人機工程學(xué)在動車組操縱臺設(shè)計中的應(yīng)用

1、<p>　　人機工程學(xué)在動車組操縱臺設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　[摘 要] 隨著國內(nèi)經(jīng)濟和教育的快速發(fā)展，人機工程學(xué)在工業(yè)工程領(lǐng)域起著越來越重要的作用。操作臺是動車組重要的人機操作界面之一，文章主要探討如何將人機工程學(xué)的研究方法和成果應(yīng)用在操縱臺設(shè)計中，提高司機的操作便利性和工作舒適度。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞] 人機工程學(xué)；動車組；操縱臺 </p>

2、<p>　　[作者簡介] 陶林，南車青島四方機車車輛股份有限公司工程師，山東 青島，266611 </p><p>　　[中圖分類號] U264.91 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）01-0034-0004 </p><p>　　人機工程學(xué)是運用人體測量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和生物力學(xué)以及工程學(xué)等學(xué)科的研究方法和手段，綜合進行人機結(jié)構(gòu)、功能、心理以及

3、力學(xué)等問題研究的學(xué)科。用以設(shè)計使操作者能發(fā)揮最大效能的機械、儀器和控制裝置，并研究控制臺上各個儀表的最適位置。操縱臺是司機室內(nèi)司機控制動車組，行使駕駛職能的裝置。在動車組操縱臺設(shè)計中， 研究各儀表、開關(guān)的最佳布局，使司機在駕駛過程中能夠發(fā)揮最大效能，最大限度提高操縱臺的人機操作合理性。 </p><p>　　一、人機工程學(xué)的主要研究內(nèi)容和方法 </p><p>　　人機工程學(xué)的主要研究內(nèi)容

4、包括： </p><p>　　（一）人體特性的研究 </p><p>　　主要研究在工業(yè)設(shè)計中與人體有關(guān)的問題。例如，人的感知特性、人的反應(yīng)特性以及人在勞動中的心理特征等。 </p><p>　?。ǘ┤藱C系統(tǒng)的總體設(shè)計 </p><p>　　人機系統(tǒng)設(shè)計的基本問題是人與機器之間的分工以及人與機器之間如何有效地交流信息等問題。充分考慮人與機器

5、的各自特點，合理分工，提高人機系統(tǒng)總體設(shè)計的人機合理性。 </p><p>　　（三）工作場所和信息傳遞裝置的設(shè)計 </p><p>　　工作場所設(shè)計的合理與否，對人的工作效率產(chǎn)生直接的影響。此項設(shè)計需要應(yīng)用人體測量學(xué)和生物力學(xué)等知識和數(shù)據(jù)，目的是保證物質(zhì)環(huán)境適合于人體的特點，使人以無害于健康的姿勢從事勞動，既能高效地完成工作，又感到舒適和不至過早產(chǎn)生疲勞。對于操縱臺設(shè)計，主要研究儀表的布

6、置和組合問題，控制器各種操縱裝置的形狀、大小位置以及作用力，考慮人的定向動作和習(xí)慣動作等問題。 </p><p>　　（四）環(huán)境控制與安全保護設(shè)計 </p><p>　　研究如何從環(huán)境控制方面保證照明、微小氣候、噪音和振動等環(huán)境條件適合操作人員的要求。研究防護裝置設(shè)置、緊急逃生等安全設(shè)施設(shè)計。 </p><p>　　人機工程學(xué)廣泛采用了人體科學(xué)和生物科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的

7、研究方法及手段，也采用了系統(tǒng)工程、控制理論、統(tǒng)計學(xué)的其他學(xué)科的一些研究方法。此外，該學(xué)科的研究也建立了一些獨特的新方法，如調(diào)查、詢問或直接觀察人在作業(yè)時的行為和反省特征等。目前常用的研究方法主要包括： </p><p>　　1. 觀察法：直接觀察的方法。 </p><p>　　2. 實測法：一種借助于儀器設(shè)備進行實際測量的方法。 </p><p>　　3. 實驗法：

8、當(dāng)實測法受到限制時采用的一種研究方法，一般在實驗室進行，也可以在作業(yè)現(xiàn)場進行。 </p><p>　　4. 模擬和模型實驗法：通過制作模擬器或模型實物，進行人機系統(tǒng)研究。 </p><p>　　5. 計算機數(shù)值仿真法：在計算機上利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進行仿真性實驗研究，從而預(yù)知所設(shè)計產(chǎn)品的人機性能，進行設(shè)計改進。 </p><p>　　6. 分析法：通過上述各種方法取得

9、的資料和數(shù)據(jù)，采用分析的方法，對動作符合、操作頻率、直覺與運動信息等進行分析，得出人機系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)律。 </p><p>　　7. 調(diào)查研究法：通過訪問、調(diào)查等方法，得到操作者或使用者對所設(shè)計產(chǎn)品的意見和建議。 </p><p>　　動車組操縱臺設(shè)計過程中，通常綜合運用上述研究方法，結(jié)合動車組的特有特點，確保操縱臺的人機工程學(xué)特性。 </p><p><b&g

10、t;　　二、操縱臺設(shè)計 </b></p><p>　?。ㄒ唬┎倏v臺基本功能與結(jié)構(gòu) </p><p>　　1. 向列車發(fā)出牽引、制動指令的功能； </p><p>　　2. 列車安全防護系統(tǒng)顯示及狀態(tài)設(shè)置功能； </p><p>　　3. 列車無線系統(tǒng)顯示及聯(lián)絡(luò)功能； </p><p>　　4. 列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

11、信息顯示及故障處理功能； </p><p>　　5. 全列車車門開關(guān)控制功能； </p><p>　　6. 對列車高壓受流的操作和控制功能； </p><p>　　7. 司機警惕裝置操作； </p><p>　　8. 其他在列車運行過程中需司機參與的操作，如刮雨器、遮陽簾、復(fù)位等； </p><p>　　在操縱臺方案設(shè)

12、計初期，需要分析操縱臺要實現(xiàn)的上述功能，根據(jù)動車組運營規(guī)則要求，合理分配人與設(shè)備之間的工作分配。主要包括設(shè)備實現(xiàn)功能的形式和組合、設(shè)備的布置位置等。 </p><p>　　操縱臺一般由儀表盤、臺面、臺體及擱腳臺組成，儀表盤主要布置顯示器、儀表等設(shè)備；臺面一般布置制動、牽引手柄、方向手柄以及各種操作開關(guān)等設(shè)備；臺體主要起支撐臺面、儀表盤的作用，在設(shè)備數(shù)量多的情況下，也可以放置部分設(shè)備；擱腳臺是司機駕駛時擱腳用，一般

13、布置司機警惕裝置的腳踏開關(guān)和汽笛腳踏等設(shè)備。 </p><p>　?。ǘ┎倏v臺設(shè)計的人機工程學(xué)原則 </p><p>　　從人機工程學(xué)方面考慮，操縱臺設(shè)計過程中應(yīng)該主要考慮以下原則： </p><p>　　1. 設(shè)備布置應(yīng)該充分考慮使用人群的人體數(shù)及據(jù)機體動作的配合 </p><p>　　操縱臺的設(shè)計應(yīng)首先確保司機安全駕駛，如不能出現(xiàn)尖角等

14、結(jié)構(gòu)，以避免出現(xiàn)尖角扎傷工作人員的事故。此外，操縱臺的設(shè)備布局應(yīng)充分考慮人體動作配合，如司機在駕駛過程中，一只手需要常操縱制動手柄，因此在運行過程中需要操作的其他開關(guān)、設(shè)備等則應(yīng)布置在另一只手或腳部的操作范圍內(nèi)。 </p><p>　　2. 根據(jù)各設(shè)備操作頻度、功能、緊急程度等因素進行排布 </p><p>　　經(jīng)常操作和觀察的設(shè)備應(yīng)該置于司機理想的操作和觀察范圍內(nèi)。操作頻率較低的設(shè)備則應(yīng)

15、置于離司機較遠(yuǎn)的位置。此外，根據(jù)人機工程學(xué)的統(tǒng)計，習(xí)慣的規(guī)律是由左至右，由上至下。 相同系統(tǒng)的開關(guān)按鈕應(yīng)組合排布，不能距離太遠(yuǎn)，以方便操作。 </p><p>　　3. 操縱臺上各顯示儀表自帶照明功能 　　為了保證司機在黑暗中或司機室照明異常條件下，仍能準(zhǔn)確觀察和操作設(shè)備，操縱臺上各顯示儀表均自帶照明功能，確保司機觀察儀表不受司機室照明及環(huán)境條件的影響。 </p><p>　　4. 設(shè)備

16、安裝及結(jié)構(gòu)設(shè)計方便檢修維護 </p><p>　　操縱臺結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了考慮司機操作的方便合理性，還應(yīng)考慮設(shè)備安裝和檢修的方便合理性。設(shè)備檢修維護時，應(yīng)盡量減少拆除部件數(shù)量和難度。 </p><p>　?。ㄈ┮环N動車組操縱臺模型 </p><p>　　操縱臺的設(shè)備布置與動車組的系統(tǒng)平臺直接相關(guān)，筆者以國內(nèi)某動車組的系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)，展開操縱臺設(shè)計的探討。操縱臺配置如

17、下： </p><p>　　司機控制器：制動控制器、牽引控制器。 </p><p>　　列車安全防護系統(tǒng)顯示器2塊：ATP顯示器1、 ATP顯示器2。 </p><p>　　列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)顯示器2塊：TCMS顯示器1、TCMS顯示器2。 </p><p>　　列車無線系統(tǒng)顯示器及話筒：CIR顯示器、CIR話筒。 </p><

18、p>　　操作控制開關(guān)：司機警惕裝置開關(guān)、VCB斷/合、降弓、復(fù)位、刮雨器、遮陽簾、門控制開關(guān)等。 </p><p>　　根據(jù)本文提到的人機工程學(xué)原則，提出如圖1所示的動車組操作臺模型。 </p><p>　　如圖1所示：操縱臺儀表盤共劃分為6塊區(qū)域，左右對稱設(shè)計。臺面共劃分為5個區(qū)域。 </p><p>　　儀表盤設(shè)備布置如下：司機正前方布置ATP顯示器1（左

19、側(cè)）和TCMS顯示器1（右側(cè)）。ATP顯示器1向儀表盤左側(cè)方向依次布置ATP顯示器2、儀表區(qū)；TCMS顯示器1向儀表盤右側(cè)依次布置CIR顯示器及話筒、TCMS顯示器2。臺面設(shè)備布置如下：司機左手側(cè)布置制動手柄及主控鑰匙（集成在制動控制器上），右手側(cè)布置牽引、方向手柄（集成在牽引控制器上）及DSD手動開關(guān)；臺面上所有操作開關(guān)劃分為3個區(qū)域：主操作區(qū)、左操作區(qū)及右操作區(qū)。 </p><p>　　所有設(shè)備主要根據(jù)操作頻

20、度的高低從中央向兩側(cè)布置，同時兼顧本文提到的其他人機工程學(xué)原則。 </p><p>　　1. ATP顯示器1是列車安全防護系統(tǒng)的主顯示器，是司機行車過程中重點關(guān)注的設(shè)備，是觀察最為頻繁的顯示器，布置在司機正前方左側(cè)位。 </p><p>　　2. TCMS顯示器1是列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主顯示器，司機行車過程中通過此設(shè)備隨時觀察列車各主要系統(tǒng)的狀態(tài)信息，觀察也較為頻繁，布置在司機正前方右側(cè)位。 &

21、lt;/p><p>　　3. 制動手柄布置在司機左手側(cè)，左手常放置在此手柄上，以防止緊急情況下及時實施列車制動。 </p><p>　　4. 在行車過程中需要操作的其他手操作區(qū)的設(shè)備應(yīng)盡可能地布置在右手操作區(qū)，如CIR顯示器及話筒（無線系統(tǒng)顯示及聯(lián)絡(luò)）、刮雨器、遮陽簾、恒速等功能。 </p><p>　　5. 功能按左右分開的開關(guān)設(shè)備應(yīng)分別布置在左右兩側(cè)，由左、右手分開

22、操作，避免誤操作，如開關(guān)左門布置在臺面左操作區(qū)，開關(guān)右門布置在右手操作區(qū)。 </p><p>　　6. 通過設(shè)置保護罩等措施，防止誤操作。 </p><p>　　三、人機合理性分析 </p><p>　　圖2是本文提出的操作臺模型的臺面布置圖，圖3是《UIC651-2002機車、動車、動車組和駕駛拖車的司機室設(shè)計》中推薦的最佳手操作半徑示意圖。通過對比，可以看出，牽

23、引制動手柄位置在最佳手操作半徑區(qū)域內(nèi)，臺面開關(guān)操作區(qū)盡管不全部在最佳手操作區(qū)域內(nèi)，但均有部分區(qū)域與最佳手操作區(qū)重疊，因此，可以將開關(guān)區(qū)中操作頻度較高的開關(guān)等布置在此重疊區(qū)內(nèi)。可以認(rèn)為，圖1所示的動車組操縱臺設(shè)備布置與人體數(shù)據(jù)符合性較高，人機合理性較好。 </p><p><b>　　四、結(jié) 論 </b></p><p>　　結(jié)合人機工程學(xué)的研究內(nèi)容和方法，設(shè)計一種更合

24、理的動車組操縱臺的布置模型，后續(xù)動車組操作臺設(shè)計，應(yīng)以此為基礎(chǔ)，通過不斷完善人機工程學(xué)的研究方法和內(nèi)容，逐步提高動車組操作臺設(shè)計的人機工程學(xué)特性。 </p><p><b>　　[參考文獻] </b></p><p>　　[1]丁玉蘭.人機工程學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007. </p><p>　　[2]UIC 651-2002