隨着飛機性能的不斷提高，飛行員的工作負荷及操作難度不斷增大，經常導致誤判和誤操作。因此從工效學的角度開展座艙設計的工效學綜合評價對提高飛行員工效、減少人爲失誤影響甚大。
座艙佈局涉及到工效問題很多，如人體測量、應急反應、視覺、照明、健康、安全、顯示器、控制器的設計與佈局、以及顯示屏信息佈局方面的問題等。
1、座艙工效綜合評價指標體系的構建
綜合評價是指對被評價對象進行客觀、公正、合理的全面評價。如果把評價對象視爲系統的話，上述問題可抽象地表述爲：在若干個（同類）系統中，如何確認哪個系統的運行（或發展）狀況好，哪個系統的運行（或發展）狀況差。對於有限個多個方案的決策問題來說，綜合評價是決策的前提，而正確的決策源於科學的綜合評價。
對工效評價指標體系進行研究，首要任務就是要明確人機界面中的人機環因素和相應的作業。評價因素的選擇實質上是研究人機環因素相互作用的過程以及在此過程中表現出的人機界面性質。通過人機交互過程分析，可使確定研究對象的過程嚴密，合理。對人機交互作業進行分析，可使人機環因素相互作業的過程清晰明瞭，體現人機界面性質的過程符合人的認知習慣。工效評價指標體系建立方法首先是對人機交互過程進行分析，確定研究對象，也即確定人機交互過程中所涉及到的人機環因素和相應的作業；其次對交互過程中所涉及到的作業進行分析，研究人機環因素各自特性在交互過程中的體現，選定評價因素；最後對評價因素進行分析，確定評價指標，建立評價指標體系。指標體系建立的方法有專家主觀評定和比較判定法及數據統計分析法。第1類方法適用於資料有限，主要依據專家經驗知識來確定指標的被評價對象。第2 類方法適用於具有定量指標的被評價對象。如英國防務鑑定研究所I. R. Craig and G. L . Burrett 針對大型運輸機C2130J座艙的工效學評價因素進行過研究，並根據英國的相關標準和規範提出了120個定性形式的因素。
評價指標選擇對於座艙工效綜合評價至關重要。評價指標確定過程中應遵循以下原則：①系統性原則。全面反映評價對象的本質特性和整體性能。②可行性原則。③獨立性原則。所選取的因素要求具有相對獨立性，即同層次上的因素不具有包含關係或者是因素之間的關聯性較小。也就是說所選擇的因素，一方面是構成評價指標體系必不可少的，另一方面彼此要相對獨立。飛機座艙工效評價指標體系的構建主要包括以下幾個方面：①駕駛艙內顯示裝置的評價指標。具體包括：駕駛員視角、視距、顯示對象的大小、顏色、呈現方式、顯示裝置排列等。②駕駛艙內操縱器的評價指標。具體包括:操縱器是否按功能分組; 是否考慮人的反應時間; 操縱力的大小、位置是否符合人體尺寸要求和肢體用力範圍、操作中是否方便等。③座椅的評價指標。主要考慮舒適性和安全性。座椅的尺寸是否適合人體的測量值;是否能保證人體具有良好的作業姿勢;座椅角度是否符合防護救生。④駕駛艙作業空間的評價指標。主要包括是否滿足駕駛員手腳操作時所需空間範圍及工效的可達範圍。⑤ 駕駛艙作業環境評價指標。具體包括振動、噪聲、溫熱條件、照明與色彩等。這些因素對安全操作工效均有顯著影響。
工效評價指標體系建立的具體步驟包括以下幾點。①進行人機交互過程分析。以典型任務爲過程分析對象，研究任務內容，列出交互過程中所有相關的人機環因素和相應的作業並進行統計與分類。②進行人機交互作業分析。以步驟①得到的作業爲分析對象，用三維矩陣分析人的特性、設備屬性和環境條件三者之間的交互過程，交互點上所體現的所有因素就是人機交互過程中需要分析的評價因素。同時這些因素能夠反映人機環境之間的相互作業和各自的特性。③應用取消、合併、重排和簡化四大技巧，分析比較評價因素間的關係，確定評價因素和評價指標。④確定指標間的層次和結構，構建評價指標體系。
飛行座艙工效綜合評價一般步驟主要包括：①建立評價指標體系。每個評價指標都是從不同的側面刻畫系統所具有某種特徵的度量。②評價指標的測評值。③評價模型的選擇。所謂多指標綜合評價就是指通過一定的數學模型將多個評價指標合成一個整體性的綜合評價值。常用的綜合評價模型包括加權平均型、幾何平均型、單因素決定型和主因素突出型。④權重係數的確定。從一定意義上講，當指標的測評值取定後，被評價對象或系統的排序結果直接取決於權重係數的正確與否。即權重係數確定的合理與否，關係到綜合評價結果的可信程度。確定權重系統的方法主要有基於“功能驅動”原理生成的賦權法、基於“差異驅動”原理生成的賦權法、綜合集成賦權法這三種。③各系統的排序或分類。當計算出各系統的綜合評價值時，即可按綜合評價值由大到小（或由小到大）進行排序，或者按各綜合評價值的離散或聚類情況而分成若干個類別，從而達到對各系統進行排序或分類的目的。
2、飛機座艙人機工效綜合評價方法
傳統的飛機座艙工效學評價主要依據飛行員的主觀敘述來進行，很難對座艙的工效學設計做出完善的評價。由於沒有一套綜合評價指標體系和評價標準，常導致設計出的座艙存在不少工效學問題，進而影響設計週期、增加設計成本。國外對飛機座艙的工效學評價問題研究起步較早，對所有提出的改進方案或新方案都有其評價報告，。美國從20世紀60年代就開始了對適合於飛機座艙工效學綜合評價的標準方法進行研究，但在公開報道的文獻中，一直未見到其確定的綜合評價方法。國內目前還缺少較系統科學的評價技術。因此，對相關評價技術的研究是促進設計部門工效評價工作規範化的有力途徑。目前，國內外在飛機座艙人機工效評價領域主要有以下幾個研究方向。
（1）主觀評價方法
a、問卷調查表
該方法適用於各種類型的評價，可用來評價許多種定性變量，如可接受性、使用方便性等，是使用最頻繁的一項主觀評價方法。如圖形顯示信息的可接受性評價、 顯示器不同顯示格式的可接受性評價、新型控制方式的可接受性評價、以及平視顯示器飛行符號的可接受性評價等。問卷調查表是獲得主觀評價資料的最基本的方法，但也是最難設計的一項主觀評價方法，設計一份問卷調查表需要設計者對被評價系統有足夠的背景知識。
美國蘭德（RAND）公司的Olaf Helmer和Norman Dalkey於20世紀50年代提出了德爾菲法，後來又產生了幾種派生的方法。這些方法在許多領域的評價工作和指標體系建立中得到了應用，但國內的應用還非常有限。該方法的基本原理是以調查徵詢的形式向選定的專家提出一系列問題，並彙總整理專家意見。每完成一次提問和問答的過程稱爲一輪。將上輪諮詢所得意見的一致程度和各位專家的不同觀點等信息，匿名反饋給每一位專家，再次徵詢意見。如此反覆多次（一般情況下，經典德爾菲法爲3-4輪，改進德爾菲法爲2-3輪），使意見趨於一致。由最有一輪徵詢得到的專家意見，組合成專家羣體的集體意見。德爾菲法有匿名、循環和有控制反饋、統計團體響應這3個主要特點，使其成爲徵求和提煉專家羣體意見的一種有效方法。
b、庫珀-哈珀評定量表(Cooper-Harper Ratings， 簡稱CH量表)
CH 量表是評價飛機駕駛難易程度的一種主觀方法，該方法把飛機駕駛的難易程度分爲10個等級，飛機駕駛員在駕駛飛機之後，根據自己的感覺，對照各種困難程度的定義(見表1) ，給出自己對該種飛機的評價。在20世紀60年代後期，美國空軍用CH量表評價新式飛機操作的難易程度取得了很大的成功，這極大地促進了該方法在飛機設計階段中的應用。如電子系統、顯示系統、操縱系統、人機界面等的開發設計中，均可使用該等級或其變化了的形式進行評定。Newman採用CH量表評價顯示器的可讀性和可控性， Craig等人採用CH量表評價顯示器的一致性、信息可讀性、屏幕信息佈局、信息明確性、以及控制器設計的合適性等。CH量表是一種比較常用的主觀評價方法，它具有主觀評價法固有的缺點，即評價者的評價結果個體差異較大。
表1 庫珀-哈珀評定量表
c、主觀工作負荷評價法
飛行員在駕駛飛機飛行的過程中，其工作負荷主要是腦力負荷。但由於人們對腦力負荷本質的模糊認識，更加上在腦力負荷維度分類認識上的分歧，一些研究者往往基於自己的理論體系確定腦力負荷的維度組成， 因此，出現了多種評價腦力負荷的方法。例如，主觀評價法、主任務評價法、次任務評價法、生理評價法和綜合評價法。在實際應用中，最常見的是主觀評價法，該類方法中最典型的方法有以下3種。
① SWAT量表。SWAT量表是主觀性工作負荷評價技術( Subjective Workload Analysis Technique)的簡稱。該方法提出了一個包含3個維度的工作負荷多維模型，這3個維度是時間負荷( time load)、腦力努力負荷(mental effort load)和心理緊張負荷(psychological stress load)。每個維度均分爲三個等級，量表中對每個維度的各個等級都有詳細的文字說明。調查對象先根據自己的實際情況選擇每個維度的相應等級，然後對這3個維度的重要性進行排序。評價時，研究者先根據排序情況將調查對象歸入6個組別，再換算爲0 ～100分，分值越大，負荷越重。
② MCH量表。MCH量表是修正的庫珀- 哈珀量表(Modified Cooper-Harper Ratings)的簡稱。該方法是在CH量表的基礎上開發出的一種主觀工作負荷評價方法。MCH量表在確定最低負荷(即取值爲1)和最高負荷(即取值爲10)之間的分級時，採用決策樹作輔助手段。MCH量表主要用於評價具有認識任務的工作負荷，而不用於那些出於本能或精神原動力方面的問題，前者也正是CH量表難以做到的。
③ NASA - TLX量表。NASA - TLX量表是美國航空與航天管理局任務負荷指數(National aeronautics and space ad2ministration - task load index)的簡稱。該量表有6個維度組成， 即腦力需求(mental demand) 、體力需求( physical demand) 、時間需求( temporal demand)、業績水平( performance )、努力程度( effort)、以及受挫程度( frustration level) ，量表中對每一因子具有詳細的文字說明，並用一條分爲10等分的直線表示，調查對象在直線上與其實際水平相符處劃一記號，然後再將6個因子對總負荷的貢獻進行排序(即予以權重) ，此6個因子的加權平均值乘以10即爲該調查對象的總負荷得分。
主觀工作負荷評價法綜合了人、機、任務因素，可提供如主觀感受、滿意程度、努力水平等其它方法不能提供的信息，且具有使用簡易、敏感性高、適用性強、對完成任務無干擾等優點。因此，近三十多年來，在人機系統的理論研究和實際測評中已得到廣泛的應用。如Redden等人採用SWAT量表評價採用先進技術和未採用先進技術的顯示界面的優劣， Aust採用MCH 量表評價不同控制方式的優劣， Newman等人用NASA-TLX方法評價平顯飛行符號的工效學問題。主觀工作負荷評價法缺點在於評分的主觀性和標準不易統一。
（2）客觀實驗法
客觀實驗法多在專業實驗室內針對研究目標，抽取研究對象，建立模擬環境，設定實驗因素，控制非實驗因素。利用專業的儀器設備，測量和觀測被試對某個或某幾個變量的認知判斷，揭示人的心理活動與外界刺激間的固有關係或規律。
在客觀實驗法中，基於操作任務的反應時與飛行績效評價法是一種有效的客觀評價法。反應時與正確率是飛機人機界面設計最爲關注的參數之一。反應時反映的是知覺過程所需要的時間，如目標從顯示界面出現、到飛行員對其辨認並做出反應的時間爲反應時。反應時在顯控系統工效學評價中的應用比較廣泛，如用反應時評價不同控制方式的優劣和不同顯示格式的優劣。錯誤率/正確率法和飛行績效(pilot performance)法也是比較常用的方法。正確率則是被試對不同信息顯示格式的正確辨識次數佔該信息顯示格式出現總次數的百分比。如中科院心理所採用反應時對顯示器周邊按鍵尺寸、方位和間隔進行了研究；西北工業大學航空學院採用反應時和正確率對狀態信息不同顯示方式進行了研究， 北京航空航天大學以正確反應率和反應時間作爲績效評價指標，分析和討論不同腦力負荷水平下文字和顏色編碼方式對信息辨識的影響。最後得出較宜於辨識的信息編碼方式，並在對飛機攻擊過程的目標拾取的研究中，得出了飛行員對二維環境中目標拾取時間及其準確度的基本關係等。
（3）生理信息測量評價法
駕駛員的生理信息，如心血管功能、心肺功能、腦功能等，與顯示與控制界面的適人性之間存在一定的關係，通過選取典型的生理參數作爲指標，可用於飛機座艙的人機界面評價。典型的生理參數指標包括心率、眨眼、眼動、眼動電圖(EOG)、瞳孔直徑、腦電活動( EEG)、呼吸、事件相關腦( P300) 電位等。這些數據可用於分析研究作業人員的掃視規律、注意力分配情況、腦力負荷水平以及疲勞狀態等。對這些指標的監控由生理測量系統（包括眼動儀、腦電儀、心電儀、生理多導儀、行爲分析儀等）完成。由於目前的生理測量技術普遍具有專門的設備和技術要求，因此對主任務有較小的侵入性。隨着近年來軟件技術和硬件技術的發展，測量設備尺寸也逐漸向輕薄化甚至非接觸式方向發展，從而進一步弱化了侵入性問題。實驗時，成套的測量設備可以方便地安置在實驗臺或作業人員身上，測量系統既可以離線獨立地進行數據處理，也能在線對數據處理，連續採集作業人員的生理反應信息。
（4）基於數學模型的評價方法
a、模糊綜合評價法
模糊綜合評法主要是利用與評價對象有關的單因素評價結果， 構成相應的評價矩陣， 並利用決定各因素重要性程度的權重因子作模糊變換， 最終得到對評價對象的評價結果。飛機座艙工效評價是一個多層次、多因素的綜合評價問題， 其評價方法可採用多級模糊評價法。根據座艙工效評價項目的屬性，將其分成不同的評價方面、要素及因素，形成不同的評價層次，在每個層次中，根據其對座艙工效的影響，合理的區分其重要程度，以突出重要的評價方面、要素及因素。飛機座艙工效多級模糊綜合評價方法的基本思想是:先按最低級層次的各個因素進行綜合評價，一層層依次往上評，直到最高層，得出最終的評價結果。即模糊綜合評價的方法是由末端開始逐級向上的評價方式。如採用改進德爾菲法，G1法和模糊綜合評價法集成的綜合評價方法可建立綜合評價指標體系，該方法的基本原理是首先採用改進德爾菲法建立評價指標體系，然後應用G1法確定各指標權重係數，最後，對各指標的特徵值進行量化處理，再用模糊加權平均算子作爲綜合評價的數學模型算出評價結果。
座艙工效的多級模糊評價方法的研究還處於探索階段，要開發實用的系統還應解決許多問題。這些問題歸納起來有以下幾點。① 對該評價方法中的評價因素集、評價矩陣和因素權重值的確定，還需要做進一步的探討。② 由於座艙工效因素很多，而且既有定性因素又有定量因素，其評價等級分級基準的確定還有待進一步研究。③ 鑑於飛機座艙工效評價本身的複雜性、信息的大量性，較好的解決途徑是引入專家系統， 建立一個有關專家對多種座艙工效進行評價的知識庫。因此，知識庫的知識的描述、表達、獲取均是尚待進一步研究的課題。
b、灰色關聯評價方法
灰色關聯評價方法的基本思想是：根據參考數列（評價標準）曲線和被比較數列（設計方案）曲線間的相似程度來判斷關聯程度。相似程度越大，關聯程度越大，即設計方案與評價標準越接近。灰色關聯評價方法包括以下幾個關鍵步驟：①確定參考數列。評價標準應選取所有設計方案中各項指標的最優者。當指標屬於“效益型”時，選取所有方案中該項指標的最大值；當指標屬於“成本型”時，選取所有方案中該項指標的最小值。對於初值不同的數列作關聯度分析時，一般要先進行無量綱化處理，生成新的數列。②計算關聯繫數。關聯繫數是各被比較數列曲線和參考數列曲線在各點的相對差值。③計算關聯度。關聯繫數給出的信息過於分散，不便於比較，可採用求加權平均的方法對信息進行集中處理，從而計算出關聯度。被比較數列（設計方案）曲線和參考數列（評價標準）曲線越接近，即相應的人機界面設計方案越優。
c、生物力學模型評價法
生物力學模型是用數學表達式表示人體機械組成部分之間的關係。在生物力學模型中，肌肉骨骼系統被看作機械系統中的聯結，骨骼和肌肉是一系列功能不同的槓桿。生物力學模型可以採用物理學和人體工程學的方法來計算人體肌肉和骨骼所受的力，從而對操作者的工作狀態進行評價。 如通過建立人體生物力學模型，計算第50百分位駕駛員在操縱中立位置時腰椎L4/L5受力情況，以用於評價飛行員的坐姿疲勞。
d、虛擬評價技術
駕駛艙工效佈局評價對安全駕駛和飛行員身體健康意義重大。傳統方法是真人現場評價樣機，效率低費用高近年來，基於數字模型的工效評價逐漸成爲飛機設計的趨勢，在虛擬設計階段可利用虛擬樣機和計算機人體模型進行初步的工效評價，儘早發現設計不足，可縮短設計週期和降低設計費用， 使駕駛艙更加人性化。進行虛擬工效評價包括兩個主要內容， 一是建立飛機數字模型，二是建立精確的飛行員人體模型。如蘇潤娥等人將某型民機駕駛艙數字模型導入並進行優化並利用人體模型創建模塊，建立了民機駕駛工效評價用的1%、50%和99%我國飛行員人體模型， 確定了關節舒適角範圍和最舒適駕駛姿勢，進行了座椅、儀表板、遮光罩、方向舵踏板、操縱桿盤、中央控制檯、頂部儀表板等駕駛艙內主要設備的佈局評價發現了佈局設計中若干不符合工效特性的地方， 並提出了改進建議。
美國 DiSTI（Distributed Simulation Technology Inc.）公司開發的GL Studio視景仿真軟件爲構造虛擬評價環境提供了手段。它可以用來創建三維、實時互動、照片級真實感的虛擬儀表圖形界面，並能與HLA/DIS (High Level Architecture／Distributed Interactive Simulation)仿真應用相連，生成的C++和OpenGL 源代碼既可以單獨運行，也可以嵌入其它應用軟件中。該軟件能仿真各種儀表的指示，實時模擬儀表之間的動態關聯，並可以通過鼠標或觸摸屏對虛擬儀表進行操縱，效果逼真。
SPEOS光學模擬和視覺仿真系統利用數字化虛擬技術研究在飛機座艙設計中視覺功效仿真的應用方法。SPEOS整合了CATIA系統的光學設計和人體真實模擬效果的光學軟件，通過國際視覺研究領域的專家的合作開發出基於生理效應的人類視覺模型，依照視網膜的空間響應處理眼睛對明亮等級、顏色、對比度和周圍環境的發光度的響應，根據有關的標準規範給出結果，可用於評定飛機內飾和顯示界面設計中的不同佈局、亮度、色彩、材質等因素，如評價天空和陽光對艙內視覺效果的影響、散射光對信息顯示的影響、顯示器角度特性對觀察效果的影響等。
