基于人機工程學的岸橋駕駛室聯動臺的優化設計

尹紀利++劉承溪

[摘 要]基于人機工程學原理，以岸邊集裝箱起重機產品為研究對象，通過對岸橋操作者工作時視野、手功能可及范圍分析，提出岸橋駕駛室聯動臺空間安裝位置的優化建議，對提高岸橋作業效率具有重要的作用。

[關鍵詞]人機工程學；岸橋駕駛室聯動臺；優化設計

中圖分類號：S225.51 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0173-01

引言

隨著科技生產的不斷進步，人機工程學作為一門學科，在大型工程機械中的設計也越來越廣泛。人機工程學以人的生理、心理等因素出發研究人與機器及環境之間的關系。本文基于人機工程學探討岸橋駕駛室聯動臺布置優化問題。岸橋駕駛室聯動臺是安裝操控裝置的承載箱體，是將操作者與地面聯系的直接工具。聯動臺合理的安裝位置能提高岸橋的作業效率。對岸橋駕駛室聯動臺布置位置進行設計前的分析，其目的就是設計一個友好的、便于人機交互的操作界面，保證操作者與岸橋之間信息的正確傳遞。

1 聯動臺的布局與人機工程學的關系

聯動臺是人與岸橋的溝通通道，人在上面進行細致的信息化操作，它的位置、控制裝置的大小等，都應使人在操作和觀察時處于舒適、高效的作業狀態，只有這樣，才可以避免客觀條件帶來的損失。人機工程學的最高目標是使人機系統互相協調，以獲得系統的最高效能。而聯動臺是手控元件的承載體，它的正確安裝直接影響岸橋的作業效率。所以聯動臺的設計目標是設計一個人性化的人機溝通界面，保證操作者與岸橋之間信息的正確傳遞。聯動臺的設計過程必然涉及人體測量尺寸、人體感覺器官功能限度等，以保證人與機器間的協調，這正是人機工程學的研究內容。所以人機工程學是聯動臺布局分析的基本準則和依據。

2 岸橋聯動臺箱體空間布局位置分析

岸橋聯動臺箱體是各種手控元件的承載體。聯動臺的安裝位置應盡可能布置在人的最佳視野范圍和最佳操作范圍之內，方便操作者操作控制元件，減少操作者的反應時間，提高操作者的作業效率。

2.1操作者視覺工效要求

操作者操作岸橋要觀察周圍環境，這時往往需要眼睛與頭部的轉動，以擴大視野觀察范圍，但是眼睛與頭部的轉動范圍均有一定限度。岸橋操作者在操作岸橋時是坐姿狀態，人體眼睛視野往往采用雙眼直接視野，頭部轉動范圍采用雙眼觀察視野。對于操作者正常工作時的視野設計要求按水平與垂直2個方向來考慮。

1） 水平方向

由于岸橋操作者是高空作業，需要密切關注吊鉤及周圍環境，因此需要預留觀察地面所需要的視野范圍。將直前視線左右夾角各視野范圍作為地面觀察視野，聯動臺安裝位置以直前視線左右夾角各范圍為宜，即眼睛最佳轉動范圍與頭部最大轉動范圍之和的范圍。

2） 垂直方向

岸橋操作者采用坐姿操作，需要隨時觀察地面情況，因此只考慮操作者頭部向下轉動的情況。在坐姿狀態垂直空間內，頭部與眼睛均處于放松狀態下，頭部已經自然向下轉動一個角度（），因此垂直方向的聯動臺安裝位置以直前視線起向下夾角為宜。

2.2坐姿操作手功能可及范圍的分析

操作者在坐姿操作時，手功能可及范圍采用手抓捏可及范圍，所謂手抓捏可及范圍就是指當手三指（拇指、食指、中指）抓捏開關、旋鈕等時，抓捏中心所能達到的三維空間。手抓捏可及范圍取決于臂長，按男子第95百分位數尺寸數據為：上臂長338，前臂長258，手長120，坐姿肩高641，坐姿眼高847，肩寬406。當肘關節處于180度時，以肩關節為中心，手臂旋轉，可得矢狀面內坐姿手抓捏可及范圍。

2.3聯動臺安裝位置分析

岸橋聯動臺的安裝要充分考慮操作者視野設計要求、手功能可及范圍等因素。根據人機工程學原理，作業空間的尺寸設計應該滿足95%的人需要。由人機工程學原理，并采用GB/T 14779-1993《坐姿人體模板功能設計要求》的人體測量數據。坐姿下，人體雙手的作業范圍在以肩關節為中心，半徑為338mm（上臂長）和716mm（上臂長加前臂長加手抓捏時的手長）的圓范圍內，但是因為雙手不是水平作業，而是在聯動臺水平面上作業，因此可以根據幾何學得到聯動臺安裝位置是以肩關節為圓心，半徑為394mm（大于上臂長）和606mm兩圓范圍內。岸橋操作者坐姿操作時，座椅尺寸為座寬加扶手寬度為610mm。操作者坐姿狀態下作業，身體會前傾150mm～200mm的距離，因此充分考慮肩關節前移150mm情況下的安裝位置，推薦安裝區域如圖1陰影部分。在垂直方向上，參照一般扶手設計高度，聯動臺可以選擇距離椅面的距離L=260mm。

與原聯動臺位置相比，優化后的聯動臺可以使操作者不必前后左右大幅度移動，減輕操作者的作業疲勞。此外，國外一些先進聯動臺已經考慮將聯動臺做成扶手形狀，方便操作者隨時調節適合操作者自己操作的位置。同時聯動臺在功能上設計為可調式，適合更多操作者的需求。因此，未來聯動臺的設計應該朝著可調式聯動臺方向發展。

4 總結

本文從聯動臺箱體空間布局位置方面考慮聯動臺的設計。從人機工程學原理考慮，在空間上，通過分析操作者的視野最佳范圍、手功能可及范圍等因素來調整聯動臺的相對位置。但本文的研究只限于傳統的人機工程學研究，并未考慮其它的因素，目前國外已有研究人員應用函數模型對手控元件的位置布置進行優化，以解決手控元件布局缺陷。但是由于司機長時間處于高負荷工作狀態，如何設計出對操作者上部進行支撐以及舒適度高的聯動臺仍然是需要研究的問題。

參考文獻

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