Human Engineering Laboratory
Human Engineering Laboratory (HEL) var en forskningsinstitution under US Army Materiel Command som specialiserade sig på forskning om mänskliga prestationer, teknik för mänskliga faktorer, robotik och human-in-the-loop-teknologi. HEL, som ligger på Aberdeen Proving Ground , fungerade som arméns ledande laboratorium för forskning om mänskliga faktorer och ergonomi från 1951 till 1992, under vilka forskare undersökte metoder för att maximera stridseffektiviteten, förbättra vapen- och utrustningsdesigner och minska driftskostnader och fel. HEL var ett av de sju arméns laboratorier som slogs samman för att bilda US Army Research Laboratory (ARL) 1992.
Historia
År 1951 skrev generalmajor Elbert Louis Ford , chefen för ammunition för US Army Ordnance Corps, ett brev till generalmajor Edward MacMorland, befälhavande general vid Aberdeen Proving Ground, om arméns behov av mer avancerad forskning om mänskliga faktorer. Det påstod: "Det verkar lägligt att tillhandahålla mänskliga tekniska bedömningar i våra utvecklingstekniska konstruktioner och i våra tester av dessa konstruktioner. Därför föreslås det att vissa mänskliga ingenjörstjänster inkluderas i aktiviteterna på Aberdeen Proving Ground."
I december 1951 etablerade Ordnance Corps Human Engineering Group vid Aberdeen Proving Ground efter studier och undersökningar som rekommenderade ett mer konkret, systematiserat försök att integrera mänskliga faktorer i vapen- och utrustningsdesign. Gruppen bestod till en början av sju personer och leddes av dess första direktör, Dr. Ben Ami Blau, som långsamt utökade arbetsstyrkan till ett 40-tal militärer och civil personal. 1953 ändrades gruppens namn officiellt till US Army Ordnance Corps Human Engineering Laboratories. I februari 1957 efterträdde Dr. John D. Weisz Blau som HEL:s direktör och var labbets direktör i över 35 år fram till hans pensionering 1992. Vid den tidpunkten samlade HEL sammanlagt 257 militära och civila anställda och fick internationellt erkännande för sin forskning inom området mänskliga faktorer.
Under Weisz tid som direktör genomgick HEL flera organisatoriska förändringar. När arméns omorganisation trädde i kraft 1962 blev HEL ett företagslaboratorium inom det nyinrättade US Army Materiel Command (AMC) och blev ansvarig för att koordinera arméns alla tekniska initiativ för mänskliga faktorer.
I slutet av 1950-talet och början av 1960-talet försåg HEL flera projektkontor på Redstone Arsenal med tekniskt stöd för mänskliga faktorer under utvecklingen av olika missilsystem, såsom Hawk- , Jupiter- , Pershing- , Saturn- och Patriot - systemen. I processen att utveckla flera mänskliga faktorer som tekniska militära specifikationer, standarder och dataobjektbeskrivningar med US Army Missile Command , blev det uppenbart att det fanns allvarliga brister i HEL:s kunskap om mänsklig prestation på grund av otillräcklig utrustning och brist på finansiering. Exempel på datatomrum inkluderar effekterna av akustisk energi på operatörens hälsa och prestanda samt kunskap om symbolisk representation av information på displayer. Som svar identifierade HEL de områden som krävde djupgående forskning och initierade experiment för att specifikt fylla dessa datahåligheter. Dessa förbättringar gjorde det så småningom möjligt för laboratoriet att utveckla den första simuleringen av manöverkonsolerna för Patriot-systemet samt tillämpa mänskliga faktorers ingenjörskonst i dess design.
1968 konsoliderade armén HEL, Ballistic Research Laboratory , Coating and Chemical Laboratory, Nuclear Defense Laboratory och Army Materiel Systems Analysis Agency för att skapa Aberdeen Research and Development Center, som officiellt etablerades 1969. I denna nya organisationsstrukturen leddes vart och ett av de fem laboratorierna av en civil teknisk direktör som rapporterade direkt till en gemensam befäl. Centret varade dock bara till 1972, och HEL återgick snabbt till att vara ett företagslaboratorium under AMC.
1975 godkände AMC ett pilotprogram som omvandlade de mänskliga ingenjörsgrupperna vid dess stora underordnade kommandon till HEL-avdelningar. HEL fick också fältkontorsrepresentanter vid stora centra och skolor inom US Army Training and Doctrin Command . När AMC etablerade US Army Laboratory Command (LABCOM) 1985, var HEL ett av laboratorierna som införlivades under det nya Major Subordinate Command. Andra element som justerades under LABCOM inkluderade Ballistic Research Laboratory , Harry Diamond Laboratories , Materials Technology Laboratory, Electronics Technology and Devices Laboratory , Vulnerability Assessment Laboratory , Atmospheric Sciences Laboratory och Army Research Office.
Under 1980-talet fokuserade HEL mycket av sina resurser på arméns initiativ för manpower and personal integration (MANPRINT). Som den ledande AMC-byrån för mänskliga faktorers ingenjörskonst i MANPRINT, utvecklade HEL nya policyer och verktyg för att ta itu med problem relaterade till systemsäkerhet, personal, utbildning och hälsorisker i materialutvecklingsprogram.
HEL konsoliderades med de andra AMC-företagens forskningslaboratorier för att bilda ARL 1992. Dess verksamhet slogs samman med MANPRINT-funktionerna vid US Army Research Institute for the Behavioral and Social Sciences för att skapa ARL:s Human Research and Engineering Directorate.
Forskning
Human Engineering Laboratory ansvarade för att förse armén med tekniskt stöd för mänskliga faktorer vid utformningen av stridsfordon , flyg , artilleriluftförsvar , vapen, utrustning och mer. Human factors engineering ger mer stöd för att överväga operatörens behov och bekvämlighet tidigt i designfasen av vapen och utrustning för att minska träningstid, arbete och mänskliga fel. Forskare vid HEL och dess fältkontor genomförde tester av mänskliga prestanda vid Aberdeen Proving Ground eller andra militära installationer och arbetar senare med materialutvecklare och entreprenörer i materialanskaffningsprocessen för att tillämpa sina resultat i materialdesign. För dessa mänskliga prestationstest tog forskare in underofficerare från arméns stora militära specialiteter samt vanliga stridstrupper och soldater som genomfört grundläggande utbildning för att hjälpa till att utvärdera hur en utrustning skulle klara sig i en slagfältsmiljö.
HEL:s forskning täckte områden som följande: akustikforskning , kommunikationselektronik , brandstödskontroll, försörjning och överföring av främre områden, mänskliga visuella aspekter, inlärning och minne, logistiksystem, militära operationer i urbaniserad terräng, fysiologiska och könsfaktorer, robotik , selektiv uppmärksamhet , stressforskning, systemintegration , målförvärv , utveckling av testbäddfordon , text- och grafiska displayer, visuell prestanda och visuell sökning .
HEL hade från början tre direktorat för att styra sin forskning och sitt ansvar. Team i Beteendeforskningsdirektoratet skötte grundläggande forskning om mänskliga faktorer som studerade system ur en soldats synvinkel. Forskare fokuserade på faktorer som syn, hörsel, uthållighet, stress, styrka, längd och vikt och registrerade sina resultat i en stor databank som andra försvarsorgan kunde komma åt. Direktoratet för systemprestanda och koncept upprätthöll forskargrupper som utförde tester på olika vapen och utrustning. Med hänsyn till allt från ljudnivåer som produceras av en pistol till hur lätt en operatör kan nå ett fordons bromspedal, utvärderade forskare i detta direktorat gränssnittet människa-maskin för luckor i säkerhet och effektivitet. Slutligen arbetade team i Human Engineering Applications Directorate direkt med militära installationer för att säkerställa att alla projekt tog hänsyn till mänskliga faktorers ingenjörskonst under designprocessen. Förutom att hjälpa till med design och utveckling av militär teknik, genomförde HEL-forskare också felsökning för att identifiera mänskliga ingenjörsproblem när soldater på fältet rapporterade problem med att använda eller underhålla en utrustning.
I slutet av 1980-talet omorganiserades HEL och delades upp i sex tekniska divisioner: Flyg- och luftförsvar, Beteendeforskning, Närstrid-Lätt och tungt, Combat Service Support, Fire Support and Target Acquisition, och Field Support.
Flyg och luftvärn
Aviation and Air Defense Division presenterade team av ingenjörer, datavetare och psykologer som arbetade tillsammans för att förbättra operatörsgränssnittet för flyg- och luftförsvarsmaterial. Divisionens tre huvudteam – flygteamet, luftförsvarsteamet och systemsimuleringsteamet – tillämpade mänskliga faktorers ingenjörskonst på arméns kombinerade beväpningsmotluftsinriktning för luftförsvar.
Beteendeforskning
Beteendeforskningsavdelningen genomförde forskning som rör de psykologiska och psykofysiologiska förmågorna och begränsningarna hos soldater. Ämnen av särskilt intresse var gränssnittet soldat-maskin, prestanda i stressiga miljöer och mänsklig informationsbehandling. Inom divisionen genomförde fyra stora team forskningen. Auditory Performance-teamet studerade de mekanismer genom vilka ljud påverkar soldater. Teamet för fjärroperationer och informationsbearbetning genomförde forskning som förbättrade effektiviteten hos system som är beroende av indirekta eller ändrade presentationer av visuell information. Stress- och prestationsteamet genererade prestationsdata som kvantifierade effekterna av stress. Visual Performance-teamet undersökte nya metoder för att förbättra hur soldater bearbetar visuella stimuli, som att bedriva forskning om ögonrörelser.
Närstrid - lätt och tung
Close Combat-Light and Heavy Division utförde utvärderingar av individuella armévapen, kläder, utrustning och stridsfordon för att öka individens överlevnadsförmåga och effektivitet på slagfältet. Teamet för individuella soldater och utrustning fokuserade på individuella vapen inklusive handeldvapen och lätta pansarvärnsvapen samt kläder och tillhörande utrustning som ryggsäckar och sovsäckar. Nuclear Biological Chemical Defense-teamet övervakade skyddsutrustning som kemiskt skyddande överkläder, masker och testkit. Pansarteamet var ansvarigt för mänskliga faktorers tekniska överväganden i band- och hjulförsedda stridsfordon, såsom stridsvagnar, lastbilar och jeepar. Teamet för modellering av applikationer och analys och teamet för systemintegration utvecklade ergonomiska modeller respektive analystekniker som hjälpte till att informera om nya konstruktioner.
Combat Service Support
Combat Service Support Division bestod av team som bedrev forskning relaterad till artificiell intelligens och robotik. Teamet för Robotic Sciences and Military Applications utforskade robotapplikationer för att förbättra överlevnadsförmågan i ogynnsamma miljöer, Intelligence Machine Interface-teamet utvecklade kunskapsbasen för gränssnitt för soldaten med olika robotenheter, och Tactical Logistics Systems-teamet hanterade tillämpningen av AI på logistiska system.
Brandstöd och målförvärv
Fire Support and Target Acquisition Division riktade insatser för att förbättra kvaliteten och kvantiteten av artillerieldstöd samtidigt som de förenklade uppgifterna som är nödvändiga för att tillhandahålla detta artillerieldstöd. Forskare använde ofta kommersiellt tillgängliga testbäddstekniker för att utvärdera lösningar på soldat- och maskingränssnittsproblem. Test Bed Development-teamet skapade nya system för att utvärdera koncept avsedda att minska besättningens storlek och utbildningskrav samt öka överlevnadsförmågan och skjutplattformens lyhördhet. Combined Arms Command and Control-teamet undersökte nya metoder för att förenkla planeringen av att stödja artillerieldar och förbättra deras lyhördhet genom att förbättra kommando- och kontrollgränssnittet. Studies and Concepts-teamet tog fram nya koncept för brandstödssystem, som gjorde det möjligt för teamet att definiera fel i brandstödssystem och utveckla ett nytt artillerikoncept för global positioneringssystem.
Fältstöd
Fältstödsdivisionen bestod av 16 fältavdelningar och kontor över hela AMC. Forskare som tilldelats dessa avdelningar och fältkontor gav råd om mänskliga faktorer till materialutvecklare och förberedde bedömningar av arbetskraft och personalintegration av arméns materialsystem. Divisionen var också värd för tre utvecklingsbutiker i Aberdeen som gav direkt ingenjörs- och prototyptillverkningsstöd till forskare.
HELBAT
Som en del av sitt uppdrag skötte HEL programmet Human Engineering Laboratory Battalion Artillery Test (HELBAT), en serie fältexperiment utformade för att studera kapaciteten hos arméns fältartilleribataljoner. Genomfört under arméns operativa beredskapstester gjorde HELBAT inte bara det möjligt för HEL att isolera och identifiera källor till mänskliga fel under artillerieldning utan gav också forskare en möjlighet att förbättra hur artilleriutvärderingarna genomfördes. Dessutom tillät det armén att upprätta en systematisk och repeterbar procedur för att samla in tillförlitliga data om artillerioperationer på bataljonsskalan.
1969 lanserade HEL HELBAT I, som ägde rum vid Fort Hood med bataljoner av M109 självgående 155 mm haubits från 1:a pansardivisionen . Även om den första HELBAT var begränsad till studien av förutspådd överraskning avslöjade den att den största felkällan, cirka 50 procent av det totala systemfelet, var den framåtriktade observatörens oförmåga att lokalisera sig själv och mål exakt. Testet visade att soldater ofta gjorde fel när de uppskattade räckvidden på långa avstånd och hade svårt att läsa M2 artillerikompassen. Efter HELBAT I arbetade HEL med Frankford Arsenal för att utveckla en laseravståndsmätare för den framåtriktade observatören som inte bara kunde mäta avstånd utan också lokalisera mål med hjälp av en azimutskala. Två år senare genomförde HEL HELBAT II, som såg en minskning av genomsnittliga målplatsfel från 490 meter till 21 meter med laseravståndsmätaren.
Förbättringar av andra aspekter av artilleriet gjordes i efterföljande HELBAT. Under 1970-talet genomförde HEL ytterligare fem HELBAT, och HELBAT VIII ägde rum 1981. HEL genomförde också liknande fälttester på pansarsystem, infanterisystem och rotorfarkoster under HEL Armor System Test (HELAST), HEL-infanterisystemtestet ( HELIST), respektive HEL-helikopterbeväpningstestet (HELHAT).
Projekt
Human Engineering Laboratory var involverat i utvecklingen eller testningen av följande teknologier:
- Beretta 92SB : Som svar på det ökande antalet kvinnliga trupper som trädde i tjänst på 1970-talet, genomförde HEL tester på ett brett utbud av handeldvapen för att hitta en lämplig ersättning för M1911-pistolen, standardutgåvan för armén sedan 1911. Data som samlats in av HEL-forskare hjälpte till att påverka arméns beslut 1985 att anta den lättare Beretta 92SB som den nya utsedda servicepistolen.
- Field Material Handling Robot (FMR) : I samarbete med National Institute of Standards and Technology och medlemmar av industrin utvecklade HEL en sexaxlig, halvautonom robot under slutet av 1980-talet som kunde lyfta last så tung som 1800 kg så högt som 9 meter. Designad för lastnings- och lossningsoperationer vid arméns försörjningsnoder, var FMR den första i sitt slag och erkändes som den största, mest kraftfulla roboten i världen vid den tiden.
- MIM-23 Hawk : 1956 ombads HEL av Redstone Arsenal att övervaka den mänskliga faktorns tekniska aspekten av missilutvecklingen.
- M41 Walker Bulldog : Under mitten av 1950-talet utförde HEL en utvärdering av mänskliga faktorer av M41A1-stridsvagnens 76 mm pistol.
- MGM-18 Lacrosse : Under slutet av 1950-talet utförde HEL en utvärdering av mänskliga faktorer av det yta-till-yta-styrda missilsystemet. Totalt gjordes 75 specifika förbättringar, såsom effektivare konstruktioner för kabelkontakter och knoppar.
- PGM-19 Jupiter : Från och med 1958 gav HEL tekniskt stöd för mänskliga faktorer i utvecklingen av JUPITERs ballistiska missilsystem för intermediär räckvidd. Även om det mesta av konstruktionsarbetet var slutfört vid det här laget, identifierade HEL:s ansträngningar mänskliga faktorers krav i utformningen av systemet såväl som möjliga konstruktionsbrister.
- MGM-29 Sergeant : Från och med 1957 gav HEL tekniskt stöd för mänskliga faktorer i utvecklingen av SERGEANT Artillery Guid Missile System.
- FIM-43 Redeye : Från och med 1958 gav HEL tekniskt stöd för mänskliga faktorer i utvecklingen av Redeyes luftvärnsvapensystem.
- M72 LAW : Från och med 1958 gav HEL tekniskt stöd för mänskliga faktorer riktat mot att utvärdera vapensystemets konfiguration samt ta itu med dess syn- och bullerproblem.
- Auditory Hazard Assessment Algorithm for Humans (AHAAH) : 1987 utvecklade HEL den första matematiska modellen av det mänskliga hörselsystemet som kan bedöma bullerrisken för hela området av impulsljud som är relevant för armén.
- Audio Taktil Display (ATD): 1976 utvecklade HEL världens första elektroniska miniräknare för synskadade.
- Integrerat helikopterkontrollsystem: Under 1970-talet uppfann HEL ett helikopterkontrollsystem som gjorde det möjligt för en pilot att flyga flygplanet med en hand. Systemet debuterade 1976 på en OH-58 helikopter .
- Nike Zeus : Under tidigt 1960-tal gav HEL tekniskt stöd för mänskliga faktorer under utvecklingen av Nike Zeus.
- MIM-104 Patriot : Med början i mitten av 1960-talet stödde HEL utvecklingen av Patriot-systemet på olika sätt. HEL-forskare skapade ett system som troget simulerade Patriot-kontrollkonsolen för engagemang och tog fram lösningar på dess gränssnittsproblem mellan människa och maskin. Förutom att underlätta omstruktureringen av Patriot-systemets display och kontroller, hjälpte simulatorn också att träna luftvärnskonsoloperatörer i att testa Patriot-systemet. Olika andra förbättringar av mänskliga faktorer gjordes också tack vare HEL:s ansträngningar, inklusive en automatisk beteckning av prioriterade hot som minskade operatörens reaktionstid, en förbättrad layout av de grafiska och tabellformade displayerna och förbättrad kontrollkodning och märkning.