1、基于人机工程学的岸桥驾驶室联动台的优化设计摘 要基于人机工程学原理，以岸边集装箱起重机产品为研究对象，通过对岸桥操作者工作时视野、手功能可及范围分析，提出岸桥驾驶室联动台空间安装位置的优化建议，对提高岸桥作业效率具有重要的作用。 关键词人机工程学；岸桥驾驶室联动台；优化设计 中图分类号：S225.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0173-01 引言 随着科技生产的不断进步，人机工程学作为一门学科，在大型工程机械中的设计也越来越广泛。人机工程学以人的生理、心理等因素出发研究人与机器及环境之间的关系。本文基于人机工程学探讨岸桥驾驶室联动台布置优化问题。岸桥驾驶室
2、联动台是安装操控装置的承载箱体，是将操作者与地面联系的直接工具。联动台合理的安装位置能提高岸桥的作业效率。对岸桥驾驶室联动台布置位置进行设计前的分析，其目的就是设计一个友好的、便于人机交互的操作界面，保证操作者与岸桥之间信息的正确传递。 1 联动台的布局与人机工程学的关系 联动台是人与岸桥的沟通通道，人在上面进行细致的信息化操作，它的位置、控制装置的大小等，都应使人在操作和观察时处于舒适、高效的作业状态，只有这样，才可以避免客观条件带来的损失。人机工程学的最高目标是使人机系统互相协调，以获得系统的最高效能。而联动台是手控元件的承载体，它的正确安装直接影响岸桥的作业效率。所以联动台的设计目标是设
3、计一个人性化的人机沟通界面，保证操作者与岸桥之间信息的正确传递。联动台的设计过程必然涉及人体测量尺寸、人体感觉器官功能限度等，以保证人与机器间的协调，这正是人机工程学的研究内容。所以人机工程学是联动台布局分析的基本准则和依据。 2 岸桥联动台箱体空间布局位置分析 岸桥联动台箱体是各种手控元件的承载体。联动台的安装位置应尽可能布置在人的最佳视野范围和最佳操作范围之内，方便操作者操作控制元件，减少操作者的反应时间，提高操作者的作业效率。 2.1 操作者视觉工效要求 操作者操作岸桥要观察周围环境，这时往往需要眼睛与头部的转动，以扩大视野观察范围，但是眼睛与头部的转动范围均有一定限度。岸桥操作者在操作
4、岸桥时是坐姿状态，人体眼睛视野往往采用双眼直接视野，头部转动范围采用双眼观察视野。对于操作者正常工作时的视野设计要求按水平与垂直 2 个方向来考虑。 1） 水平方向 由于岸桥操作者是高空作业，需要密切关注吊钩及周围环境，因此需要预留观察地面所需要的视野范围。将直前视线左右夹角各视野范围作为地面观察视野，联动台安装位置以直前视线左右夹角各范围为宜，即眼睛最佳转动范围与头部最大转动范围之和的范围。 2） 垂直方向 岸桥操作者采用坐姿操作，需要随时观察地面情况，因此只考虑操作者头部向下转动的情况。在坐姿状态垂直空间内，头部与眼睛均处于放松状态下，头部已经自然向下转动一个角度（） ，因此垂直方向的联动
5、台安装位置以直前视线起向下夹角为宜。 2.2 坐姿操作手功能可及范围的分析 操作者在坐姿操作时，手功能可及范围采用手抓捏可及范围，所谓手抓捏可及范围就是指当手三指（拇指、食指、中指）抓捏开关、旋钮等时，抓捏中心所能达到的三维空间。手抓捏可及范围取决于臂长，按男子第 95 百分位数尺寸数据为：上臂长 338，前臂长 258，手长 120，坐姿肩高 641，坐姿眼高 847，肩宽 406。当肘关节处于 180 度时，以肩关节为中心，手臂旋转，可得矢状面内坐姿手抓捏可及范围。 2.3 联动台安装位置分析 岸桥联动台的安装要充分考虑操作者视野设计要求、手功能可及范围等因素。根据人机工程学原理，作业空间
6、的尺寸设计应该满足 95%的人需要。由人机工程学原理，并采用 GB/T 14779-1993坐姿人体模板功能设计要求的人体测量数据。坐姿下，人体双手的作业范围在以肩关节为中心，半径为 338mm（上臂长）和 716mm（上臂长加前臂长加手抓捏时的手长）的圆范围内，但是因为双手不是水平作业，而是在联动台水平面上作业，因此可以根据几何学得到联动台安装位置是以肩关节为圆心，半径为 394mm（大于上臂长）和 606mm 两圆范围内。岸桥操作者坐姿操作时，座椅尺寸为座宽加扶手宽度为 610mm。操作者坐姿状态下作业，身体会前倾 150mm200mm 的距离，因此充分考虑肩关节前移 150mm 情况下的
7、安装位置，推荐安装区域如图 1 阴影部分。在垂直方向上，参照一般扶手设计高度，联动台可以选择距离椅面的距离 L=260mm。 与原联动台位置相比，优化后的联动台可以使操作者不必前后左右大幅度移动，减轻操作者的作业疲劳。此外，国外一些先进联动台已经考虑将联动台做成扶手形状，方便操作者随时调节适合操作者自己操作的位置。同时联动台在功能上设计为可调式，适合更多操作者的需求。因此，未来联动台的设计应该朝着可调式联动台方向发展。 4 总结 本文从联动台箱体空间布局位置方面考虑联动台的设计。从人机工程学原理考虑，在空间上，通过分析操作者的视野最佳范围、手功能可及范围等因素来调整联动台的相对位置。但本文的研究只限于传统的人机工程学研究，并未考虑其它的因素，目前国外已有研究人员应用函数模型对手控元件的位置布置进行优化，以解决手控元件布局缺陷。但是由于司机长时间处于高负荷工作状态，如何设计出对操作者上部进行支撑以及舒适度高的联动台仍然是需要研究的问题。 参考文献 1童时中.人机工程设计及应用手册M.北京：中国标准出版社，2007：241-243. 2GB/T 14779-1993 坐姿人体模板功能设计要求S 3GB/T 147751993 操纵器一般人类工效学要求S. 4王帅旗.船舶驾驶时布置人机工程设计及应用D.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012：32-36
