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搭建民机驾驶舱人机 接口快速原型的工具及其方法

阅读：812发布：2020-06-25

专利汇可以提供搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具及其方法，其中，搭建方法包含以下步骤：1)根据人机接口的顶层需求和接口需求，定义界面模型和逻辑模型之间、控制板模型和逻辑模型之间、逻辑模型和外部激励数据之间的数据接口，包括数据名称和数据类型；2)根据人机接口的顶层需求完成界面模型、控制板模型和逻辑模型的开发；3)为界面模型和逻辑模型之间、控制板模型和逻辑模型之间、逻辑模型和外部激励数据之间的数据接口建立通信，人机接口快速原型搭建完毕；4)根据评估需求向逻辑模型输入数据，根据人机接口快速原型运行结果完成对人机接口快速原型的动态评估。本发明使人机接口快速原型的搭建过程更加简单高效。，下面是搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具及其方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具，包含界面自动布局系统，所述界面自动布局系统执行以下步骤：
步骤(A.1)接收输入的界面顶层需求；
步骤(A.2)根据要求的显示功能检索界面控件库，找到所需使用的界面控件；
步骤(A.3)根据适航标准调用布局模板对界面控件进行布局；
步骤(A.4)根据适航标准计算字符的最大值和最小值，以最大值和最小值的中值作为默认值进行字符显示；
步骤(A.5)根据适航标准计算线条的线宽，并显示线条，生成初步界面模型。
2.根据权利要求1所述一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具，其特征在于所述界面自动布局系统还执行以下步骤：
步骤(A.6)接收对字符的调整，并判断调整后的字符是否超出最大值和最小值的范围。
3.根据权利要求1所述一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具，其特征在于还包含控制板自动布局系统，所述控制板自动布局系统执行以下步骤：
步骤(B.1)接收输入的控制板顶层需求；
步骤(B.2)根据要求的控制功能检索控制板控件库，找到所需使用的控制板控件；
步骤(B.3)根据控制板尺寸、飞行员手部可达区域以及适航标准，计算控制板控件的尺寸；
步骤(B.4)根据控制板控件的功能的使用频率和相关性程度，对控制板控件进行分组和布局，形成初步控制板模型。
4.一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的方法，包含以下步骤：
步骤(1)根据人机接口的顶层需求和接口需求，定义界面模型和逻辑模型之间、控制板模型和逻辑模型之间、逻辑模型和外部激励数据之间的数据接口；
步骤(2)根据人机接口的顶层需求完成界面模型、控制板模型和逻辑模型的开发；
步骤(3)为界面模型和逻辑模型之间、控制板模型和逻辑模型之间、逻辑模型和外部激励数据之间的数据接口建立通信，民机驾驶舱人机接口快速原型搭建完毕；
步骤(4)根据评估需求向逻辑模型输入数据，根据民机驾驶舱人机接口快速原型运行结果完成对民机驾驶舱人机接口快速原型的动态评估。
5.根据权利要求4所述的一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的方法，其特征在于所述步骤(2)中界面模型的开发流程如下：
(2.1.1)向界面自动布局系统输入界面顶层需求，所述界面自动布局系统用于根据界面顶层需求自动从界面控件库中选择界面控件，并对界面控件进行设置和布局，生成初步界面模型；
(2.1.2)为初步界面模型中的界面控件从界面控件样式库中选择合适的样式，并进行界面布局和界面控件显示特征的微调；
(2.1.3)建立界面模型和逻辑模型之间的数据接口与界面控件的接口属性值的绑定关系，生成界面模型；
(2.1.4)在三维驾驶舱模型的显示器位置上放置界面导航容器控件，将该界面导航容器控件导航至界面模型，实现在三维驾驶舱中的显示系统全画面综合。
6.根据权利要求4所述的一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的方法，其特征在于所述步骤(2)中控制板模型的开发流程如下：
(2.2.1)向控制板自动布局系统输入控制板顶层需求，,所述控制板自动布局系统用于根据控制板顶层需求自动从控制板控件库中选择控制板控件，并对控制板控件进行设置和布局，生成初步控制板模型；
(2.2.2)为初步控制板模型中的控制板控件从控制板控件样式库中选择合适的样式，并进行控制板布局和控制板控件显示特征的微调；
(2.2.3)为初步控制板模型中控制板控件关联事件，生成控制板模型；
(2.2.4)在三维驾驶舱模型的控制板位置上放置控制板导航容器控件，将该控制板导航容器控件导航至控制板模型，实现在三维驾驶舱中的显示系统全画面综合及虚拟控制板交互仿真。
7.根据权利要求4所述的一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的方法，其特征在于所述步骤(2)中逻辑模型的开发流程如下：
(2.3.1)通过对逻辑框图进行组合，建立正常情况下的逻辑函数；
(2.3.2)为外部激励数据建立使数据无效/丢失的激活控制，建立数据无效/丢失情况下的逻辑函数，此逻辑函数执行顺序优先于正常情况下的逻辑函数；
(2.3.3)为硬件设备建立虚拟故障注入的激活控制，建立硬件设备故障情况下的逻辑函数。

说明书全文

搭建民机驾驶舱人机 接口快速原型的工具及其方法

技术领域

[0001] 本发明属于民用飞机驾驶舱显示系统的人机接口快速原型领域，涉及支持动态评估的民机驾驶舱显示系统人机接口快速原型方法。

背景技术

[0002] 民机驾驶舱显示系统人机接口为飞行员提供飞机姿态、通讯、导航、监视、各系统运行状态等信息的显示，同时为飞行员提供机载设备的控制输入。良好的人机接口设计能够使飞行员迅速、准确地获取各种指示飞机状态的信息，并按需发出正确的控制指令，提高其情景意识，降低其工作负荷，从而使飞行员安全、高效、舒适地完成飞行任务。

[0003] 目前传统的民机驾驶舱显示系统研发过程主要是基于文档传递设计需求，只有到软件和硬件系统基本开发完成后，才对人机接口进行动态评估，一旦发现问题，就必须返回到软硬件开发中进行更改，造成不必要的人力劳动和硬件设备的浪费，增加设计更改成本，延长了研发周期。此外，基于文档传递设计需求，易造成不同团队间对于文档内容的理解偏差，增加软硬件开发时的更改风险。先进的民机驾驶舱人机接口设计方法，在设计早期就对人机接口进行仿真建模，形成快速原型，基于快速原型对画面显示和控制逻辑进行动态评估，发现并消除设计中的不良因素，优化设计方案，随着设计过程的推进不断进行评估和设计的迭代，最终得到经过多轮评估确认后的设计需求，交于软硬件开发人员进行产品开发，降低后期软硬件开发时的设计更改风险，同时基于模型传递设计需求，可以通过直观的画面展示避免理解偏差。

[0004] 因此，如果在显示系统设计早期就对人机接口进行快速原型的搭建，基于快速原型进行设计和评估迭代，可以有效降低研发过程中的设计更改成本，缩短研发周期，优化人机接口设计，为民用飞机机载设备的研制奠定技术基础。

[0005] 传统的快速原型搭建方法中，界面设计人员需要根据顶层设计需求，从零开始搭建界面模型，手动从控件库中选取控件进行布局，对控件逐个进行尺寸、字号和线宽的测算等，且无法对控件样式进行快速选择或切换，整体流程较为复杂，设计和建模效率低下，同时搭建过程中很难有精力关注设计是否满足适航条款的相关规定，导致设计存在不满足适航要求的风险。此外，在界面快速原型搭建完毕后，若要实现驾驶舱快速原型搭建，传统的方法需要配合全物理模拟驾驶舱，定制相应尺寸的显示器和控制板，将界面原型部署在显示器中，对显示器和控制板原型进行物理布局，这种方法不仅成本高、不易更改而且只适用于一种飞机型号，无法满足驾驶舱快速原型能够轻松配置的要求。

发明内容

[0006] 本发明的一个发明目的在于提供了一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具，利用界面自动布局系统和控制板自动布局系统简化了界面模型和控制板模型的搭建步骤，且搭建过程中的控件、控件样式、逻辑函数都可以保存为可复用的资源，保存在数据库中，以便以后搭建快速原型时直接调用。本发明的另一个发明目的在于提供了一种支持动态评估的搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的方法，通过该方法可以搭建完整的民机驾驶舱显示系统人机接口快速原型，包括界面模型、控制板模型、驾驶舱模型和逻辑模型，该方法支持分布式开发，利用三维驾驶舱模型和宽屏触摸屏的应用简化了驾驶舱模型的搭建步骤，使民机驾驶舱人机接口快速原型的搭建过程更加简单高效。

[0007] 本发明的其中一个发明目的通过以下技术方案实现：

[0008] 一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具，包含界面自动布局系统，界面自动布局系统执行以下步骤：

[0009] 步骤(A.1)接收输入的界面顶层需求；

[0010] 步骤(A.2)根据要求的显示功能检索界面控件库，找到所需使用的界面控件；

[0011] 步骤(A.3)根据适航标准调用布局模板对界面控件进行布局；

[0012] 步骤(A.4)根据适航标准计算字符的最大值和最小值，以最大值和最小值的中值作为默认值进行字符显示；

[0013] 步骤(A.5)根据适航标准计算线条的线宽，并显示线条，生成初步界面模型。

[0014] 优选地，界面自动布局系统还执行以下步骤：

[0015] 优选地，搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具中还包含控制板自动布局系统，控制板自动布局系统执行以下步骤：

[0016] 步骤(B.1)接收输入的控制板顶层需求；

[0017] 步骤(B.2)根据要求的控制功能检索控制板控件库，找到所需使用的控制板控件；

[0018] 步骤(B.3)根据控制板尺寸、飞行员手部可达区域以及适航标准，计算控制板控件的尺寸；

[0019] 步骤(B.4)根据控制板控件的功能的使用频率和相关性程度，对控制板控件进行分组和布局，形成初步控制板模型。

[0020] 本发明的另一个发明目的通过以下技术方案实现：

[0021] 一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的方法，包含以下步骤：

[0022] 步骤(1)根据人机接口的顶层需求和接口需求，定义界面模型和逻辑模型之间、控制板模型和逻辑模型之间、逻辑模型和外部激励数据之间的数据接口；

[0023] 步骤(2)根据人机接口的顶层需求完成界面模型、控制板模型和逻辑模型的开发；

[0024] 步骤(3)为界面模型和逻辑模型之间、控制板模型和逻辑模型之间、逻辑模型和外部激励数据之间的数据接口建立通信，人机接口快速原型搭建完毕；

[0025] 步骤(4)根据评估需求向逻辑模型输入数据，根据人机接口快速原型运行结果完成对人机接口快速原型的动态评估。

[0026] 优选地，步骤(2)中界面模型的开发流程如下：

[0027] (2.1.1)向界面自动布局系统输入界面顶层需求，所述界面自动布局系统用于根据界面顶层需求自动从界面控件库中选择界面控件，并对界面控件进行设置和布局，生成初步界面模型；

[0028] (2.1.2)为初步界面模型中的界面控件从界面控件样式库中选择合适的样式，并进行界面布局和界面控件显示特征的微调；

[0029] (2.1.3)建立界面模型和逻辑模型之间的数据接口与界面控件的接口属性值的绑定关系，生成界面模型；

[0030] (2.1.4)在三维驾驶舱模型的显示器位置上放置界面导航容器控件，将该界面导航容器控件导航至界面模型，实现在三维驾驶舱中的显示系统全画面综合。

[0031] 优选地，步骤(2)中控制板模型的开发流程如下：

[0032] (2.2.1)向控制板自动布局系统输入控制板顶层需求，,所述控制板自动布局系统用于根据控制板顶层需求自动从控制板控件库中选择控制板控件，并对控制板控件进行设置和布局，生成初步控制板模型；

[0033] (2.2.2)为初步控制板模型中的控制板控件从控制板控件样式库中选择合适的样式，并进行控制板布局和控制板控件显示特征的微调；

[0034] (2.2.3)为初步控制板模型中控制板控件关联事件，生成控制板模型；

[0035] (2.2.4)在三维驾驶舱模型的控制板位置上放置控制板导航容器控件，将该控制板导航容器控件导航至控制板模型，实现在三维驾驶舱中的显示系统全画面综合及虚拟控制板交互仿真。

[0036] 优选地，步骤(2)中逻辑模型的开发流程如下：

[0037] (2.3.1)通过对逻辑框图进行组合，建立正常情况下的逻辑函数；

[0038] (2.3.2)为外部激励数据建立使数据无效/丢失的激活控制，建立数据无效/丢失情况下的逻辑函数，此逻辑函数执行顺序优先于正常情况下的逻辑函数；

[0039] (2.3.3)为硬件设备建立虚拟故障注入的激活控制，建立硬件设备故障情况下的逻辑函数。

[0040] 本发明的有益效果在于：

[0041] 本发明解决了现有民机驾驶舱人机接口快速原型搭建方法中，设计人员需要手动布局控件并进行尺寸、字号和线宽测算等繁琐步骤，设计和建模效率低下且无法满足适航标准要求的问题，同时解决了全物理模拟驾驶舱无法轻松配置的问题，使民机驾驶舱人机接口快速原型的搭建过程更加简单高效，人机接口设计满足适航要求，从而支持从设计阶段早期就开始的基于模型的人机接口动态评估，优化设计方案，降低软硬件研制过程中的更改风险。附图说明

[0042] 图1为民机驾驶舱人机接口快速原型的模块架构示意图。

[0043] 图2为搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的方法的流程示意图。

[0044] 图3为界面顶层需求示意图。

[0045] 图4为支持空速和预选空速显示的相关界面控件示意图。

[0046] 图5为PFD界面的布局模板的示意图。

[0047] 图6为初步界面模型示意图。

[0048] 图7为界面控件样式示意图。

[0049] 图8为最终生成的界面模型示意图。

具体实施方式

[0050] 为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0051] 如图1所示，本实施例所需搭建的适用于民机驾驶舱显示系统的人机接口快速原型包含界面模型、控制板模型、逻辑模型和驾驶舱模型。

[0052] 界面模型提供基于界面控件库和界面控件样式库搭建的界面快速原型，界面控件库包含速度带、高度带、罗盘等常用的驾驶舱显示系统界面控件，每个界面控件包含该界面控件所特有的界面接口属性和界面显示特征属性，改变界面接口属性值可以使界面控件显示元素产生相应的动态变化，改变界面显示特征属性可以对界面控件的界面显示特征进行设置。界面控件样式库包含界面控件的显示样式，一个界面控件可以对应多种样式，样式可以直接访问并编辑，编辑完成后保存为新样式，存入界面控件样式库中，以便以后直接调用。界面模型接收逻辑模型的数据，并建立接收到的数据与界面控件的界面接口属性的绑定关系，从而实现当接收到的数据改变时，界面接口属性值发生相应的变化，驱动控件动态显示。

[0053] 控制板模型提供基于控制板控件库和控制板控件样式库搭建的控制板快速原型，控制板控件库包含按钮、开关等常用的控制板控件，控制板控件样式库包含控制板控件的显示样式，样式可以直接访问并编辑。每个控制板控件关联一个或多个事件，事件内容为改变控制板模块所输出的相应的控制信号，当控制板模型运行时，用户通过鼠标或触屏对控制板模型进行操作，控制板模型将触发相应的控制信号变化并发送至逻辑模型，逻辑模型接受控制信号，将其作为逻辑处理的输入或将所需的数据发送至外部数据激励，实现控制交互仿真。

[0054] 驾驶舱模型主要实现对界面模型、控制板模型和驾驶舱布局的综合仿真，该驾驶舱模型包括外部导入的三维驾驶舱模型，在三维驾驶舱模型的显示器和控制板位置上分别放置了界面导航容器控件和控制板导航容器控件，该界面导航容器控件和控制板导航容器控件可以导航至外部工程中的界面模型和控制板模型，实现在三维驾驶舱中的显示系统全画面综合及虚拟控制板交互仿真。直接在外部工程中修改界面模型或控制板模型，驾驶舱模型可以同步更新。该驾驶舱模型可以迅速更改显示器和控制板的布局或尺寸，将模型部署在两块宽屏触摸屏上可以快速仿真驾驶舱显示系统布局和人机接口动态交互，其中一块宽屏触摸屏对所有下视显示器及其周边控制板进行仿真，另一块宽屏触摸屏对中央控制台的显示器和控制板进行仿真，从而实现易于更改配置的驾驶舱快速原型的搭建。

[0055] 逻辑模型提供基于逻辑框图的逻辑快速原型，每个逻辑框图包含一个基础逻辑行为，包括是、非、与、或、大于、等于、小于等判断行为和加、减、乘、除等计算行为，在逻辑模型中可以对逻辑框图进行任意组合，从而实现复杂逻辑函数的建模。为了保证逻辑模型可以仿真所有状态下的逻辑过程，逻辑模型需包含注入硬件设备故障和使数据无效/丢失的激活控制，在界面和逻辑模型运行时，可以随时向模型注入虚拟故障或使一个或多个数据变为无效/丢失状态，从而仿真显示器失效情况下的显示重构和不同数据状态组合下的逻辑过程，保证逻辑仿真的完整性。利用逻辑框图搭建的逻辑函数可以保存为动态链接库资源，以便以后直接调用。

[0056] 为了简化了界面模型和控制板模型的搭建步骤，本实施例提供了一种搭建民机驾驶舱人机接口快速原型的工具，包含界面自动布局系统和控制板自动布局系统。

[0057] 界面自动布局系统中录入了和界面设计相关的适航条款内容，并建立了相应的设计经验数据库，设计人员向该界面自动布局系统输入界面顶层需求(显示窗口尺寸、显示器分辨率、飞行员眼位、所需显示的信息)后，该界面自动布局系统根据此界面所需显示的信息，自动从界面控件库中选择相应功能的界面控件，然后根据显示窗口尺寸和飞行员眼位数据需求，按照适航条款中所规定的界面布局要求和显示元素易读性要求，以经验数据库中的相应数据为基准，自动计算界面控件的尺寸、所用线宽和所用字号，并对界面控件进行自动布局，形成符合适航要求和界面顶层需求的初步界面模型。

[0058] 设计人员在自动生成的界面模型之上，按需为界面控件从界面控件样式库中选择合适的样式风格，并进行界面布局和界面控件显示特征的微调，有效简化了界面模型的搭建流程。在界面模型手动调整的过程中，若设计人员所做的调整使界面设计无法满足适航条款要求，界面自动布局系统会显示相应的警告提示，降低设计不满足适航要求的风险。

[0059] 下面以主飞行显示界面(Primary Flight Display,以下简称PFD)的空速和预选空速显示功能为例，对界面自动布局系统进行举例说明：

[0060] 首先，设计人员需要向界面自动布局系统输入界面顶层需求，包括以下参数：

[0061] 从列表中选择当前需要绘制的界面；

[0062] 从列表中选择当前需要显示的信息，支持多选；

[0063] 显示窗口的宽和高W*H，以毫米(mm)为单位，如图3左侧所示；

[0064] 飞行员设计眼位距离显示窗口中心点的直线距离Deye，以毫米为单位，如图3中间所示；

[0065] 飞行员向前视线垂直平面与显示窗口平面的切线距离显示窗口左侧边线的相对距离L，以毫米为单位，距离为正表示切线在左侧边线的右侧，距离为负表示切线在左侧边线的左侧，如图3右侧所示；

[0066] 显示器的分辨率DPI，以每英寸点数(dpi)为单位。

[0067] 参数输入完毕后，界面自动布局系统开始执行以下步骤：

[0068] 1)首先界面自动布局系统从界面控件库中选取支持所选信息显示的相应界面控件。界面控件和其所支持的显示功能之间的关联关系已经建立好存在界面控件库中，直接在界面控件库中检索关联关系即可找到所需使用的界面控件。在本例中，支持空速显示的是空速带控件和空速读数控件，支持预选空速显示的是预选空速指针控件，这三个界面控件的默认样式如图4所示，这三个控件之间的相对位置由于适航标准中有相应要求，故已在控件库中定义，读数控件在空速带控件的水平中线处，预选空速指针显示在空速带的右侧。

[0069] 2)界面控件选取完毕后，界面自动布局系统将对界面控件进行布局，对于PFD界面的布局在适航标准中规定如下：

[0070] 中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准第25.1321条

[0071] 主要飞行仪表必须在仪表板上构成组列，并尽可能集中在驾驶员向前视线所在的垂直平面附近。此外，必须符合下列规定：

[0072] (1)最有效地指示姿态的仪表必须装在仪表板上部中心位置；

[0073] (2)最有效地指示空速的仪表必须直接装在本条(1)所述仪表的左边；

[0074] (3)最有效地指示高度的仪表必须直接装在本条(1)所述仪表的右边；

[0075] (4)最有效地指示航向的仪表必须直接装在本条(1)所述仪表的下边。

[0076] 根据适航标准中的相关规定，在界面自动布局系统中设计了PFD界面的布局模板，如图5所示，其中姿态显示区为正方形，其宽/高为Wa，其中点距离窗口上侧边线的距离为La，空速显示区位于姿态显示区的左侧，其宽为Ws，空速显示区的右侧边线与姿态显示区的左侧边线距离为D0。基于民机显示系统的设计经验以及界面设计参数评估试验的相关结果分析，我们建立了经验数据库，将离散的设计结果和试验数据转化为可以直接进行量化计算的公式，形成了一套满足适航标准要求的自动布局算法，以PFD为例，其空速带相关界面控件布局算法如下：

[0077]

[0078] La＝H×0.3

[0079] Ws＝Wa×0.25

[0080] D0＝[0，Deye×0.0526]

[0081] 界面自动布局系统将根据所计算出的这些参数值按照布局模板的要求进行布局。其中D0的计算结果是一个范围值，其默认值为0，布局自动生成后当设计人员对此参数进行手动调整时，若超出该范围值，则意味着空速带的位置太偏，已经不在飞行员主视野范围内，不符合适航标准要求，系统会产生告警。

[0082] 3)界面布局完毕后，界面自动布局系统将计算合适的字符大小，适航标准中规定所用字符大小必须使飞行员在设计眼位上可以对字符内容进行轻松识别，根据经验数据库中的数据，对于字符大小形成算法如下：

[0083] HL＝[0.0072×Deye，0.01×Deye]

[0084] HM＝[0.0048×Deye，0.0072×Deye]

[0085] HS＝[0.0367×Deye，0.0055×Deye]

[0086] 所用字符高度分大、中、小三个号，HL为大号字符，主要用于主要数据的显示；HM为中号字符，主要用于非必需和次要数据的显示；HS为小号字符，主要用于描述性说明的显示。字符高度计算结果均为范围值，其默认值为最大值与最小值的中值，布局自动生成后当设计人员对字号进行手动调整时，若将字符高度调至小于该范围值，则意味着字符太小，飞行员无法看清，不符合适航标准要求，系统会产生告警；进行手动调整时，若将字符高度调至大于该范围值，则意味着字符略大，可能会导致拥挤，适航标准要求中对此没有规定，但基于我们的经验，字符过大会降低飞行员识别字符的效率，因此当字符被调至过大时，系统会产生提示。

[0087] 以空速带为例，其空速读数的字符应为大号字符，其空速度带刻度左侧的字符应为中号字符，关于界面控件中的哪些字符需为大号哪些字符需为小号，已经在界面控件中进行了相关定义，界面自动布局系统可以自动识别，根据字符大小的计算结果设置相应的字符。

[0088] 4)字符大小计算完毕后，界面自动布局系统将计算合适的线宽，适航标准中规定线在旋转或移动时不能发生锯齿变形，因此线宽的选取和显示器分辨率有关，当分辨率较低时，线宽过小会导致线在运动时发生变形，不满足适航标准要求，根据经验数据库中的数据，对于线宽形成算法如下：

[0089] Wline＝0.007×DPI

[0090] 字号和线宽计算并实施完毕后，初步界面模型已经完成，以上述PFD的空速带为例，界面自动布局系统自动形成的初步界面模型布局如图6所示，生成的布局满足适航要求和顶层设计需求。

[0091] 初步界面模型自动生成完毕后，设计人员在该初步界面模型之上，按需为界面控件从样式库中选择合适的样式风格，例如空速带上的预选空速指针有多种样式，如图7所示。设计人员按照整体界面设计风格和用户需求对控件的样式进行选择，例如可以将样式切换成图7中右侧样式，则效果如图8所示。

[0092] 界面控件样式选择完成后，设计人员可以进行界面布局和界面控件显示特征的微调，界面所有的特征都可以进行调整，若调整导致设计不符合适航要求，界面自动布局系统会产生告警。以上述空速带为例，我们可以将空速带读数中的个位数缩小一个字号并且更紧密地进行排列，这样可以更好地看到读数的滚动效果，有助于飞行员识别空速的变化趋势；将空速带刻度左侧数字的个位数缩小一个字号，有助于突出显示重要数据，使显示元素更加主次分明，这些都可以通过设计人员的手动微调来完成，手动调整后最终完成的空速带如图8所示。

[0093] 以上以PFD的空速带为例说明了界面自动布局系统的工作原理，利用界面自动布局系统简化了界面模型的搭建流程，使建模更加简单、快速、高效且使设计能够满足适航标准要求。该流程不仅适用于PFD界面，也适用于发动机参数显示页面、导航页面、简图页面等民机显示系统常用页面，适用范围较广。

[0094] 控制板自动布局系统的原理和界面自动布局系统类似，该控制板自动布局系统录入了和控制板设计相关的适航条款内容，并建立了相应的设计经验数据库，设计人员向该控制板自动布局系统输入控制板顶层需求(控制板尺寸、飞行员手部可达区域、所需提供的控制功能)后，该控制板自动布局系统根据此控制板所需提供的控制功能，自动从控制板控件库中选择相应功能的控制板控件，然后根据控制板尺寸和飞行员手部可达区域，按照适航条款中所规定的控制板布局要求和可操作性要求，以经验数据库中的相应数据为基准，自动计算控制板控件的尺寸，并根据控制板控件的功能的使用频率和相关性程度，对控制板控件进行自动分组和布局，形成符合适航要求和控制板顶层需求的初步控制板模型。

[0095] 设计人员在自动生成的控制板模型之上，按需为控制板控件从控制板控件样式库中选择合适的样式风格，并进行控制板布局和控制板控件显示特征的微调，有效简化了控制板模型的搭建流程。在模型手动调整的过程中，若设计人员所做的调整使控制板设计无法满足适航条款要求，系统会显示相应的警告提示，降低设计不满足适航要求的风险。

[0096] 基于以上所述的界面模型、控制板模型、逻辑模型、驾驶舱模型、界面自动布局系统和控制板自动布局系统，搭建民机驾驶舱显示系统人机接口快速原型的方法如下：

[0097] 步骤(1)设计人员根据人机接口设计顶层需求和接口需求，定义界面模型和逻辑模型之间、控制板模型和逻辑模型之间、逻辑模型和外部数据激励之间的数据接口，包括数据名称和数据类型。

[0098] 步骤(2)数据接口定义完毕后，界面模型、控制板模型和逻辑模型可以同时进行开发：

[0099] (2.1)界面模型的开发流程如下：

[0100] (2.1.1)设计人员向界面自动布局系统输入界面顶层需求，包括显示窗口尺寸、显示器分辨率、飞行员眼位和所需显示的信息,界面自动布局系统自动对界面控件进行设置和布局，生成初步界面模型；

[0101] (2.1.2)基于自动生成的初步界面模型，设计人员按需为界面控件从界面控件样式库中选择合适的样式，并进行界面布局和界面控件显示特征的微调；

[0102] (2.1.3)设计人员建立界面模型接收数据与界面控件的接口属性值的绑定关系，每个属性值对应一个数据；

[0103] (2.1.4)设计人员在三维驾驶舱模型的显示器位置上放置界面导航容器控件，将该界面导航容器控件导航至界面模型，实现在三维驾驶舱中的显示系统全画面综合。

[0104] (2.2)控制板模型的开发流程如下：

[0105] (2.2.1)设计人员向控制板自动布局系统输入控制板顶层需求，包括控制板尺寸、飞行员手部可达区域和所需提供的控制功能,控制板自动布局系统自动对控制板控件进行设置和布局，生成初步控制板模型；

[0106] (2.2.2)基于自动生成的控制板模型，设计人员按需为控制板控件从控制板控件样式库中选择合适的样式，并进行控制板布局和控制板控件显示特征的微调；

[0107] (2.2.3)设计人员为控制板控件关联事件，每个控制板控件关联一个或多个事件，每个事件对应控制板模块所输出的一个控制信号的改变，当控制板模型运行时，对控制板控件进行相应操作可以激活事件；

[0108] (2.2.4)在三维驾驶舱模型的控制板位置上放置控制板导航容器控件，将该控制板导航容器控件导航至控制板模型，实现在三维驾驶舱中的显示系统全画面综合及虚拟控制板交互仿真。

[0109] (2.3)逻辑模型的开发流程如下：

[0110] (2.3.1)通过对逻辑框图进行组合，建立正常情况下的逻辑函数；

[0111] (2.3.2)为输入数据建立使数据无效/丢失的激活控制，建立数据无效/丢失情况下的逻辑函数，此逻辑函数执行顺序优先于正常情况下的逻辑函数；

[0112] (2.3.3)为硬件设备建立虚拟故障注入的激活控制，建立硬件设备故障情况下的逻辑函数。

[0113] (3)为界面模型、控制板模型和逻辑模型之间的所有输入、输出接口建立通信，实现数据在模型间的实时传输，人机接口快速原型搭建完毕。

[0114] (4)运行界面模型、控制板模型、逻辑模型、驾驶舱模型，建立外部数据激励，对正常飞行状态下的动态显示和交互控制进行评估；激活数据的无效/丢失状态，对异常状态下的界面显示元素变化进行评估；为显示系统注入显示器虚拟故障，对显示系统的重构情况进行评估；完成人机接口界面和逻辑过程的评估，分析评估结果，优化设计方案，对快速原型进行相应更改，为下一轮的评估迭代工作做准备。

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