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第1章 绪论1

1.1 系统科学的发展概况3

1.1.1 20世纪20—30年代的系统观点3

1.1.2 系统科学的开创时代3

1.1.3 系统科学的重大进展3

1.1.4 系统科学体系的初步建成4

1.2 系统学与复杂系统学的创建与发展4

1.2.1 系统学的设计阶段5

1.2.2 系统学讨论班的重要进展5

1.2.3 大成智慧工程的提出与发展5

1.2.4 系统科学理论在我国的某些进展6

1.3 本书的体系结构7

第1篇 人机系统的数学模型13

第2章 人的数学模型13

2.1 人的行为控制与决策模型15

2.1.1 人的行为控制模型15

2.1.2 人的决策模型21

2.2 人的热调节数学模型以及人的热应激与冷应激反应22

2.2.1 人体热调节系统的控制框图23

2.2.2 人体生物热方程24

2.2.3 人体热调节的生理学模型27

2.2.4 热应激时人体的生理反应29

2.2.5 冷应激时人体的生理反应29

2.2.6 高温对人体以及作业带来的影响30

2.2.7 低温对人体以及作业带来的影响31

2.3 人的热舒适模型及其评价指标32

2.3.1 人体与周围环境的热交换以及热平衡方程32

2.3.2 范格的热舒适方程37

2.3.3 人的热感觉以及六种评价指标40

2.4 人的可靠性模型及其研究方法46

2.4.1 基本可靠性指标以及常用的概率分布函数46

2.4.2 连续作业时人的可靠性模型49

2.4.3 非连续作业时人的可靠性模型49

2.4.4 人的可靠性研究方法50

2.4.5 人可靠性的基本数据51

第3章 机的数学模型54

3.1 机的动力学特性分析54

3.1.1 易操作性的三个特征54

3.1.2 机的特性描述及其机的动力学特性分类55

3.1.3 可操作性的比较56

3.2 机的易维护性以及机的本质可靠性57

3.2.1 易维护性的设计原则57

3.2.2 基本维修性指标58

3.2.3 机有效性的特征量60

3.2.4 机的本质可靠性62

3.3 飞行器飞行的动力学基本方程组及其典型坐标系63

3.3.1 四种常用的坐标系64

3.3.2 飞机质心的运动方程组65

3.3.3 飞机刚体的动力学方程组67

3.4 小扰动线化运动方程及其分离过程70

3.4.1 运动方程的线化70

3.4.2 小扰动方程的分离70

3.5 纵向与横航向小扰动方程组中力与力矩项的处理71

3.6 纵向动稳定性问题的两种典型运动模态74

3.6.1 纵向扰动短周期运动的简化分析76

3.6.2 纵向扰动长周期运动的简化分析77

3.7 横航向动稳定性问题的三种典型运动模态77

第4章 人机闭环系统的数学模型79

4.1 非线性控制系统的描述函数法及稳定性分析79

4.1.1 研究人机闭环系统的意义79

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80

4.1.3 非线性控制系统的Nyquist稳定性判据82

4.1.4 非线性控制系统周期运动的稳定性分析83

4.2 人机闭环系统的传递函数以及McRuer模型的Pade近似84

4.2.1 几个重要概念以及Mason增益公式84

4.2.2 系统的三种基本连接形式以及结构图的等效变换89

4.2.3 人机闭环系统的传递函数以及超越函数的Pade近似93

4.2.4 驾驶员的操作特性模型94

4.2.5 飞机等效系统的数学模型94

4.3 基于智能算法的人机闭环系统数学模型96

4.3.1 小波神经网络的一种基本结构模型96

4.3.2 小波函数的选择98

4.3.3 网络能量函数以及神经元之间连接权重的确定98

4.4 Neal-Smith准则的数学表达以及人机匹配的量化99

4.4.1 Neal-Smith准则的数学描述102

4.4.2 人机系统最佳匹配参数的确定103

4.5 系统灵敏度分析的数学描述104

4.5.1 对参数TL的灵敏度104

4.5.2 对参数τ？的灵敏度105

4.6 驾驶员操作特性模型样本库的一种创建方法105

4.6.1 含五个参数的McRuer数学模型106

4.6.2 五种典型输入信号及其Laplace变换106

4.6.3 人机系统的时域性能指标108

4.6.4 基于正交设计方法的样本数据库的创建109

第5章 人机系统的经济模型以及DEA方法111

5.1 价值形式的投入产出模型112

5.1.1 四种基本的平衡关系113

5.1.2 七种基本的技术经济参数114

5.1.3 部门间投入产出综合平衡模型的两种基本形式116

5.2 实物形式的投入产出模型118

5.2.1 部门分类问题118

5.2.2 实物型投入产出模型的结构与特点119

5.2.3 实物型投入产出模型在经济工作中的应用120

5.3 考虑环境保护时的投入产出模型120

5.3.1 模型的基本结构及其基本方程组121

5.3.2 矩阵？的三种取值分析123

5.4 部分数据为灰色量时投入产出的优化模型123

5.4.1 三种不确定性的数学方法123

5.4.2 灰色特征值与灰色特征向量124

5.4.3 灰色投入产出优化模型125

5.5 动态投入产出模型126

5.5.1 动态投入产出模型的基本结构126

5.5.2 静态逆与动态逆128

5.6 线性规划的对偶问题以及影子价格130

5.6.1 线性规划的标准形式以及对偶问题130

5.6.2 影子价格130

5.7 非线性规划问题的建模及其主要的求解策略132

5.7.1 几种非线性规划问题模型的建立132

5.7.2 非线性规划问题的主要求解策略133

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133

5.8.1 有等式约束时非线性规划问题的罚函数134

5.8.2 有不等式约束时非线性规划问题的罚函数134

5.9 DEA方法及其模型的拓展135

5.9.1 DEA方法的最基本模型——C2R模型136

5.9.2 传统与广义DEA方法139

5.10 人机系统经济模型的改进与完善140

第2篇 人机系统的分析与评价方法145

第6章 人机系统的几种重要评价分析方法145

6.1 人机系统的三个基本理论与系统评价的四项指标145

6.1.1 控制论与模型论145

6.1.2 优化论以及Nash-Pareto优化策略147

6.1.3 系统总体性能评价的四项指标149

6.1.4 各项评价指标的内涵与评价方法149

6.2 系统建模的原则以及建模的几类数学方法151

6.2.1 系统建模的要求与原则151

6.2.2 描述系统模型的几类数学方法152

6.3 层次分析（AHP）评价方法152

6.3.1 层次结构模型的建立153

6.3.2 判断矩阵的构造153

6.3.3 层次单排序及其一致性检验154

6.3.4 层次总排序及其一致性检验155

6.3.5 层次分析法的主要计算步骤156

6.4 系统的模糊数学分析评价方法160

6.4.1 模糊关系及其运算160

6.4.2 多因素多级模糊综合评判162

6.5 故障树分析（FTA）评价方法166

6.5.1 故障树分析的用途与作用166

6.5.2 故障树的建造与规范化167

6.5.3 故障树最小割集的Fussel-Vesely算法171

6.5.4 故障树定量分析方法概述172

6.6 人机系统可靠性分析与相关算法173

6.6.1 人机系统可靠性分析的简易模型173

6.6.2 事件树分析评价方法178

6.6.3 事件树与故障树分析方法的综合应用181

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184

6.7.1 EEG和EP的发现185

6.7.2 CNV和P300185

6.7.3 心理生理学和认知神经科学的诞生186

6.7.4 听觉MMN和视觉MMN186

6.7.5 涉及语言加工的ERP成分186

6.7.6 关于ERN的研究186

6.7.7 ERP的定义以及ERP数据的提取过程187

6.7.8 脑功能成像技术的研究与应用187

6.7.9 脑电、心电、眼电三类电生理指标的筛选189

6.7.10 基于多生理指标的脑力负荷预测模型190

第3篇 人机系统性能的预测与优化方法197

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197

7.1 人机环境系统性能预测的智能算法197

7.1.1 小波神经网络的训练学习过程197

7.1.2 模糊神经网络的训练学习过程199

7.1.3 两个典型算例的计算与分析200

7.2 灰色系统性能的预测203

7.2.1 GM（1,N）灰色模型204

7.2.2 典型算例以及关联度的计算206

7.2.3 灰色系统的预测210

7.3 系统风险评价中的几种方法与多指标Bayes决策分析212

7.3.1 风险的概念以及风险存在的必要条件212

7.3.2 风险评价的综合分析方法213

7.3.3 风险估计与组合决策214

7.3.4 多指标Bayes决策分析217

第8章 人机系统的多目标优化算法221

8.1 系统的Nash分解法222

8.2 一种确定权重的简捷方法224

8.3 遗传算法的生物学基础以及改进的Pareto遗传算法225

8.3.1 遗传算法的生物学基础225

8.3.2 改进的Pareto遗传算法227

8.4 Nash-Pareto优化策略228

8.5 Nash-Pareto-RSOW优化算法229

8.6 Nash-Pareto-RS优化算法229

8.7 NSGA优化算法229

8.8 模糊神经网络以及与遗传算法相结合的优化策略231

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231

8.8.2 离散型和连续型Hopfield网络232

8.8.3 BP网络及其相应算法234

8.8.4 模糊Hopfield网络237

8.8.5 遗传算法优化模糊推理规则的策略239

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240

8.9.1 大系统中模型的适用性问题以及广义模型的概念240

8.9.2 三代控制理论的发展以及第四代控制理论的预测242

8.9.3 大系统智能控制与优化的类型及其控制方法243

8.9.4 多级自寻优策略244

8.10 钱学森的综合集成方法与优化策略246

8.10.1 综合集成方法的提出以及主要特点246

8.10.2 综合集成系统的结构与分析247

8.10.3 综合集成与螺旋式推进248

8.10.4 基于人机结合综合集成系统体系的优化策略248

8.11 钱学森系统科学思想在人机环境系统工程中的应用249

8.11.1 钱学森的现代科学技术体系和知识结构的层次249

8.11.2 钱学森的系统科学思想以及人机结合的思维方式251

8.11.3 系统科学思想在人机环境系统工程中应用的实例253

8.11.4 人机环境系统工程的研究需要综合集成方法264

第4篇 人机系统的哲学与法学基础以及人因事故预防275

第9章 事故的预防以及危险源的控制275

9.1 复杂人机系统中操作人员失误的分析与量化275

9.1.1 人因失误的定义与分类275

9.1.2 人因事故的基本特征276

9.1.3 事故因果理论277

9.1.4 能量意外转移理论279

9.1.5 轨迹交叉理论280

9.1.6 基于人体信息处理的人因失误事故模型281

9.1.7 事故的统计规律与预防原则282

9.1.8 复杂人机系统中操作人员失误的量化处理与分析283

9.2 人可靠性分析方法的选择及其比较标准290

9.2.1 HRA方法的选择290

9.2.2 HRA方法的比较标准292

9.3 固有危险源的控制技术293

9.3.1 固有危险源的含义293

9.3.2 固有危险源的控制方法294

9.4 人因事故的预防296

9.4.1 人的能力以及人作业时具有的硬件与软件状态296

9.4.2 人因失误的预防措施296

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299

10.1 系统哲学研究的现状299

10.1.1 系统科学发展的简要回顾300

10.1.2 国外系统哲学研究的现状306

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307

10.3 系统哲学中系统演化的三个基本规律308

10.3.1 系统功能最优化规律308

10.3.2 系统结构有序化规律311

10.3.3 子系统协同作用规律314

10.4 系统方法的基本原则以及研究系统的四种基本方法318

10.4.1 系统方法及其四项基本原则318

10.4.2 研究系统的四种基本方法321

10.5 钱学森系统学的哲学基础324

10.5.1 “老三论”与“新三论”及其哲学基础324

10.5.2 复杂性、复杂系统与复杂性科学及其发展326

10.5.3 钱学森的系统学及其综合集成方法327

10.6 安全生产中的伦理问题330

10.6.1 安全伦理的基本观点331

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332

10.7 大气环境与宇宙空间科学中的几个法律问题334

10.7.1 航天科学的发展不可忽视太空环境的保护334

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336

10.7.3 空间环境的损害以及空间环境保护制度339

10.7.4 空间知识产权保护的法律渊源与法律制度340

10.7.5 加强外太空空间法研究刻不容缓340

10.7.6 寻找地外生命的艰辛历程和对地球家园的珍爱341

10.8 从国际环境问题看软法与硬法的作用345

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345

10.8.2 软法及框架公约现象的分析347

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348

10.9 加强知识产权战略管理，注重专利实施中的制度建设348

10.9.1 规制知识产权滥用问题的必要性348

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349

10.9.3 TRIPs协议的两种取向351

10.9.4 我国规制知识产权滥用的简况351

10.9.5 努力完善规制知识产权滥用的制度352

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352

10.10.1 我国确定安全生产方针的基础与原由352

10.10.2 安全与生产之间的辩证统一关系353

10.10.3 安全应放在企业各项工作的首位353

10.10.4 “预防为主”是落实“安全第一”的基础353

10.10.5 发展清洁生产，从源头上铲除污染源354

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360

10.11.1 我国安全生产的基本法律文件360

10.11.2 与安全生产相关的其他重要法律、行政法规和标准360

10.11.3 安全生产的监督管理以及安全生产许可证制度361

10.11.4 监察机关的监督以及安全监察立法362

10.11.5 国际劳工标准在我国的实施362

参考文献364