(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111255155.6 (22)申请日 2021.10.27 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 陆中　杨琪　罗文斌　陈维建　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 陆烨 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 面向飞行员工作负荷的驾驶舱面板布局优 化方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向飞行员工作负荷的 驾驶舱面板布局优化方法， 具体为： 确定驾驶舱 面板布局优化模 型的决策变量； 根据驾驶舱面板 设计要求建立布局优化模型的约束条件； 在虚拟 环境获取不同面板布局位置对应的飞行员操作 负荷评分值， 基于BP神经网络建立飞行员操作 负 荷评分函数； 基于遗传算法实现驾驶舱面板布局 优化模型的求解， 确定驾驶舱面板上各控制器件 的布局位置。 本发明基于数字样 机降低了设计研 发成本， 同时充分考虑了飞行员的工作负荷， 对 于降低飞行员操作负荷、 提高飞行安全具有重要 意义。 权利要求书3页 说明书11页 附图5页 CN 114004024 A 2022.02.01 CN 114004024 A 1.面向飞行员工作负荷的驾驶 舱面板布局优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 建立控制器件位置的约束条件； 步骤2： 基于虚拟仿真环境， 对人体模型的操作负荷进行仿真， 从而获取控制器件在驾 驶舱面板不同位置时人体模型操作负荷评分值RULA； 步骤3： 将控制器件在驾驶舱面板的坐标作为输入， 人体模型操作负荷评分值RULA作 为 输出， 建立神经网络， 对构建的神经网络进行训练， 得到操作负荷评价 函数； 步骤4： 根据每个控制器件的被操作频率和步骤3中的操作负荷评价函数， 建立目标函 数； 步骤5： 基于步骤1中的约束条件， 采用遗传算法求解目标函数， 得到每个控制器件在驾 驶舱面板上的最优布局。 2.根据权利要求1所述的面向飞行员工作负荷的驾驶舱面板布局优化方法， 其特征在 于， 所述步骤1中的控制器件位置的约束条件 包括第一～三约束条件； 所述第一约束条件为： 所有控制器件的边界与驾驶舱面板的左右边界之间的距离大于 等于预设的距离α， 所有控制器件的边界与驾驶舱面板的上下边界之间的距离大于等于预 设的距离b； 所述第二约束条件为： 各个控制器件相互之间不干涉， 表达式如下 所示： 其中， 和 分别表示第p个控制器件的横坐标和纵坐标， 和 分别表示第p* 个控制器的横坐 标和纵坐 标， p＝1,2, …,P,p*＝1,2,…,P,且p≠p*； P为控制器件的总个数； lp与hp分别为第p个控制器件的长和宽； ， 和 分别为第p*个控制器件的长和宽； 所述第三约束条件为： 将与应急切断开关有关的控制器件， 与应急电瓶电门有关的控 制器件以及与减载电门有关的控制器件在驾驶舱面板上设置在同一高度， 且基于驾驶舱面 板的中轴线对称； 表 示交流发电机按钮的控制器件与 表示变压整流器按钮的控制器件在驾 驶舱面板上处于同一高度， 且基于驾驶舱面板的中轴线对称； 表示交流电源选择器的控制 器件与表示直流电源选择器的控制器件在驾驶舱面板上处于同一高度， 且基于驾驶舱面板 的中轴线对称； 表示地面电源按钮的控制器件与 表示汇流条连接电门的控制器件在驾驶舱 面板上处于同一高度， 且基于驾驶 舱面板的中轴线对称。 3.根据权利要求1所述的面向飞行员工作负荷的驾驶舱面板布局优化方法， 其特征在 于， 所述步骤3中的神经网络采用BP神经网络， 包括输入层、 隐含层和输出层， 隐含层 采用双 曲正切S型传递函数tansig； 输出层采用纯线性函数purelin； 隐含层神经元总数目l的表达 式如下所示： 式中mI、 mO分别为输入、 输出层的神经 元总数， ψ为预设的调整常数， ψ∈[1,10]； 基于训练好的BP神经网络， 得到的操作负荷评价 函数的表达式如下 所示：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114004024 A 2其中， Rp表示第p个控制器件的操作负荷评价值， wij为第j个输入层到隐含层第i个神经 元的权值， mI表示输入层的总个数， mI＝2， 当j＝1的时候， 表示将第p个控制器件在驾驶 舱面板上的横坐标作为第一层输入层的输入； 当j＝2的时候， 表示将第p个控制器件在驾 驶舱面板上的纵坐标作为第二层输入层的输入； wλi为隐含层的第i个神经元到输出层的权 值， 为隐含层的第i个神经 元的阈值， b(2)为输出层的阈值。 4.根据权利要求1所述的面向飞行员工作负荷的驾驶舱面板布局优化方法， 其特征在 于， 所述步骤4中的目标函数为： 其中， Rp表示第p个控制器件的操作负荷评价值， Fp表示第p个控制器件的被操作频率， P 为控制器件的总个数； Fp的表达式如下 所示： 其中， Np为整个飞行 过程中第p个控制器件被操作的次数。 5.根据权利要求4所述的面向飞行员工作负荷的驾驶舱面板布局优化方法， 其特征在 于， 所述步骤5具体为： 步骤5.1： 通过浮点编码将各控制器件在驾驶舱面板上的位置坐标转换为染色体的基 因， 然后将浮点编码后的基因排列在一起形成一条染色体， 一条染色体表示种群中的一个 个体； 步骤5.2： 对种群进行初始化； 步骤5.3： 判断种群中的所有个体是否均满足步骤1的约束条件， 若是， 则转步骤5.5； 否 则转步骤5.4： 步骤5.4： 对于不满足约束条件的个 体赋值， 然后转 步骤5.5； 具体赋值方法为： 计算不满足约束条件的个体与驾驶舱面板上、 下边界值之差的绝对 值； 在与驾驶舱面板上边界值之差的绝对值中选择最小的绝对值对应的个体； 为该个体赋 予驾驶舱面板的上边界值； 在与驾驶舱面板下边界值之差的绝对值中选择最小的绝对值对应的个体， 为该个体赋 予驾驶舱面板的下边界值； 步骤5.5： 基于如下公式计算种群中个 体适应度值： 表示第z个个体 中第p个控制器件的操作负荷评价值， Fitz表示第z个个体的个体适权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114004024 A 3