民机驾驶舱人机工效设计的优劣不仅影响飞行员的生理、心理和意识活动,而且直接影响着飞行员的工作效率和飞机的飞行安全,是民机研制过程中的重要环节之一。良好的驾驶舱工效设计是飞行员顺利完成飞行任务的重要保证,是充分发挥民机系统性能以及飞行员技术水平的关键。本文对民机驾驶舱工效设计关键技术进行深入研究,建立相关理论方法和模型,支持民机驾驶舱工效设计。对民机驾驶舱工效设计框架体系进行了深入研究。遵循“以人为中心”的设计理念,结合新一代民机驾驶舱的特点,通过驾驶舱功能层次分析,确定了民机驾驶舱工效设计要素;结合民机的一般研制过程,深入研究了民机驾驶舱工效设计过程,明确了民机研制各阶段工效设计的具体环节与相应工作,阐明了各阶段工效设计的输入输出关系,提出了驾驶舱工效设计的协同工作模式,构建了民机驾驶舱工效设计框架体系。对民机驾驶舱布局设计与优化方法进行了深入研究。通过分析飞行员人体尺寸特征参数,给出了驾驶舱布局设计参数的确定方法,提出了驾驶舱可达性、可视性和操纵舒适性评价方法。结合飞行员的静动态动作特征,提出了基于飞行员动作重用的驾驶舱布局优化方法:通过典型飞行任务的分解和飞行员操作动作的惯性跟踪捕捉,给出了飞行员动作获取方法;利用飞行员虚拟人体建模和动作数据驱动,提出了飞行员动作表达方法;通过构建飞行员动作实例库和基于实例的推理,给出了基于飞行员动作重用的布局优化方法和流程。结合某型飞机驾驶舱数字样机给出了应用实例,证明了方法的有效性和可行性。对驾驶舱人机系统建模与动态特性分析方法开展了研究。通过分析飞行员信息处理机制,阐明了飞行员驾驶操纵中的认知过程;引入面向对象的思想,建立了基于面向对象Petri网的民机驾驶舱人机系统模型,构建了人机系统对象模型与对象关系模型;分析了人机系统的动态特性,提出了飞行员任务可达性的分析方法,给出了人机系统冲突识别方法,提出了基于熵值的操作程序复杂性评价方法;结合某型飞机给出了基于面向对象Petri网的驾驶舱人机系统模型应用实例,表明了模型的有效性和可操作性。对飞行员任务负荷生理指标试验与评价模型进行了深入研究。通过分析飞行员情境意识及影响因素,明确了飞行员任务负荷的形成机制;设计了飞行员任务负荷生理评价指标的试验方案和平台,采集、分析了飞行员脑电、心电和眨眼率等生理指标参数,揭示了不同飞行阶段和飞行状态对飞行员生理指标参数的影响机理;基于飞行员生理指标的试验数据,研究了飞行员生理指标参数与任务负荷主观评价的关系,建立了基于支持向量机(Support Vector Machines,SVM)的任务负荷评价模型,通过实例分析对比,证明了方法的有效性和先进性。对驾驶舱人机交互安全风险评估方法开展了研究。在充分考虑风险诱因及其可能导致的后果的基础上,提出了基于事件树(Event Tree,ET)的交互风险识别方法;以ET识别的危险事件作为风险分析评估的顶层输入,通过分析民机驾驶操纵过程中人机交互安全风险的影响因素,建立了基于人在回路故障树(Human in the Loop Fault Tree,HIL-FT)的交互风险评估模型和基于贝叶斯网络(Bayesian Network,BN)的交互风险评估模型;最后,结合某型飞机驾驶舱设计方案,给出了人机交互安全风险评估分析实例,表明了方法和模型的有效性。