石油測井車作業空間設計

張亞鋒，徐劍波，徐曉航，劉超

（1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055；2.西安石油大學，陜西 西安 710065）

石油測井車作業空間設計

張亞鋒1，徐劍波2，徐曉航2，劉超1

（1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055；2.西安石油大學，陜西 西安 710065）

本文立足于作業空間人機設計原則，結合油田的實際工況，對測井車的顯示裝置、操作裝置、容體空間以及區域布置進行系統化的研究，其后設計出符合人機舒適性的作業空間尺寸。

石油測井車；作業空間；人機設計；舒適性

CLC NO.: U442.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-76-03

引言

測井車是石油領域用于油田測井的專用車輛，作業空間是測井車人機交互的中心界面，主要由觀察窗、操作面板、儲物柜和電控柜組成，其設計的優劣直接影響測井作業效率。測井車作業空間設計必須在保證視野清晰良好、操作簡便快捷的同時還應具有結構整體性與功能明確性[1]。

人機設計原則是在設計產品時，充分考慮人的生理、心理特性，確保作業人員操作的安全性、舒適性與高效性。本文以人機設計理論為指導，以人體尺寸作為設計依據，得出便于操作的合理空間尺寸，力求保證各個控制器之間的充分空間，以確保有效的工作，避免給操作者帶來不便或傷害，也避免造成工作上的疏忽[2]。本文所研究的內容，不僅設計出符合人機工程學的測井車作業空間，同時也為其他類型的石油專用車輛作業空間設計提供了理論指導。

1、設計依據

在作業空間開發過程中，操作的舒適性與高效性成為設計的中心環節。作業人員采取坐姿操作姿勢，通過對滑輪與顯示器的觀察情況作出判斷后，利用操縱裝置將指令傳遞給機器。在操作過程中，作業人員肢體在空間內所能觸及的活動范圍是立足于人體測量學的基礎上。

人體測量學數據通常以百分位數來表示人體尺寸的等級，百分位數是一種位置指標，一個界限值，以PK來表示。最常用的是5、50、95三個百分位數，分別代表小、中等、大身材的人群。考慮到測井車作業人員一般為男性，可參考國標GB 10000-1988，取P5、P50、P95男性人體尺寸（滿足度為90%）作為設計依據（如表1所示）。為了更好的實現安全、健康、舒適、高效的設計目標，在人體尺寸百分位靜態測量數據作為設計界限值的基礎上，還應考慮著裝、姿勢、心理等修正量[3]。

2、視野域設計分析

視野范圍是指作業人員在工作過程中眼睛固定注視一定目標時，所能見到的空間范圍。視野范圍是以眼球的位置為中心，眼睛位置不僅會對視野產生影響，還會影響作業人員的操作姿勢。測井車作業人員采取的操作姿勢為坐姿，眼睛要通過窗戶觀察井口及滑輪狀況，所以操作人員的坐姿眼高是必須首先考慮的。坐姿眼高采用的人體尺寸基礎數據為P5男性人體尺寸，小百分位數的人群能看到的，大百分位數人群肯定可以[4]。

表1 設計相關的三種百分位數的坐姿人體主要尺寸（mm）

根據視野的角度劃分，以水平視野向上為正，向下為負，10°至45°為次要的觀察區域，-30°至10°為主要觀察區，-50°至-30°為控制觀察區域。結合所設計產品的工作特性，作業人員在工作中視野主要集中滑輪與儀表盤指示區域，其次為操作區域。因而根據作業觀測特性，在-50°至-30°的范圍內布置操縱裝置，在-30°至-20°的范圍內布置顯示裝置，-20°至0°視野范圍觀測井口工況，0至45°范圍內觀測滑輪運行狀況（如圖1所示）。

人坐在椅子上眼睛的高度=座椅高+坐姿眼高+穿著修正量+姿勢修正量。

座椅最低高度以P5的坐深421mm為基礎數據，鞋底厚度修正為30mm,取451mm。最高高度以P95的坐深494mm為依據，加上鞋底厚度為528mm。擴充余量后，所設計的座椅需在450～530mm范圍內可以調節高度，而在一般使用過程中，可固定設置座椅高度為P50的坐深與鞋底厚度，約為490mm。

眼睛高度的計算為下限值的計算，姿勢修正量一般是將高度尺寸減少40mm，坐姿眼高取P5的基礎數據749mm，因而坐姿眼高為1240mm。

操作面板最大高度不能超過P5人群的肩高，因而觀察窗的下邊沿高度應為坐姿肩高+座椅高度=1047mm。觀察窗的上邊沿高度應為坐姿眼高+次要觀察區域范圍=1240+(1240-1047)tan45°/tan20°=1770mm。

3、操作域分析設計

測井過程中，上肢是作業的主體，其作業范圍是以肩關節為圓心、手臂長為半徑的圓弧。作業范圍屬于下限設計，因而我們采用P5男性人體尺寸作為設計依據。如圖2是P5男性作業范圍，圖中所示范圍由近至遠依次為舒適操作區、有效操作區與擴展操作區。

當前臂與上臂自然曲折成整體臂長的3/5時，所處操作姿勢處于最舒適操作，其作業范圍稱為舒適操作區，整體臂長=上臂長+前臂長+手長+手套厚度=289+216+170+5= 680mm，則舒適操作區為408mm。有效操作區即是指手可觸及范圍，相當于臂長為680mm。坐姿情況下，人軀干前傾，肩關節中線前移100～200mm，手功能作業范圍前移所成區域為擴展操作區，此處取前傾150mm，則擴展操作區為830mm。在設計過程中，一般都要求人體軀干不做移動，因而操縱裝置不應超出有效操作區。

根據圖1中所劃分的視野區域，用三角函數可計算出儀表指示裝置應布置在豎直高度932～1047（mm）范圍內，操縱裝置布置在707～932（mm）范圍內。操作面板最下沿高度不應低于P95人群的坐姿大腿高度681mm，因而操作區域范圍下限值取707mm屬于合理范圍。

4、結論

根據前文的視野域、操作域設計，操作面板最終確定整體為“L”型布置（如圖3），自由空間約占整個操作空間的1/2。其后，結合人機工程學中操縱、顯示裝置的設計理論，應用色彩學與造型學進行三維模型的建立（如圖4）。

本文立足于人體尺寸測量參數，著重對作業人員的視野、操作范圍進行研究，并設計出測井車作業空間。此設計方法在作業人員操作舒適、便捷、高效的同時也保障了工作的安全性與可靠性，符合“以人為本”的設計理念。

[1] 束奇,王丙剛等. 基于CATIA的修井機作業人體分析與優化[J].石油機械.2011,39(5):79～82.

[2] 陳波,李冬屹,張旭偉等.石油鉆機司鉆工作空間設計[J].石油礦場機械.2007,36(9):33～37.

[3] 趙紅芬.基于CATIA的中國人體模型的研究[J]. 汽車實用技術,2013,01:41～44.

[4] 屈文濤,徐曉航等.石油修井機操控室人機分析[J].汽車實用技術,2014,02:68～70.

3、結束語

對于中國FSAE賽車車隊，絕大部分所選的發動機為摩托車發動機，如果直接裝在賽車上，整車重心高，無法滿足賽車在行駛過彎操控穩定性。要降低發動機重心，通過降低油底殼的高度，從參賽第一年經驗來看，如果把原裝油底殼改低的話，做到儲油油量差不多體積油底殼，改變變化量有限，油底殼底部做成平坦和集濾器切短，當賽車在高速過彎時會造成油底殼的油液晃蕩，有時集濾器瞬間會吸不到機油，長時間運行容易使發動機出現故障問題。本文設計的干式油底殼系統可以降低整車的重心，提高發動機的潤滑能力與操控性能，并提高賽車的功率。

參考文獻

[1] 《汽車工程手冊》編輯委員會．汽車工程手冊-設計篇［M］． 北京:人民交通出版社，2001.

[2] Farkhondeh,Ehsan．Design of a dry sump lubrication system for a Honda［D］．Massachusetts Institute of Technology，2007.

[3] 王紹銧，夏群生，李建秋． 汽車電子學( 第二版) ［M］． 北京:清華大學出版社，2011．

[4] Mark Pivac，B Eng （Hons）． Dry Sump Oil System［J］，BDG Motorsport，2007.

[5] 王毓民，王恒 .潤滑材料與潤滑技術［M］.北京：化學工業出版社，2005.

[6] 詹熙達 .CATIA V5R20產品設計實例精解［M］.北京：機械工業出版社，2011.

The Design Of Petroleum Logging Truck Operation Space

Zhang Yafeng1, Xu Jianbo2, Xu Xiaohang2, Liu Chao1
（1. Xi'an University of Architecture and Technology, Shaanxi Xi'an 710055; 2. Xi'an Shiyou University, Shaanxi Xi'an 710065）

Based on the working space ergonomic design principles, combined with the actual conditions of oil field, the systematic study on the display device, operation device, volume space and regional layout of th logging truck is carried out, then the working space size meeting the comfort of man-machine is designed.

petroleum logging truck; workspace; man-machine design; comfort

U442.2

A

1671-7988(2015)02-76-03

張亞鋒，就讀于西安建筑科技大學理學院。

校科研啟動基金 ( No.RC1304)