人机系统方法学

第1章绪论

1.1系统科学的发展概况

1.1.120世纪20—30年代的系统观点

1.1.2系统科学的开创时代

1.1.3系统科学的重大进展

1.1.4系统科学体系的初步建成

1.2系统学与复杂系统学的创建与发展

1.2.1系统学的设计阶段

1.2.2系统学讨论班的重要进展

1.2.3大成智慧工程的提出与发展

1.2.4系统科学理论在我国的某些进展

1.3本书的体系结构

第1篇人机系统的数学模型

第2章人的数学模型

2.1人的行为控制与决策模型

2.1.1人的行为控制模型

2.1.2人的决策模型

2.2人的热调节数学模型以及人的热应激与冷应激反应

2.2.1人体热调节系统的控制框图

2.2.2人体生物热方程

2.2.3人体热调节的生理学模型

2.2.4热应激时人体的生理反应

2.2.5冷应激时人体的生理反应

2.2.6高温对人体以及作业带来的影响

2.2.7低温对人体以及作业带来的影响

2.3人的热舒适模型及其评价指标

2.3.1人体与周围环境的热交换以及热平衡方程

2.3.2范格的热舒适方程

2.3.3人的热感觉以及六种评价指标

2.4人的可靠性模型及其研究方法

2.4.1基本可靠性指标以及常用的概率分布函数

2.4.2连续作业时人的可靠性模型

2.4.3非连续作业时人的可靠性模型

2.4.4人的可靠性研究方法

2.4.5人可靠性的基本数据

第3章机的数学模型

3.1机的动力学特性分析

3.1.1易操作性的三个特征

3.1.2机的特性描述及其机的动力学特性分类

3.1.3可操作性的比较

3.2机的易维护性以及机的本质可靠性

3.2.1易维护性的设计原则

3.2.2基本维修性指标

3.2.3机有效性的特征量

3.2.4机的本质可靠性

3.3飞行器飞行的动力学基本方程组及其典型坐标系

3.3.1四种常用的坐标系

3.3.2飞机质心的运动方程组

3.3.3飞机刚体的动力学方程组

3.4小扰动线化运动方程及其分离过程

3.4.1运动方程的线化

3.4.2小扰动方程的分离

3.5纵向与横航向小扰动方程组中力与力矩项的处理

3.6纵向动稳定性问题的两种典型运动模态

3.6.1纵向扰动短周期运动的简化分析

3.6.2纵向扰动长周期运动的简化分析

3.7横航向动稳定性问题的三种典型运动模态

第4章人机闭环系统的数学模型

4.1非线性控制系统的描述函数法及稳定性分析

4.1.1研究人机闭环系统的意义

4.1.2非线性控制系统的描述函数法以及复杂系统的简化

4.1.3非线性控制系统的Nyquist稳定性判据

4.1.4非线性控制系统周期运动的稳定性分析

4.2人机闭环系统的传递函数以及McRuer模型的Pade近似

4.2.1几个重要概念以及Mason增益公式

4.2.2系统的三种基本连接形式以及结构图的等效变换

4.2.3人机闭环系统的传递函数以及超越函数的Pade近似

4.2.4驾驶员的操作特性模型

4.2.5飞机等效系统的数学模型

4.3基于智能算法的人机闭环系统数学模型

4.3.1小波神经网络的一种基本结构模型

4.3.2小波函数的选择

4.3.3网络能量函数以及神经元之间连接权重的确定

4.4NealSmith准则的数学表达以及人机匹配的量化

4.4.1NealSmith准则的数学描述

4.4.2人机系统最佳匹配参数的确定

4.5系统灵敏度分析的数学描述

4.5.1对参数TL 的灵敏度

4.5.2对参数τ的灵敏度

4.6驾驶员操作特性模型样本库的一种创建方法

4.6.1含五个参数的McRuer数学模型

4.6.2五种典型输入信号及其Laplace变换

4.6.3人机系统的时域性能指标

4.6.4基于正交设计方法的样本数据库的创建

第5章人机系统的经济模型以及DEA方法

5.1价值形式的投入产出模型

5.1.1四种基本的平衡关系

5.1.2七种基本的技术经济参数

5.1.3部门间投入产出综合平衡模型的两种基本形式

5.2实物形式的投入产出模型

5.2.1部门分类问题

5.2.2实物型投入产出模型的结构与特点

5.2.3实物型投入产出模型在经济工作中的应用

5.3考虑环境保护时的投入产出模型

5.3.1模型的基本结构及其基本方程组

5.3.2矩阵α^的三种取值分析

5.4部分数据为灰色量时投入产出的优化模型

5.4.1三种不确定性的数学方法

5.4.2灰色特征值与灰色特征向量

5.4.3灰色投入产出优化模型

5.5动态投入产出模型

5.5.1动态投入产出模型的基本结构

5.5.2静态逆与动态逆

5.6线性规划的对偶问题以及影子价格

5.6.1线性规划的标准形式以及对偶问题

5.6.2影子价格

5.7非线性规划问题的建模及其主要的求解策略

5.7.1几种非线性规划问题模型的建立

5.7.2非线性规划问题的主要求解策略

5.8非线性规划中Lagrange乘子的经济含义以及有约束问题的罚函数法

5.8.1有等式约束时非线性规划问题的罚函数

5.8.2有不等式约束时非线性规划问题的罚函数

5.9DEA方法及其模型的拓展

5.9.1DEA方法的最基本模型——C2R模型

5.9.2传统与广义DEA方法

5.10人机系统经济模型的改进与完善

第2篇人机系统的分析与评价方法

第6章人机系统的几种重要评价分析方法

6.1人机系统的三个基本理论与系统评价的四项指标

6.1.1控制论与模型论

6.1.2优化论以及NashPareto优化策略

6.1.3系统总体性能评价的四项指标

6.1.4各项评价指标的内涵与评价方法

6.2系统建模的原则以及建模的几类数学方法

6.2.1系统建模的要求与原则

6.2.2描述系统模型的几类数学方法

6.3层次分析（AHP）评价方法

6.3.1层次结构模型的建立

6.3.2判断矩阵的构造

6.3.3层次单排序及其一致性检验

6.3.4层次总排序及其一致性检验

6.3.5层次分析法的主要计算步骤

6.4系统的模糊数学分析评价方法

6.4.1模糊关系及其运算

6.4.2多因素多级模糊综合评判

6.5故障树分析（FTA）评价方法

6.5.1故障树分析的用途与作用

6.5.2故障树的建造与规范化

6.5.3故障树最小割集的FusselVesely算法

6.5.4故障树定量分析方法概述

6.6人机系统可靠性分析与相关算法

6.6.1人机系统可靠性分析的简易模型

6.6.2事件树分析评价方法

6.6.3事件树与故障树分析方法的综合应用

6.7基于认知神经科学的一类人机交互显示界面评价方法

6.7.1EEG和EP的发现

6.7.2CNV和P300

6.7.3心理生理学和认知神经科学的诞生

6.7.4听觉MMN和视觉MMN

6.7.5涉及语言加工的ERP成分

6.7.6关于ERN的研究

6.7.7ERP的定义以及ERP数据的提取过程

6.7.8脑功能成像技术的研究与应用

6.7.9脑电、心电、眼电三类电生理指标的筛选

6.7.10基于多生理指标的脑力负荷预测模型

第3篇人机系统性能的预测与优化方法

第7章人机环境系统性能的预测以及系统风险评价的决策分析

7.1人机环境系统性能预测的智能算法

7.1.1小波神经网络的训练学习过程

7.1.2模糊神经网络的训练学习过程

7.1.3两个典型算例的计算与分析

7.2灰色系统性能的预测

7.2.1GM（1，N）灰色模型

7.2.2典型算例以及关联度的计算

7.2.3灰色系统的预测

7.3系统风险评价中的几种方法与多指标Bayes决策分析

7.3.1风险的概念以及风险存在的必要条件

7.3.2风险评价的综合分析方法

7.3.3风险估计与组合决策

7.3.4多指标Bayes决策分析

第8章人机系统的多目标优化算法

8.1系统的Nash分解法

8.2一种确定权重的简捷方法

8.3遗传算法的生物学基础以及改进的Pareto遗传算法

8.3.1遗传算法的生物学基础

8.3.2改进的Pareto遗传算法

8.4NashPareto优化策略

8.5NashParetoRSOW优化算法

8.6NashParetoRS优化算法

8.7NSGA优化算法

8.8模糊神经网络以及与遗传算法相结合的优化策略

8.8.1人工神经网络的结构和功能分类以及常用的激发函数

8.8.2离散型和连续型Hopfield网络

8.8.3BP网络及其相应算法

8.8.4模糊Hopfield网络

8.8.5遗传算法优化模糊推理规则的策略

8.9基于广义模型与集成方法的大系统智能优化以及自寻优策略

8.9.1大系统中模型的适用性问题以及广义模型的概念

8.9.2三代控制理论的发展以及第四代控制理论的预测

8.9.3大系统智能控制与优化的类型及其控制方法

8.9.4多级自寻优策略

8.10钱学森的综合集成方法与优化策略

8.10.1综合集成方法的提出以及主要特点

8.10.2综合集成系统的结构与分析

8.10.3综合集成与螺旋式推进

8.10.4基于人机结合综合集成系统体系的优化策略

8.11钱学森系统科学思想在人机环境系统工程中的应用

8.11.1钱学森的现代科学技术体系和知识结构的层次

8.11.2钱学森的系统科学思想以及人机结合的思维方式

8.11.3系统科学思想在人机环境系统工程中应用的实例

8.11.4人机环境系统工程的研究需要综合集成方法

第4篇人机系统的哲学与法学基础以及人因事故预防

第9章事故的预防以及危险源的控制

9.1复杂人机系统中操作人员失误的分析与量化

9.1.1人因失误的定义与分类

9.1.2人因事故的基本特征

9.1.3事故因果理论

9.1.4能量意外转移理论

9.1.5轨迹交叉理论

9.1.6基于人体信息处理的人因失误事故模型

9.1.7事故的统计规律与预防原则

9.1.8复杂人机系统中操作人员失误的量化处理与分析

9.2人可靠性分析方法的选择及其比较标准

9.2.1HRA方法的选择

9.2.2HRA方法的比较标准

9.3固有危险源的控制技术

9.3.1固有危险源的含义

9.3.2固有危险源的控制方法

9.4人因事故的预防

9.4.1人的能力以及人作业时具有的硬件与软件状态

9.4.2人因失误的预防措施

第10章人机环境系统工程中涉及哲学和法学范畴的几个重要问题

10.1系统哲学研究的现状

10.1.1系统科学发展的简要回顾

10.1.2国外系统哲学研究的现状

10.2系统哲学研究的范畴体系以及认识系统的最根本方法

10.3系统哲学中系统演化的三个基本规律

10.3.1系统功能最优化规律

10.3.2系统结构有序化规律

10.3.3子系统协同作用规律

10.4系统方法的基本原则以及研究系统的四种基本方法

10.4.1系统方法及其四项基本原则

10.4.2研究系统的四种基本方法

10.5钱学森系统学的哲学基础

10.5.1“老三论”与“新三论”及其哲学基础

10.5.2复杂性、复杂系统与复杂性科学及其发展

10.5.3钱学森的系统学及其综合集成方法

10.6安全生产中的伦理问题

10.6.1安全伦理的基本观点

10.6.2安全行为伦理的构建以及对企业和员工的基本要求

10.7大气环境与宇宙空间科学中的几个法律问题

10.7.1航天科学的发展不可忽视太空环境的保护

10.7.2与大气层污染和全球气候变化相关的国际法律文件

10.7.3空间环境的损害以及空间环境保护制度

10.7.4空间知识产权保护的法律渊源与法律制度

10.7.5加强外太空空间法研究刻不容缓

10.7.6寻找地外生命的艰辛历程和对地球家园的珍爱

10.8从国际环境问题看软法与硬法的作用

10.8.1涉及全球气候变化问题的相关国际法律文件及其初步分析

10.8.2软法及框架公约现象的分析

10.8.3软法与硬法相结合是解决国际环境问题的主要措施

10.9加强知识产权战略管理，注重专利实施中的制度建设

10.9.1规制知识产权滥用问题的必要性

10.9.2知识产权滥用在各国法律中的含义及其相应规制制度

10.9.3TRIPs协议的两种取向

10.9.4我国规制知识产权滥用的简况

10.9.5努力完善规制知识产权滥用的制度

10.10安全与生产之间的辩证关系以及我国安全生产的基本方针

10.10.1我国确定安全生产方针的基础与原由

10.10.2安全与生产之间的辩证统一关系

10.10.3安全应放在企业各项工作的首位

10.10.4“预防为主”是落实“安全第一”的基础

10.10.5发展清洁生产，从源头上铲除污染源

10.11安全生产的法律法规以及监督管理和安全监察法律制度

10.11.1我国安全生产的基本法律文件

10.11.2与安全生产相关的其他重要法律、行政法规和标准

10.11.3安全生产的监督管理以及安全生产许可证制度

10.11.4监察机关的监督以及安全监察立法

10.11.5国际劳工标准在我国的实施

参考文献

人机系统方法学是钱学森先生倡导的系统学的一部分。本书是针对人机系统进行数学建模、系统评价与分析、性能预测与优化设计、系统人因事故预防以及人机环境系统中涉及哲学与法学的几个重要问题等进行深入探讨与研究的一部学术专著。全书分4篇10章，并列出369篇国内外重要文献，该书填补了我国在这一领域的空白。本书可作为航空航天、兵器科学与技术、信息科学与人工智能、能源动力、系统工程、安全工程、人机与环境、工业工程、管理科学等相关专业硕士生和博士生的学位课或选修课教材，也可供相关专业的科研人员参考。