駕駛艙造型設計論文

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1商用飛機駕駛艙設計概況

空客憑借歐洲的航空工業基礎，率先在大型客機上采用側桿代替沿用了幾十年的中央操縱桿，并用電傳操控代替了機械操控。2014年6月空客在美國申請了一項專利，提出了未來基于實時顯示技術與交互技術的無窗駕駛艙，該駕駛艙可以不需設計在飛機前方，而是可以在飛機的任何區域，該設計顛覆了現有飛機駕駛艙的概念。巴西航空工業、龐巴迪、達索等支線客機及公務機制造企業在駕駛艙造型設計方面更加具有靈活性，尤其是公務機的駕駛艙，注重造型的個性及多種材質的運用。達索公司的創始人馬塞爾•達索(MarcelDassault)曾經說過:“Foranaircrafttoflywell，itmustbebeautiful(漂亮的飛機飛得漂亮)”。這句話不僅適用于飛機的外形，也適用于飛機內部的造型設計。中國曾研發過大型客機“運十”，其駕駛艙造型基本仿造了波音707。波音前副總裁喬•薩特回憶道:“我們登上了飛機并進入駕駛艙參觀，駕駛艙里的布局和707飛機簡直如出一轍。”目前中國的商用飛機事業蓬勃發展，其市場定位是面向全世界———包括發達國家的客戶，同時這也意味著中國的商用飛機將面臨國際航空巨頭的直接競爭。市場定位和競爭環境決定了中國的商用飛機駕駛艙設計必須是世界先進和一流的設計。因此，對世界現役飛機的駕駛艙造型設計進行研究分析十分必要，可以利用后發優勢，推陳出新，盡快在設計上實現超越。

2代表性駕駛艙的聚類分析

造型設計不同于工程問題，很多情況下是靠設計師自身的經驗積累及不斷嘗試獲得的靈感。“產品造型領域，設計思維的一個突出特點是形象思維和邏輯思維并重，其復雜性和不確定性決定了產品造型設計領域的知識與工程設計等其它領域相比，缺乏明確的知識界定和內涵。”基于案例的研究是一種對設計問題求解的有效方法，對于飛機駕駛艙設計而言，案例是前人大量經驗積累的成果，對成熟案例進行研究可幫助設計師迅速找準設計切入點、明確造型設計的方向定位。對駕駛艙而言，成熟的設計案例均是經過長期的實踐檢驗，對新興制造商有重要的參考意義。由于可供研究的現役飛機機型數量較大，而源自同一家公司或同一系列的機型，本身即有著明顯的相似性。如巴航工業的萊格賽系列飛機，其駕駛艙造型的相似性很高，可以作為一類進行造型研究，只需要挑選出代表機型即可。本文中采用相似性聚類分析與多維尺度分析的方法，用以挑選出具有代表性的案例樣本，這些樣本可以代表絕大多數機型的造型特征。

2．1駕駛艙造型相似性調研

在此調研階段，首先通過網絡搜集了國際上12家商用飛機制造商的66款機型的駕駛艙圖片，并對圖片進行處理，去除多余的視覺干擾因素，使圖像盡量保持相似的角度及色彩，并借助小樣本調研進行了66款駕駛艙的造型相似性判斷聚類分析。選取了對造型設計或駕駛艙有一定了解的人員共30名作為被試者。設計類及航空類專業研究生、飛機內飾設計師、退役空乘等三類人群參與本次調研。調研采用兩分法進行聚類，考慮到機型數量等因素，本次調研中的66款駕駛艙機型設定分為8組。調研過程采用的是本研究團隊制作的、一款基于Flash軟件開發的造型相似性判斷工具。被試者通過完成分組任務來展現他們對駕駛艙造型的相似性判斷。

2．2聚類分析與多維尺度分析

本文將聚類分析和多維尺度分析的結果綜合起來，幫助選取造型上具有代表性的駕駛艙。在一個被試者完成其分組任務時，上述造型相似性判斷工具能自動生成關于66款駕駛艙造型的相似性矩陣結果。對30名被試者的判斷結果取平均值后，導入SPSS軟件進行聚類分析。將66款駕駛艙分為14組。從14組樣本中，根據每個案例分值，挑出了14款具有代表性的機型，這些機型均可以被認為是彼此之間最不相似，即最有特點的案例。但是，有特點并不代表先進，比如有的案例被挑選更多可能是因為其密密麻麻的舊式儀表。雖然其造型與眾不同十分有特點，但明顯不是本次調研希望進行深入研究的理想機型。因此需要借助多維尺度分析，進一步對代表性案例進行判斷與篩選。多維尺度分析的結果是將不同機型的相似性數值轉化為了二維空間的距離，直觀地展現了案例間的相似性分布情況:距離越近，相似性越高;距離越遠，相似性越低。

2．3代表性駕駛艙將聚類分析

結果與多維尺度分析結果作為依據，并兼顧品牌及設計特點多樣性，最終挑選出10款代表性駕駛艙，用于后續的特征線描繪與提取。

3駕駛艙造型設計特征線的提取

3．1駕駛艙特征線的定義

Jingjing等提出了用特征線總結飛機駕駛艙設計特征的研究方法。根據造型特征線位置和功能的不同，把飛機駕駛艙內飾造型的基本形態和造型結構分為頂控板(Overheadpanel)、遮光罩(Glareshieldpanel)、儀表板(Instrumentpanel)、中央控制臺(Centrecontrolstand)和側操縱臺(Sidewallcontrolpanel)5個部分。因操縱桿對駕駛艙的總體造型有重要影響，在此將操縱桿(ControlStick)單獨列出，把駕駛艙總體造型進一步劃分為6個主要部分。

3．2特征線提取的步驟

在進行駕駛艙特征線的提取時，首先是對原始圖片進行描摹，用線條圖來表現出駕駛艙空間。然后對全部線型進行重要程度排序，把從屬線型刪減，強化重要造型特征線的表達，修正透視角度，從而簡練地概括出核心設計特征。3．310款代表機型駕駛艙造型特征線的提取特征線提取是把復雜的駕駛艙造型歸納為符號化特征，用以總結不同機型的核心造型差異。在提取過程中對通用性的部件(例如面板按鈕等)進行簡化處理，重點提取以遮光罩為物理中心與視覺中心的6個部分的大輪廓特征，如圖9所示。

4駕駛艙造型設計的差異分析

根據提取的特征并結合不同品牌的多種機型進行判斷，駕駛艙設計呈現較強的“大布局趨同，分部件差異”的特點。大布局趨同:從10款代表性機型駕駛艙來看，絕大部分案例服從6個組成部分的劃分方式，且每個部分的使用功能類似，說明駕駛艙的功能布局已經趨同化，目前還沒有機型采用顛覆性的創新布局。但空客等公司申請的專利顯示，各個航空巨頭已致力于開創新一代操控布局，并開始布設造型設計專利壁壘。分部件差異:從代表案例每個組成部件的造型對比來看，則部件之間的差異性比較大，僅從單個部件的造型特征就基本可以分辨出不同機型的駕駛艙，說明各個廠商均較為注重駕駛艙內部部件造型設計的獨創性。當然過分的獨創性會帶來標準化的問題:飛機操作的通用性降低，使得飛行執照不能像汽車駕駛證一樣廣泛通用，執飛不同公司的飛機需要重新考取執照。這對新興制造商的啟示是:需要考慮系列機型駕駛艙之間造型的通用性，這會大大提高機組培訓、操作手冊編寫等客戶服務工作的效率。巴航工業作為最大的支線客機制造商，至少有三種不同造型風格的駕駛艙。龐巴迪也有兩種以上駕駛艙風格。灣流、達索、賽斯納等公司主要生產公務機，駕駛艙風格呈現了多樣性、個性化的特點。空客各機型的駕駛艙造型多用簡練的幾何形與直線條。系列飛機保持了高度的通用性，具有基本相同的駕駛艙布局，寬體飛機和單通道飛機可以由同一群飛行員駕駛，降低了航空公司的人員培訓成本。空客駕駛艙設計特征可以歸納為:簡潔的幾何形設計、高度的通用性和“后發優勢”的應用。波音機型的駕駛艙有較為復雜的結構和很多細小的體塊，整體造型更偏有機形態。波音飛機相對風格多樣，新機型會更新造型設計，并應用最新的設計形態語言。如波音787的駕駛艙，大量采用曲線、弧面等流線型設計語言。波音駕駛艙設計特征可以歸納為:有機形態與流線風格、前瞻的設計和“以人為本”的理念。側桿操控起源于空客，目前巴航工業萊格賽(Legacy)500、達索獵鷹(Falcon)7X、中國商飛C919、俄羅斯正在研發的MC－21等均采用側桿操控。其優點是可以增加飛行員腿部的活動空間，不會阻擋視線，手臂的可達性更好。從特征提取圖來看，采用側桿操控的機型，駕駛艙整體空間更加簡潔，視覺負擔明顯降低。目前多數機型仍然在使用中央操縱桿，中央操縱桿的優點是更符合駕駛操控認知習慣，并且正、副駕駛可以隨時知道對方的操作從而避免誤判。但是從造型上來看，中央操縱桿把駕駛艙空間進行了無序分割，破壞了視覺連續性，增加了認知負擔。部分廠商對操縱桿形態進行了改進，如賽斯納的獎狀野馬(CitationMustang)、巴航工業的飛鴻(Phenom)－300只保留了與中央操縱桿相似的操控方式，但取消了底座增加腿部空間。類似的改進至少從空間劃分的角度來看更加合理。

5結論與展望

本次研究廣泛收集了案例，通過調研確定了代表性案例并進行了特征總結提取，把紛繁蕪雜的駕駛艙內部簡化為了直觀的二維特征線框圖。在化繁為簡的特征線框圖中，可以清晰地看到不同公司的駕駛艙造型設計特點。通過特征線的提取可以看出:雖然駕駛艙在布局及功能上有著較多的約束，但在造型設計方面卻有著廣泛的自由發揮空間。“飛機設計是一個復雜的過程，具有動態變化非標準化的特點，并且很大程度上依賴于先前的知識和經驗”。這些機型可以作為典型案例，為后續進行深層次工業設計風格探索提供依據。在駕駛艙設計過程中，也可以將文中的特征線提取方式向前推，從核心特征線入手進行方案設計。新興的飛機制造商，在設計駕駛艙的過程中除了要進行技術上的研發外，也要進行形態的設計與反復的實驗挑選，在研究和借鑒現有機型駕駛艙造型設計的基礎上，有必要逐漸形成自身成熟穩定的、具有品牌特征的造型設計風格。

作者:劉崗劉春榮單位:上海交通大學