MSP人因工程在UAV无人飞行载具系统研发专案之应用

逢甲大學工業工程研究所碩士論文人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用AnApplicationofHumanFactorsEngineeringtoUAVSystemDevelopmentProjects指導教授：陳正芳研究生：陳百君中華民國九十二年六月人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用中文摘要本研究以整體後勤支援（integratedlogisticsupport，ILS）之觀點，輔以整合性內涵之設計取向（design-in），將人因工程導入無人飛行載具UAV（unmannedaerialvehicle）研發專案中，作一整體性評估與考量，以達到適當、有效應用之人因工程理念，以提升產品最佳化效能。而針對軍事國防產業方面，人因工程除滿足人性化之設計要求外，主要在於避免引起人為失誤（humanerror），而導致系統停頓或失效所衍生之危機，提升人員及系統可靠度以確保系統安全，並減少維修工時及備份件之成本為努力方向。藉著引用一套美國軍用規範MIL-STD-1472F及MIL-HDBK-759C，將人因工程相關定性及定量之設計因素，導入整體後勤支援之概念設計、專案定義、工程發展、操作支援四個階段中，並依各階段之程序執行其工作細項，以提供設計者導入人因工程實務應用之具體可行模式。本研究成果目標為完成一「人因工程設計者檢核表」的制定，提供設計者在工程發展階段中，隨時可做設計稽核之依據與工具，使之制度化且方便取用，以便人因工程之設計理念能落實於產品開發。【關鍵字】：人因工程、整體後勤支援（ILS）、人機介面（PVI）、無人飛行載具（UAV）。逢甲大學e-Thesys（91學年度）i人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用AbstractThisresearchinvestigatestheapplicationofhumanfactorstoUAVsystemdevelopmentprojects.ItfollowstheU.S.militarydocumentsMIL-STD-1472FandMIL-HDBK-759C,toputthequalitativeandquantitativedesigncriteria/standardsintothedesignphaseofeachsystem,equipmentandfacility.Thisresearchwillapplyhumanfactorstotheintegratedlogisticsupportsystem,whichincludesthefourstagesofconceptexploration,programdefinition,engineeringdevelopmentandoperationalsupport.Furthermore,ThisresearchwillprovidecheckliststoauditdesignitemssothathumanfactorscanbeappliedeffectivelytoUAVsystemdevelopmentprojects.【Keywords】：checklist,humanfactors,integratedlogisticsupport,pilotvehicleinterface,unmannedaerialvehicle.逢甲大學e-Thesys（91學年度）ii人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用目錄中文摘要……………………………………………………………………IAbstract…………………………………………………………………II目錄………………………………………………………………………III圖目錄…………………………………………………………………….…V表目錄…………………………………………………………………..…V第1章、緒論……………………………………………………………………11.1研究動機與背景…………………………………………………………21.2研究目的…………………………………………………………………41.3研究方法與步驟流程……………………………………………………5第2章、文獻探討……………………………………………………………..72.1相關軍用規範及手冊…………………………………………………...82.2人因工程與整體後勤之探討…………………………………………10第3章、人因工程與整體後勤支援之關連及應用…………………………123.1人因工程對於維護度（maintainability）之影響……....………………123.2人因工程對於系統安全（systemsafety）之影響.…..……….…………133.3人因工程對於可靠度（reliability）之影響……………………………133.4合約規範………………………………………………..………………143.5工作條款（statementofwork,SOW）計劃書之制定.…………………153.6人因工程於後勤工程執行模式之流程…….…………………………16第4章、研究方法及輔助工具應用…………………………………….…184.1人因工程評估方法…………………….………………………………184.2人本自動化………..…………………………………………………194.3顯示設計的議題………………………………………………….….194.4使用視覺與聽覺顯示之時機……………………………………….….204.5運用輔助工具JACK四大功能…………………………….…………224.6運用JACK進行之模擬功能………………………….………………244.7JACK人體工作分析功能…………………………….………………25第5章、人因工程審查評估………………………………………….………..295.1PDR階段審查………………..…………………………….…………295.2CDR階段審查………………………………….…….………………305.3技術文件審查執行的理念…………………………………….………315.4人因工程學專業審查之基礎……………………….…….….………32逢甲大學e-Thesys（91學年度）iii人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用第6章、UAV人因工程設計者檢核表主要參數的考量..……………………376.1工作空間………………………………………………………………376.2維修……………………………………………………………………386.3系統安全與人機介面…………………………………………………386.4環境……….…………………………..………………………………396.5標籤……….…………………………………………………………..396.6噪音………………………………….………………………………406.7機械震動………………………………………………………………436.8溫度……………………………………………………………………446.9照明……………………………………………………………………456.10光源…………………………………………………………………45第7章、UAV人因工程設計者檢核表的制定………………………………477.1目的……………………………………………………………………477.2範圍……………………………………………………………………477.3設計者檢核表制定之一般準則………………………………………487.4UAV人因工程設計者檢核表之製作內容..…………………………49第8章、結論與建議…………………….……..………………………….638.1結論……….………………………..……………………………638.2研究貢獻……….………………………………………………..638.3後續研究建議…………………………………………………..64參考文獻………………………………..………………………………66誌謝……………………………………….………….……………………….68作者簡介………………………………….………….……………………….69逢甲大學e-Thesys（91學年度）iv人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用圖目錄圖一、UAV人機介面關係…………..………………..…………………………4圖二、研究步驟流程….…..………………………………………………….…6圖三、整體後勤支援組織介面示意圖………………………………………10圖四、人因工程於整體後勤支援工作流程……..……………………..……16圖五、JACK虛擬工作環境…….…..……………………………………….22圖六、JACK的維修動作模擬……..………………..………………………24圖七、NIOSH（美國勞工安全衛生總署）舉物分析.………………………25圖八、工作能力預測….…..……………………………………………….…26圖九、預測指定工作所需消耗的能量………………..………………………27圖十、工作者的最大荷重..……………………………………………….…28表目錄表一、環境噪音測量…………..…………………..…………………………42表二、工具震動頻率….…..……………………………………………….…44逢甲大學e-Thesys（91學年度）v人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用第1章、緒論人因工程為一門探討人員於作業環境中，是否能與所操控之機具嚴密的配合，以達成任務所要求之反應速度、準確性、操作效率與安全之整體目標技術。並可用於對產品設備進行評估，在設計與製造各階段進行期間，提供研發單位設計參考，而完成之成品在交予使用單位前亦可進行使用效益評估，以確保人因方面的品質。自從國內成立人因工程學會【1】以來，逐漸受到各方面的重視。許多科技的發展也顯露出對人因工程有相當大的需求，例如：中科院發展的研發案，或者是政府正全力推動的航空太空發展計畫與衛星計畫等，就需要人因工程在操作管制等系統方面提供專業的知識，使複雜又需求精確的系統能順利運轉，避免人為失誤，確保任務的安全與成功。目前國內發表的論文大多集中在人機介面【2】、人機互動【3】、人體量測及工作安全等等，將人因工程導入研發計畫則較少見。因此針對國內研發案的「多樣少量」發展趨勢，選擇一個研發案建立人因工程發展模式，其重要性及效益是很值得探討的領域。人因工程導入無人飛行載具（UAV，unmannedaerialvehicle）研發案中，探討人因工程實務領域中，以整體後勤支援（ILS，integratedlogisticsupport）之觀點，制定一「人因工程設計者檢核表」，提供設計者做為稽核之依據與工具。逢甲大學e-Thesys（91學年度）1人因工程在UAV無人飛行載具系統研發專案之應用1.1研究動機與背景無人飛行載具UAV在歷年數次戰役中應用，得到輝煌戰果而受到世界各國重視，如以敘貝卡山谷戰爭、波灣戰役、科索伏軍事行動、反恐怖份子的阿富汗戰爭以及最近伊拉克戰爭等等，UAV已成為未來高科技作戰的必要配備。尤其台灣海峽防禦縱深短淺，預警時間不足，現階段精確情資之獲得極為不易，為即時獲得情資迅速掌握敵情，在偵察衛星與高空偵察機尚未獲得之情況下，應籌建無人飛行載具UAV並結合戰術戰法運用，以充分發揮及強化我軍戰場指揮作戰之能力。本研究探討以整體後勤支援（ILS）之觀點，並輔以植入設計（design-in）之取向，將人因工程導入無人飛行載具UAV研發案中，作一整體性評估與考量，以達到適當、有效應用之人因工程理念，以提升產品最佳化效能。並探討將人因工程之相關定性及定量之設計理念，導入整體後勤支援之四個階段：概念設計、專案定義、工程發展、操作支援中，並依各階段之程序執行其工作細項，以提供設計者導入人因工程實務應用上具體可行之模式。本研究將完成「人因工程設計者檢核表」，可簡明提供設計者，隨時於工作中不斷稽核人因工程設計觀點之充分考量，俾以落實人因工程之設計理念，此為