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人機工程學,為裝備發展“量體裁衣”

2016-11-14   總瀏覽:5367

近年(nian)來,總裝某科研院所承擔了一項關(guan)于人機工程學(xue)(xue)領域人體(ti)特征參(can)數需求分析(xi)研究的高(gao)科技攻關(guan)課題。幾年(nian)中,科研人員奔赴全(quan)軍各戰(zhan)區數百(bai)個(ge)建(jian)制單位(wei),采集了大量(liang)(liang)數據(ju)參(can)數,構建(jian)起我(wo)軍在此領域迄今(jin)測(ce)量(liang)(liang)參(can)數最全(quan)面、技術手段最先進(jin)的人體(ti)信息數據(ju)庫,標志我(wo)軍裝備建(jian)設發展(zhan)已(yi)開始進(jin)入“量(liang)(liang)體(ti)裁衣(yi)”的新(xin)階(jie)段。日前,就這一領域相關(guan)知識本報記(ji)者對人機工程學(xue)(xue)專家丁松濤進(jin)行了專訪(fang)。

  人機(ji)工程學離(li)我們并不遙遠

  記者:人機(ji)工程學(xue)作為一門新(xin)興的(de)多領域交叉學(xue)科離我們有多遠?與人類工效學(xue)有何關(guan)系?其研究的(de)對象和大(da)體內容(rong)是什(shen)么?

  丁松濤:人(ren)(ren)機工(gong)程學(xue)其(qi)實就(jiu)是人(ren)(ren)類工(gong)效學(xue),是翻(fan)譯(yi)方式帶來的(de)不同稱(cheng)呼(hu)。人(ren)(ren)機工(gong)程學(xue)雖(sui)然是一(yi)門新興交(jiao)叉學(xue)科,但離我們并不遙(yao)遠,因為它研究的(de)核心是人(ren)(ren)、機器、環境三者間的(de)關系(xi),可以簡稱(cheng)為“人(ren)(ren)-機-環”系(xi)統。

  舉個例子(zi),人(ren)用鉛筆書寫,就是一個簡單的(de)人(ren)-機(ji)系統;又如駕駛員開動汽車,則是一個較復雜的(de)人(ren)-機(ji)系統。由(you)此可見,在(zai)人(ren)機(ji)工程學研究領域中,人(ren)、機(ji)器、環(huan)境(jing)三者(zhe)總是相互作(zuo)用和(he)制(zhi)約的(de),但人(ren)始(shi)終(zhong)起著主導作(zuo)用。

  再說人(ren)體(ti)(ti)測量(liang)。大家去商場(chang)購物買衣(yi)服(fu)總(zong)要(yao)(yao)有個號碼,如衣(yi)長、肩寬、胸圍等尺(chi)寸,這是通過對特(te)定人(ren)群實際(ji)測量(liang)得(de)到的(de)一(yi)個均(jun)值,而(er)消費者(zhe)最(zui)理(li)想的(de)需(xu)求就是能(neng)夠根(gen)據自身尺(chi)寸“量(liang)體(ti)(ti)裁(cai)衣(yi)”。上升為科學(xue)(xue)研(yan)(yan)究(jiu)層面,人(ren)體(ti)(ti)測量(liang)成為研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)體(ti)(ti)各項(xiang)特(te)征參數指標的(de)一(yi)門(men)學(xue)(xue)科,它通過測量(liang)人(ren)體(ti)(ti)各部位尺(chi)寸、各肢體(ti)(ti)力量(liang)、各關節活動角(jiao)度及生理(li)和心理(li)特(te)征等來確(que)定人(ren)體(ti)(ti)差(cha)異(yi),從而(er)為人(ren)機(ji)(ji)(ji)工程、工業設計、工程制造、人(ren)類學(xue)(xue)研(yan)(yan)究(jiu)、醫學(xue)(xue)科研(yan)(yan)等提(ti)供人(ren)體(ti)(ti)基礎(chu)性資料(liao)。所以說,人(ren)體(ti)(ti)特(te)征參數數據是人(ren)機(ji)(ji)(ji)工程學(xue)(xue)的(de)基礎(chu),而(er)“人(ren)-機(ji)(ji)(ji)-環”系統是達到平(ping)衡和諧的(de)重要(yao)(yao)保證(zheng)。

  記(ji)者:作為一門科學(xue),人體測量學(xue)是(shi)否存(cun)在國(guo)際(ji)標準?如何納入科學(xue)化(hua)、規范化(hua)的(de)建設發展軌道?

  丁松濤:人(ren)體測(ce)量(liang)是(shi)(shi)一(yi)(yi)項(xiang)古老而(er)新興的(de)(de)(de)學(xue)科。說它古老,是(shi)(shi)因為人(ren)體測(ce)量(liang)開展很早,可追溯到兩千多年以前,最早文字記錄應(ying)為我國(guo)醫學(xue)著作(zuo)《內經·靈樞(shu)》中(zhong)的(de)(de)(de)《骨度篇》,文中(zhong)詳細(xi)而(er)科學(xue)地闡述了(le)活體測(ce)量(liang);而(er)系統測(ce)量(liang)方法(fa)是(shi)(shi)18世(shi)紀(ji)末西歐一(yi)(yi)些科學(xue)家所創立的(de)(de)(de),英國(guo)人(ren)高爾(er)頓是(shi)(shi)人(ren)體測(ce)量(liang)學(xue)的(de)(de)(de)創立人(ren)之一(yi)(yi),其兩部專著《關于(yu)人(ren)的(de)(de)(de)能力及其發展問題》《遺傳的(de)(de)(de)自然規律》流傳于(yu)世(shi);1912年第14屆國(guo)際(ji)史前人(ren)類(lei)學(xue)與考古會(hui)議在日內瓦召開,規定了(le)統一(yi)(yi)的(de)(de)(de)人(ren)體測(ce)量(liang)學(xue)方法(fa)國(guo)際(ji)標準,標志著人(ren)體測(ce)量(liang)學(xue)步入了(le)科學(xue)化、規范化的(de)(de)(de)發展軌道。

  人體測(ce)量(liang)數據庫成為新寵

  記者(zhe):目前,世界上(shang)有多(duo)少國家開展大規模人體測量相(xiang)關研究?它(ta)們對軍隊和國防建設有何關聯與影響?

  丁松(song)濤:國外一(yi)直非常重視人(ren)體(ti)模型(xing)研究(jiu)工(gong)作(zuo),發達國家都將本(ben)國人(ren)體(ti)測量(liang)數據庫(ku)(ku)作(zuo)為核(he)心(xin)技術(shu)嚴加保護(hu)。據悉,目(mu)前(qian)世界上(shang)(shang)已有90多個大規(gui)模人(ren)體(ti)測量(liang)數據庫(ku)(ku),其中歐美(mei)(mei)(mei)國家占大部分,亞洲國家約10個,而日(ri)本(ben)占一(yi)半以(yi)上(shang)(shang),典型(xing)的(de)數據庫(ku)(ku)有歐洲人(ren)體(ti)測量(liang)數據庫(ku)(ku)(EAD)、日(ri)本(ben)HQL人(ren)體(ti)測量(liang)計劃等(deng)。其中,數1988年(nian)美(mei)(mei)(mei)軍ANSUR數據庫(ku)(ku)最為有名,該數據庫(ku)(ku)對(dui)美(mei)(mei)(mei)陸軍人(ren)員259項(xiang)人(ren)體(ti)尺寸進(jin)行(xing)了手工(gong)測量(liang),時(shi)至今日(ri)依然是全(quan)美(mei)(mei)(mei)工(gong)業設計標準(zhun)數據庫(ku)(ku)。

  時隔(ge)20年,美軍(jun)于2008年啟(qi)動了新一輪大規(gui)模人體測(ce)量,即“A2P項目”。此次測(ce)量運(yun)用了先進的三維掃描技(ji)術,項目計(ji)(ji)劃樣本約13000人,數據(ju)庫計(ji)(ji)劃于2014年建(jian)成(cheng)(cheng),將(jiang)成(cheng)(cheng)為(wei)美軍(jun)戰(zhan)斗人員從(cong)穿戴、負重、空運(yun)、駕駛到坐騎工(gong)具和睡眠物等全部裝備的設計(ji)(ji)依(yi)據(ju)。

  記者:我(wo)軍人體測量工作是在什么背景下開展的(de)?目前發展水平如何?

  丁松濤(tao):現代人(ren)體(ti)(ti)測(ce)量技(ji)術進入(ru)我國時間較晚。在裝備科研(yan)建設(she)中(zhong),雖然我軍早期部分考慮了數據(ju)差異,但由于沒有足夠的(de)人(ren)體(ti)(ti)測(ce)量數據(ju)支撐,使裝備在實(shi)際(ji)建設(she)實(shi)踐中(zhong)出現了種種人(ren)機工程不(bu)協調問(wen)題。例如建國初期,從前蘇聯進口的(de)坦克雖然性能優良,但因體(ti)(ti)型(xing)數據(ju)等存在差異,使得(de)操作使用(yong)中(zhong)受限,讓官兵(bing)感到不(bu)適應、易疲勞。

  1957年(nian)至(zhi)1958年(nian),我(wo)(wo)軍(jun)首(shou)次進行了局(ju)部大規(gui)模人(ren)體(ti)測量,在調查統計的(de)基礎上(shang)制(zhi)(zhi)作出標準(zhun)人(ren)頭(tou)模型(xing),并(bing)成功研制(zhi)(zhi)出第一代防毒面具,成為人(ren)體(ti)測量服務(wu)我(wo)(wo)軍(jun)裝(zhuang)備建設的(de)一個(ge)標志性(xing)成果。如今,我(wo)(wo)國已(yi)經制(zhi)(zhi)定出近(jin)20項人(ren)體(ti)測量與(yu)應用(yong)的(de)國家和軍(jun)用(yong)標準(zhun),涉及各種(zhong)人(ren)體(ti)參數(shu)與(yu)模型(xing)。經過(guo)50多(duo)年(nian)的(de)不懈努(nu)力,目(mu)前(qian)我(wo)(wo)軍(jun)人(ren)體(ti)數(shu)據(ju)參數(shu)的(de)標準(zhun)化、準(zhun)確性(xing)和可(ke)靠性(xing)3項主要(yao)指標,均已(yi)達到(dao)了世(shi)界(jie)先進水平(ping)。

  虛擬標準模型建立(li)獨具特色

  記者:與國外相比,我(wo)國新近研發成(cheng)功的相關人體特(te)征參(can)數需求分析(xi)與數據有何獨特(te)之處?

  丁松濤:主要(yao)體現在四(si)個方面:一是測量(liang)(liang)(liang)技(ji)術先(xian)進,我們運用(yong)(yong)國際先(xian)進的三(san)(san)維(wei)人(ren)體掃(sao)描技(ji)術,構建(jian)起三(san)(san)維(wei)虛擬標準(zhun)數據模(mo)型,對陸(lu)軍人(ren)員群體匹配度(du)可(ke)達(da)95%以上;二是測量(liang)(liang)(liang)參(can)(can)數全面,與國外(wai)大多純尺寸數據庫(ku)不(bu)同(tong),本次測量(liang)(liang)(liang)除包括尺寸測量(liang)(liang)(liang)和三(san)(san)維(wei)形態(tai)測量(liang)(liang)(liang)外(wai),還(huan)同(tong)時采集裝(zhuang)備所需(xu)的其(qi)他人(ren)體特(te)征參(can)(can)數等;三(san)(san)是使用(yong)(yong)維(wei)護簡便,在構建(jian)起我國相關人(ren)體特(te)征參(can)(can)數數據庫(ku)的基礎(chu)上,用(yong)(yong)戶(hu)可(ke)通過多種便捷方式查(cha)詢;四(si)是通用(yong)(yong)性強,除少數兵(bing)種專用(yong)(yong)尺寸外(wai),測量(liang)(liang)(liang)數據通用(yong)(yong)率達(da)到90%以上。

  三(san)維立體制(zhi)作(zuo)讓生活更精彩

  記者:科(ke)技連著未(wei)來(lai)戰場,請您談(tan)談(tan)人機工程學相關(guan)領域未(wei)來(lai)發展趨(qu)勢?

  丁松濤(tao):未來人(ren)機工程學相(xiang)關領(ling)域將加(jia)速向空間(jian)化(hua)(hua)、數(shu)字化(hua)(hua)、模型(xing)化(hua)(hua)和系(xi)統化(hua)(hua)方向發展(zhan)。

  尤其(qi)是在軍用領域,目前(qian)軍事(shi)強(qiang)國基于(yu)人(ren)體(ti)特(te)征參數研究和人(ren)機工(gong)(gong)程學研究,紛紛啟動了“超級(ji)戰(zhan)士(shi)”計(ji)劃。這些“超級(ji)戰(zhan)士(shi)”又稱基于(yu)信息系統的(de)數字化單(dan)兵(bing),他們均以人(ren)機工(gong)(gong)程學原(yuan)理設計(ji),實現了“人(ren)-裝(zhuang)”一體(ti),將以全新面(mian)貌登上未(wei)來信息化戰(zhan)爭舞臺(tai)。

  在民用領域,人機工程學(xue)同樣將迎來迅猛發(fa)展期(qi)。如運用三(san)(san)維(wei)數據(ju)模(mo)型,可(ke)(ke)直接與3D打印系(xi)統鏈接,實現邊設(she)計邊欣賞邊制作;再如,網絡時代購物,可(ke)(ke)運用三(san)(san)維(wei)動態匹配技術在“虛(xu)擬(ni)試(shi)衣間”試(shi)穿(chuan)采購,讓虛(xu)擬(ni)世界變(bian)為現實,令百姓生活更加豐富(fu)多彩。

  施慈源(yuan)鄭曉慧本報記者 別拓(tuo)侖(lun)

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