暴力美学：越漂亮的武器越凶狠

内容决定形式，外观服务功能，毫无疑问成为大家的共识。但是武器装备作为被人使用的作战工具，其战斗性能除了信息感知和强大火力，人机工效的重要性也日益凸显。如果说“高大上”的外观作为武器装备先进战斗性能的外溢，那么良好的人机工效就是武器装备的“内在美”。特别是强调信息化作战的今天，战场态势多变，作战信息冗杂，如何快速高效提供给战斗人员信息数据，压减缩短决策反应时间，准确执行控制指令，这些都迫切的要求把人机工效作为装备研发流程的重要设计输入。建立在良好用户体验和人机工效的“人机合一”效应，能使武器装备作战性能得到充分发挥，是一种不折不扣的战斗力。

以陆战装备为例，无论是单兵轻武器工具还是装甲重装备载具，都需要考虑人机工效。

单兵系统是典型的"人(士兵)—机(单兵装备)—环境(战术任务与环境)"轻武器系统。单兵系统人机工效研究被证明是提高单兵系统作战安全水平、综合效能以及士兵舒适性的一个重要方面。在发挥轻武器作战作战性能的同时，降低士兵负重行军疲劳和运动损伤风险也是重要考虑因素。轻武器作为被控制对象，在开关保险、弹药上膛、扣动扳机、调节快慢机（调节枪支单发、三发点射、连发等击发方式的机构）、观瞄射击、更换弹夹等使用过程中，都需要对特定器件进行按压、拨动操作，射击后坐力需要士兵身体承受和担负，同时还尽量排除抛出弹壳、弹药烟尘对使用者的干扰。为实现方案最优化，这些在轻武器研发过程中都需要大量虚拟仿真和样机试验来支撑。

轻武器的握持和观瞄射击

装甲突击车辆不仅是驾驶行进载具，更是武器火力平台，往往搭载炮塔、武器站，同时还有驾驶员、车长、炮长、装填手等乘员，构成了比较复杂的“人-机-环”系统。采集战场数据、装订目标诸元、毁伤效果评估等一系列操作都需要乘员与乘员之间、乘员与机器之间配合完成。快速精准的指挥决策、打击毁伤需要用户体验良好的信息化系统来实现。各国陆军都致力于将乘员从眼花缭乱的仪表和复杂繁多的操作中解放出来，简洁清爽的玻璃屏幕逐渐取代密密麻麻的机械表盘。

“T-14”阿玛塔主战坦克采用无人炮塔，乘员在底盘车身内，可见玻璃化显示控制系统

我国新型主战坦克综合显示终端，显示多种火控系统数据和射击诸元

我国新型外贸主战坦克火控系统操纵台，四个拨动开关分别控制四项指令，指示灯的颜色和亮灭显示其状态，成员在使用时双手握住两个“红色把手”，左食指归零，右食指测距，右拇指击发（图片来源于珠海航展）

我国某型装甲车辆模拟训练系统，上方并排的屏幕为视景系统（在有人驾驶的模拟器之中用来模拟驾驶员所看到的座舱外部的空中及地面景象的模拟系统。也称为视景模拟系统）。下方可见大屏驾驶仪表和地图导航系统（图片来源于军博馆）

据统计，在二战作战飞机机毁人亡的事故中，飞行员人为操作失误导致的竟占大多数。可见人机工效在空中作战平台使用中的重要性。“人机与环境工程”早已成为一门独立学科，在飞行器设计学科中占据重要分量，涌现了一批以王浚院士为代表的专业人才。飞行器的“人-机-环”系统更为复杂，飞机速度、高度、姿态等平台信息，动力、武器等各分系统状态信息，编队僚机和敌机目标动态信息，联合作战分配系统和数据链系统提供的战场态势信息……飞行员可谓被淹没在信息的海洋，如何根据任务的轻重缓急和目标的威胁程度去梳理划分这些信息，如何精准高效的通过显示控制系统对飞行器进行操作控制，不仅是飞行员训练的重点，更是座舱研发人员攻关的方向。飞行员受供氧、气压、噪音、光环境、机动过载等诸多环境因素的影响。飞行器不仅要对座舱外的环境参数进行采集，更要对座舱内进行环境控制和生命保障。

国产大飞机C919座舱内，采用了目前最先进的综合显示技术，5块15.4英寸的显示器呈T型布局，可同时为主副驾驶提供飞行数据信息，此系统由航空工业上海无线电研究所（615所）研制。飞行员面前两块“瓢形玻璃”为平视显示器系统（HUD），由深圳天马微电子公司研制。飞行员头顶“整块面板”为控制板组件与调光系统，由航空工业上海航空电器（118厂）研制

机载平视显示系统可以帮助民航飞行员在观察外部环境的同时快速获取飞行数据，辅助飞行员在大雾、雨雪、夜晚等恶劣环境下安全起降和飞行。

苏-35先进座舱显示控制系统，相较于以往苏系战机绿灰色面板给大家留下的落后航电印象，这次苏-35座舱信息化程度明显提升。据悉，中方购买的苏-35批次，显示控制屏幕和面板界面仍然采用俄文而没有汉化

如今，战斗机往往是单座平台，这就意味着飞行员孤身一人去读取数据、接收指令、实施作战任务，特别是接战瞬间难以迅速及时作出判断和决策。减轻信息处理负担、降低思维难度、缩短反应时间、排除环境干扰对飞行员飞行和作战十分重要。随着人工智能与虚拟现实技术的发展，飞行器的显示控制系统、控制板组件与调光系统等人机接口的设计更加趋于扁平化、玻璃化和智能化，“四代机一体化显示触控主屏”、“四代机头瞄增强现实头盔”就是其典型代表。

 “JF-17”战机座舱中的中央告警面板，红色告警灯为二级告警，表明出现的设备故障已经危及飞机安全，迫使任务终止，飞行员应采取必要措施直至返航。黄色告警灯为三级告警，表示出现的设备故障导致性能降级。战机座舱两侧通常布置中央告警面板、数据面板、通信控制面板、面板22VU、油门杆等（图片来源于Deka_Ironwork_Simulation，在此表示鸣谢）

疑似已列装四代机的座舱主屏，由中航工业雷电院苏州长风公司研制，并整合有语音识别和控制功能(图片来源于珠海航展)

歼-20飞行员佩戴头盔可能为洛阳光电设备研究所（613所）研制的“锐视”系列头盔改进型号，该飞行头盔不仅可以显示重要参数信息，还集成瞄准功能，可引导“PL-10E”大离轴角空空格斗弹攻击敌机，做到“看哪打哪”

F-35主屏各状态下的显示控制界面

F-35作为先进座舱航电的标杆，其采用尺寸为20CMX50CM、分辨率为1200X3200的全彩主屏，取消衍射平显，取而代之的是综合头盔显示器，并采用三维语言告警系统和语音识别控制技术。F-35飞行员头盔集成了光电分布式孔径系统（EODAS），飞机外的光电传感器会将外部景象拍摄下来显示在头盔上，让飞行员的视野不再受座舱的阻挡，相当于“透视”了飞机，无论敌机身处什么位置都可以向其瞄准并发射导弹。这将颠覆传统近距空战的格局和方式，在缠斗中飞行员不再必须进行大过载机动控制飞机机头指向敌机，以完成瞄准锁定。而是飞行员边稳定战机，边扭头盯着目标看一会儿就完成锁定，这将对近距格斗弹的性能提出更高要求。甚至飞行员回头，还能制导控制导弹“越肩发射”，可谓用“眼神”杀死敌人。

随着战场数据量的激增，此时利用飞行员的生理感知通道，通过多维的信息传达方式（如通过视觉、听觉、触觉反馈）可以显著提高飞行员信息感知能力。比如，座舱3D语音告警技术是利用飞行员双声道耳机产生具有空间方位感的声音信号，使飞行员分辨出虚拟声源方位的技术。可以为飞行员提供威胁方位的精确实时声音告警。举个例子，当自身被敌机发射的导弹追击时，导弹从左后方逼近过来，语音报警让飞行员听起来像是左后方发出的，那么飞行员就会快速感知威胁方位并采取相应规避机动。就像大家上小学时约架，此时一声“XXX你给我站住，有种别跑”，你看都不用看，立马能听出他是谁，在什么位置，然后反方向跑了,对方边追边喊，越追越近，你一听要追上来了，于是更加卖力的“甩腿跑”。座舱3D语音告警技术就像是替静悄悄的导弹喊“站住！”，可缩短飞行员的反应时间，增强战场态势感知。还能够使机上多声源通道分离，显著改善语音通信质量、有效降低飞行员疲劳度。

中国空军察打一体”攻击-1无人机（翼龙无人机家族）”显示控制方舱（图片来源于中国网新闻）

沈飞集团无人机团队正在操纵显控台

“云影”无人机飞行作战显控台（图片来源于珠海航展）

由于无人机和操控员呈“分布式系统”，其显示控制系统往往是以显控台的形式存在。由于有人作战飞机显示控制系统对提高作战效能的巨大作用，在航空电子总体综合化发展过程中，飞行器座舱显示控制系统成为其最受关注、最活跃，发展最为迅速的技术领域之一。我国航空工业集团最近组建航空工业虚拟现实产业联盟，各主席成员单位基本都为座舱子系统研发团队。

说起作战舰艇，比如一艘航空母舰能容纳3000人日常生活和执行任务，可谓是一座小的钢铁城市。这种庞大的“人-机-环”系统着实复杂，考虑的人机工效涉及诸多方面：如舱室的环境控制与照明、舱室及通道的布置、各系统人机交互与显示控制。显控台作为舰船人机交互的基础平台，其应用覆盖传感器终端、火力控制终端、指挥控制终端、航空管制终端等。

日本秋月级驱逐舰全舰状态显示与控制

日本秋月级驱逐舰动力舱室显示与控制平台

在未来海战场一体化联合作战中，战场形势复杂多变，要求指挥决策系统及显控台具有快速反应能力，操作灵活、直观、便捷。随着舰艇信息化程度的提高，电子技术的快速进步使舰艇显控台向智能化、一体化、轻量化方向发展。人机交互是显控台核心职责，商用多点触控、语音识别、重力感应、高清显示、3D成像等技术的发展为显控台的发展提供了参考。未来显控台将由鼠标、轨迹球、键盘的单一交互模式，向声、光、手势等多维交互模式转变，更有效的提高武器装备的作战效能。

美海军“提康德罗加”巡洋舰内部指挥控制中心

英国“45型”驱逐舰内排布着三屏显控台

通用公司研发的CDS显控台，将取代洛马公司Q 70系列显控台，列装到DDG 1000驱逐舰和CVN 78福特级航母

我国舰船显控台完成了两代产品的研发，第二代标准显控台在体系结构、结构造型、人机工效、规范接口、维修保养方面有了较大提升。全面采用模块化的软硬件，规范了其外观尺寸和数据接口，计算机系统及操控模块可以实现互换互通、即插即用，为装备的通用化、系列化、模块化及动态功能重组提供了有力保障。

舰船显控台（图片来源于央广军事、环球网）

舒适合理的台体设计，科学高效的操控布局，简洁美观、操作流畅的人机交互界面，逐渐成为舰船显示控制系统人机工效的设计准则。从而最大限度的挖掘指战员潜力，降低疲劳度、降低出错率。

日本秋月级驱逐舰4×川崎重工“SM-1C”燃气轮机动力与传动系统状态显示界面

美国宙斯盾系统战场指挥控制界面，左侧为俯视平面地图，下方16个“方块”代表目标及其信息，系统根据对本舰的威胁程度从左到右依次排列。点击下方“方块”，会在主界面右侧区域显示被查看目标的具体数据，上图右侧显示的是点击查看左二目标

图上半部分横坐标为目标离本舰的距离，纵坐标为目标的高度，下半部分一个个“横着的长条”为应对措施，可拖动调节，方便应对预案提前规划和制定

这是16个“方块”中的其中一个，注意第五行小箭头，在默认本舰处于左下角原点的情况下，箭头可以用8个方向朝向来分别表示接近还是远离本舰，是爬升还是下降，如→表示平飞远离，↙表示目标俯冲接近。形象直观、一目了然。如果只是单纯的罗列目标速度、高度、距离等信息，指战员很难在脑海中迅速形成目标的动态形象，这就是“数据可视化”带来的效率提升（此三张图和注释参考“默虹美海军学习小站”，在此表示鸣谢）

美国宙斯盾“战斧”导弹任务规划和监视系统界面，左上是全部任务打击表单，左下为单个任务详情，界面中间偏右的地图为战场态势图，地图上显示了敌我目标，线条为导弹预定飞行路线。右上方显示各任务执行进度，右下方任务监视信息滚动显示

战场态势图中显示的敌我目标，采用2525军标系统，具体说明见上图

我国作战指挥控制系统显示的战场动态图，电子沙盘后背景上显示了类似美军2525军标的符号，代表敌我目标及其类型信息（图片来源于军博馆）

此图为美国宙斯盾“战斧”导弹控制系统界面，可对64发射单元MK41垂发系统中的逐个导弹进行控制，右侧界面为导弹飞行路线，颜色深浅和线条粗细可能代表导弹打击目标批次的先后顺序 

海军装备各子系统，都向着以通用化、模块化为基础的综合集成方向发展：将导弹储运、发射空间集中起来，按照作战任务灵活装填各种种类、不同数量的导弹，形成通用垂直发射系统；将动力机械产生的电能集中起来，灵活地分配给各种功率、不同能耗的各系统，形成全电力推进系统；将射频天线集中兼容整合，然后分配给各种波段、不同通道的发射装置，形成一体化综合射频系统；将各系统计算模块集中起来，将计算资源分配给各种服务、不同运算量的仪器，形成全舰综合计算环境。原来我们殚精竭虑一直和“资源精准投向投量”较真。随着海军电子信息装备向综合集成优化方向发展，以及全舰综合计算环境（将原来各系统计算机集中整合成为“计算池”，然后再根据各系统对计算量、服务类型的需求灵活分配计算资源，统一各系统的接口与协议，方便各系统和功能的嫁接和删减，同时便于动态功能重组）的要求，势必要减少显控台数量，优化人员配备；发展复合材料技术，减轻显控台重量；提高人机工效，实现快速输入输出，缩短辅助决策时间。

“辽宁舰”航空管制与调度指挥模型台—“显灵板”

“福特级”数字化触控调度系统界面

DDG1000和“福特级”航母采用全舰综合计算环境，福特级启用“舰船一体化触控系统（DSIMS）”。为了方便及时地了解舰载机的位置、加油需求、维修需求、武器挂载等重要信息，将基于飞行甲板、机库、舰载机小比例模型的调度模型台，作为航母上进行舰载机调运规划的重要工具，即“显灵板”，通过使用专用配件表示舰载机的状态，实现对舰上所有飞机的跟踪和监控。“电子显灵板”依托航空数据管理与控制系统（ADMACS）中的大量摄像头、感应传感器及各系统的物联，实现自动方案规划和辅助决策，提高了自主调度能力，减轻了人为决策、判断负担。该系统能提高5%的航空调度管制效率，每艘航母可减少35名舰员，同时节省了包括调度人员舱室在内的大量空间。

新概念显控台

从战场的指挥调度，再到人员的培养训练，人机交互无处不在。

俄罗斯国防指挥中心

我国作战飞机模拟训练系统（图片来源于东海舰队微信公众号）

从新闻社交、支付理财，再到地图导航、共享单车，“互联网+”深远地改变着我们的生活面貌，据说在一款成熟的互联网产品或者APP的项目周期中，人机交互的设计迭代所花费的时间是编程的7倍。在互联网市场化充分竞争的今天，一款操作复杂、视觉别扭的APP产品会被市场和用户无情抛弃。然后在军事工业领域，传统制造业的思想锈蚀和观念沉疴还时不时笼罩着研发人员的设计思路，片面过度追求产品的功能性和可靠性，而忽略了工业设计和人机工效在装备使用全生命周期中所发挥的重要作用，影响了武器装备的战斗力充分生成。同时也要建立成熟畅通的用户反馈渠道，及时将使用中产生的建议和要求传达给军工厂商，希望尽量在训练中发现问题解决问题，而不是在实战中。从飞行员的劳保手套，再到铺挂在座舱的凉席，我们从原始的人机工效形态起步，逐步走向正轨：中国航天员中心人因工程国家级重点实验室（偏航天环控生保）、中国船舶工业综合技术经济研究院舰船人因工程实验室（偏海洋装备）、海军医学研究所（偏体能、防护、后勤）、航空工业上海航空电器（偏飞机座舱视觉、控制、光环境）等科研单位和生产厂商已经开始加大相关投入力度，组建颇具规模的人机工效专业人才队伍。最后引用诺思罗普·格鲁曼公司对装备良好人机工效的定义—Easy of use ，peace of mind！