。所以说,人体特征参数数据是人机工程学的基础,而“人-机-环”系统是达到平衡和谐的重要保证。

  记者:作为一门科学,人体测量学是否存在国际标准?如何纳入科学化、规范化的建设发展轨道?

  丁松涛:人体测量是一项古老而新兴的学科。说它古老,是因为人体测量开展很早,可追溯到两千多年以前,最早文字记录应为我国医学著作《内经·灵枢》中的《骨度篇》,文中详细而科学地阐述了活体测量;而系统测量方法是18世纪末西欧一些科学家所创立的,英国人高尔顿是人体测量学的创立人之一,其两部专著《关于人的能力及其发展问题》《遗传的自然规律》流传于世;1912年第14届国际史前人类学与考古会议在日内瓦召开,规定了统一的人体测量学方法国际标准,标志着人体测量学步入了科学化、规范化的发展轨道。

  人体测量数据库成为新宠

  记者:目前,世界上有多少国家开展大规模人体测量相关研究?它们对军队和国防建设有何关联与影响?

  丁松涛:国外一直非常重视人体模型研究工作,发达国家都将本国人体测量数据库作为核心技术严加保护。据悉,目前世界上已有90多个大规模人体测量数据库,其中欧美国家占大部分,亚洲国家约10个,而日本占一半以上,典型的数据库有欧洲人体测量数据库(EAD)、日本HQL人体测量计划等。其中,数1988年美军ANSUR数据库最为有名,该数据库对美陆军人员259项人体尺寸进行了手工测量,时至今日依然是全美工业设计标准数据库。

  时隔20年,美军于2008年启动了新一轮大规模人体测量,即“A2P项目”。此次测量运用了先进的三维扫描技术,项目计划样本约13000人,数据库计划于2014年建成,将成为美军战斗人员从穿戴、负重、空运、驾驶到坐骑工具和睡眠物等全部装备的设计依据。

  记者:我军人体测量工作是在什么背景下开展的?目前发展水平如何?

  丁松涛:现代人体测量技术进入我国时间较晚。在装备科研建设中,虽然我军早期部分考虑了数据差异,但由于没有足够的人体测量数据支撑,使装备在实际建设实践中出现了种种人机工程不协调问题。例如建国初期,从前苏联进口的坦克虽然性能优良,但因体型数据等存在差异,使得操作使用中受限,让官兵感到不适应、易疲劳。

  1957年至1958年,我军首次进行了局部大规模人体测量,在调查统计的基础上制作出标准人头模型,并成功研制出第一代防毒面具,成为人体测量服务我军装备建设的一个标志性成果。如今,我国已经制定出近20项人体测量与应用的国家和军用标准,涉及各种人体参数与模型。经过50多年的不懈努力,目前我军人体数据参数的标准化、准确性和可靠性3项主要指标,均已达到了世界先进水平。

  虚拟标准模型建立独具特色

  记者:与国外相比,我国新近研发成功的相关人体特征参数需求分析与数据有何独特之处?

  丁松涛:主要体现在四个方面:一是测量技术先进,我们运用国际先进的三维人体扫描技术,构建起三维虚拟标准数据模型,对陆军人员群体匹配度可达95%以上;二是测量参数全面,与国外大多纯尺寸数据库不同,本次测量除包括尺寸测量和三维形态测量外,还同时采集装备所需的其他人体特征参数等;三是使用维护简便,在构建起我国相关人体特征参数数据库的基础上,用户可通过多种便捷方式查询;四是通用性强,除少数兵种专用尺寸外,测量数据通用率达到90%以上。

  三维立体制作让生活更精彩

  记者:科技连着未来战场,请您谈谈人机工程学相关领域未来发展趋势?

  丁松涛:未来人机工程学相关领域将加速向空间化、数字化、模型化和系统化方向发展。

  尤其是在军用领域,目前军事强国基于人体特征参数研究和人机工程学研究,纷纷启动了“超级战士”计划。这些“超级战士”又称基于信息系统的数字化单兵,他们均以人机工程学原理设计,实现了“人-装”一体,将以全新面貌登上未来信息化战争舞台。

  在民用领域,人机工程学同样将迎来迅猛发展期。如运用三维数据模型,可直接与3D打印系统链接,实现边设计边欣赏边制作;再如,网络时代购物,可运用三维动态匹配技术在“虚拟试衣间”试穿采购,让虚拟世界变为现实,令百姓生活更加丰富多彩。

  施慈源郑晓慧本报记者 别拓仑