良好的人机交互系统是保证安全飞行驾驶的基础,驾驶舱布局优化可以提高人机交互系统的可靠性,因此一个合理的飞机驾驶舱布局对机组的运行效率、飞行任务的完成和驾驶的安全性有着重要意义。分析发现,驾驶舱内的人机交互过程主要是基于操纵任务的执行,飞行员通过驾驶舱人机界面获取完成任务所需要的信息,执行相关操作,完成飞行任务,因此以任务流程分析为前提对驾驶舱人机界面布局进行优化。本文以空客A320为研究对象,首先基于Petri网的时序性逻辑概念对不同飞行阶段任务流程进行分析,将飞行驾驶操纵过程分解成一系列的操作步骤,以此来研究飞行员与驾驶舱界面之间的人机交互行为,文中总共对14个不同飞行阶段的任务流程做了详细的分析归纳。其次,采用面向任务的思想来构建行为模型,提出用Petri网建模方法将飞行驾驶任务流程细化,建立任务流程到Petri网模型的映射,将任务与面板信息元的关联细化成不同的任务类型,把四种基本的任务模型结构进行组合来建立复杂的飞行任务流程模型,构建模型后,用关联矩阵和S-不变量两种方法分析Petri网模型性能,检验模型的活性、可达性、有界性,有无冲突、死锁的部分;再次,在模型不存在冲突和死锁的情况下,基于任务流程Petri网模型得到在驾驶舱人机界面上的任务操纵路线和任务—面板信息元之间的抽象层次关联图,从而得到各面板信息元的使用频率、重要度、面板信息元之间的邻接强度等,为驾驶舱布局优化提供设计数据。最后,根据驾驶舱布局原则构建驾驶舱布局优化数学模型,确定模型中的设计变量、约束条件、目标函数。选取遗传算法、粒子群算法、遗传粒子群算法作为优化目标的求解算法,对结果进行比较,得到最适合驾驶舱布局优化问题的算法,进而求得驾驶舱布局方案。根据使用顺序原则、功能性原则等对驾驶舱布局做最后调整,达到最佳人机匹配,使驾驶舱布局更加符合人机工效学,减轻飞行员的心理负荷、任务操作时间等,减少由于人为因素而导致的各种决策和操纵失误,提升航空安全水平。