[摘 要] 隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)和教育的快速發(fā)展，人機(jī)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(tái)是動(dòng)車組重要的人機(jī)操作界面之一，文章主要探討如何將人機(jī)工程學(xué)的研究方法和成果應(yīng)用在操縱臺(tái)設(shè)計(jì)中，提高司機(jī)的操作便利性和工作舒適度。

[關(guān)鍵詞] 人機(jī)工程學(xué)；動(dòng)車組；操縱臺(tái)

[作者簡介] 陶林，南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司工程師，山東 青島，266611

[中圖分類號(hào)] U264.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-7723（2013）01-0034-0004

人機(jī)工程學(xué)是運(yùn)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(jìn)行人機(jī)結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學(xué)等問題研究的學(xué)科。用以設(shè)計(jì)使操作者能發(fā)揮最大效能的機(jī)械、儀器和控制裝置，并研究控制臺(tái)上各個(gè)儀表的最適位置。操縱臺(tái)是司機(jī)室內(nèi)司機(jī)控制動(dòng)車組，行使駕駛職能的裝置。在動(dòng)車組操縱臺(tái)設(shè)計(jì)中， 研究各儀表、開關(guān)的最佳布局，使司機(jī)在駕駛過程中能夠發(fā)揮最大效能，最大限度提高操縱臺(tái)的人機(jī)操作合理性。

一、人機(jī)工程學(xué)的主要研究內(nèi)容和方法

人機(jī)工程學(xué)的主要研究內(nèi)容包括：

（一）人體特性的研究

主要研究在工業(yè)設(shè)計(jì)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(dòng)中的心理特征等。

（二）人機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本問題是人與機(jī)器之間的分工以及人與機(jī)器之間如何有效地交流信息等問題。充分考慮人與機(jī)器的各自特點(diǎn)，合理分工，提高人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的人機(jī)合理性。

（三）工作場所和信息傳遞裝置的設(shè)計(jì)

工作場所設(shè)計(jì)的合理與否，對(duì)人的工作效率產(chǎn)生直接的影響。此項(xiàng)設(shè)計(jì)需要應(yīng)用人體測量學(xué)和生物力學(xué)等知識(shí)和數(shù)據(jù)，目的是保證物質(zhì)環(huán)境適合于人體的特點(diǎn)，使人以無害于健康的姿勢從事勞動(dòng)，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(duì)于操縱臺(tái)設(shè)計(jì)，主要研究儀表的布置和組合問題，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(dòng)作和習(xí)慣動(dòng)作等問題。

（四）環(huán)境控制與安全保護(hù)設(shè)計(jì)

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(dòng)等環(huán)境條件適合操作人員的要求。研究防護(hù)裝置設(shè)置、緊急逃生等安全設(shè)施設(shè)計(jì)。

人機(jī)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)科的研究方法及手段，也采用了系統(tǒng)工程、控制理論、統(tǒng)計(jì)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(dú)特的新方法，如調(diào)查、詢問或直接觀察人在作業(yè)時(shí)的行為和反省特征等。目前常用的研究方法主要包括：

1. 觀察法：直接觀察的方法。

2. 實(shí)測法：一種借助于儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測量的方法。

3. 實(shí)驗(yàn)法：當(dāng)實(shí)測法受到限制時(shí)采用的一種研究方法，一般在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，也可以在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。

4. 模擬和模型實(shí)驗(yàn)法：通過制作模擬器或模型實(shí)物，進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)研究。

5. 計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真法：在計(jì)算機(jī)上利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真性實(shí)驗(yàn)研究，從而預(yù)知所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的人機(jī)性能，進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

6. 分析法：通過上述各種方法取得的資料和數(shù)據(jù)，采用分析的方法，對(duì)動(dòng)作符合、操作頻率、直覺與運(yùn)動(dòng)信息等進(jìn)行分析，得出人機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)律。

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(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的意見和建議。

動(dòng)車組操縱臺(tái)設(shè)計(jì)過程中，通常綜合運(yùn)用上述研究方法，結(jié)合動(dòng)車組的特有特點(diǎn)，確保操縱臺(tái)的人機(jī)工程學(xué)特性。

二、操縱臺(tái)設(shè)計(jì)

（一）操縱臺(tái)基本功能與結(jié)構(gòu)

1. 向列車發(fā)出牽引、制動(dòng)指令的功能；

2. 列車安全防護(hù)系統(tǒng)顯示及狀態(tài)設(shè)置功能；

3. 列車無線系統(tǒng)顯示及聯(lián)絡(luò)功能；

4. 列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息顯示及故障處理功能；

5. 全列車車門開關(guān)控制功能；

6. 對(duì)列車高壓受流的操作和控制功能；

7. 司機(jī)警惕裝置操作；

8. 其他在列車運(yùn)行過程中需司機(jī)參與的操作，如刮雨器、遮陽簾、復(fù)位等；

在操縱臺(tái)方案設(shè)計(jì)初期，需要分析操縱臺(tái)要實(shí)現(xiàn)的上述功能，根據(jù)動(dòng)車組運(yùn)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(shí)現(xiàn)功能的形式和組合、設(shè)備的布置位置等。

操縱臺(tái)一般由儀表盤、臺(tái)面、臺(tái)體及擱腳臺(tái)組成，儀表盤主要布置顯示器、儀表等設(shè)備；臺(tái)面一般布置制動(dòng)、牽引手柄、方向手柄以及各種操作開關(guān)等設(shè)備；臺(tái)體主要起支撐臺(tái)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(tái)是司機(jī)駕駛時(shí)擱腳用，一般布置司機(jī)警惕裝置的腳踏開關(guān)和汽笛腳踏等設(shè)備。

（二）操縱臺(tái)設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)原則

從人機(jī)工程學(xué)方面考慮，操縱臺(tái)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該主要考慮以下原則：

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(jī)體動(dòng)作的配合

操縱臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)首先確保司機(jī)安全駕駛，如不能出現(xiàn)尖角等結(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(tái)的設(shè)備布局應(yīng)充分考慮人體動(dòng)作配合，如司機(jī)在駕駛過程中，一只手需要常操縱制動(dòng)手柄，因此在運(yùn)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)。

2. 根據(jù)各設(shè)備操作頻度、功能、緊急程度等因素進(jìn)行排布

經(jīng)常操作和觀察的設(shè)備應(yīng)該置于司機(jī)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)置于離司機(jī)較遠(yuǎn)的位置。此外，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的統(tǒng)計(jì)，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。

3. 操縱臺(tái)上各顯示儀表自帶照明功能

為了保證司機(jī)在黑暗中或司機(jī)室照明異常條件下，仍能準(zhǔn)確觀察和操作設(shè)備，操縱臺(tái)上各顯示儀表均自帶照明功能，確保司機(jī)觀察儀表不受司機(jī)室照明及環(huán)境條件的影響。

4. 設(shè)備安裝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方便檢修維護(hù)

操縱臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮司機(jī)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(hù)時(shí)，應(yīng)盡量減少拆除部件數(shù)量和難度。

（三）一種動(dòng)車組操縱臺(tái)模型

操縱臺(tái)的設(shè)備布置與動(dòng)車組的系統(tǒng)平臺(tái)直接相關(guān)，筆者以國內(nèi)某動(dòng)車組的系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，展開操縱臺(tái)設(shè)計(jì)的探討。操縱臺(tái)配置如下：

司機(jī)控制器：制動(dòng)控制器、牽引控制器。

列車安全防護(hù)系統(tǒng)顯示器2塊：ATP顯示器1、 ATP顯示器2。

列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)顯示器2塊：TCMS顯示器1、TCMS顯示器2。

列車無線系統(tǒng)顯示器及話筒：CIR顯示器、CIR話筒。

操作控制開關(guān)：司機(jī)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。

根據(jù)本文提到的人機(jī)工程學(xué)原則，提出如圖1所示的動(dòng)車組操作臺(tái)模型。

如圖1所示：操縱臺(tái)儀表盤共劃分為6塊區(qū)域，左右對(duì)稱設(shè)計(jì)。臺(tái)面共劃分為5個(gè)區(qū)域。

儀表盤設(shè)備布置如下：司機(jī)正前方布置ATP顯示器1（左側(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(tái)面設(shè)備布置如下：司機(jī)左手側(cè)布置制動(dòng)手柄及主控鑰匙（集成在制動(dòng)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(dòng)開關(guān)；臺(tái)面上所有操作開關(guān)劃分為3個(gè)區(qū)域：主操作區(qū)、左操作區(qū)及右操作區(qū)。

所有設(shè)備主要根據(jù)操作頻度的高低從中央向兩側(cè)布置，同時(shí)兼顧本文提到的其他人機(jī)工程學(xué)原則。

1. ATP顯示器1是列車安全防護(hù)系統(tǒng)的主顯示器，是司機(jī)行車過程中重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)備，是觀察最為頻繁的顯示器，布置在司機(jī)正前方左側(cè)位。

2. TCMS顯示器1是列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主顯示器，司機(jī)行車過程中通過此設(shè)備隨時(shí)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(jī)正前方右側(cè)位。

3. 制動(dòng)手柄布置在司機(jī)左手側(cè)，左手常放置在此手柄上，以防止緊急情況下及時(shí)實(shí)施列車制動(dòng)。

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。

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、右手分開操作，避免誤操作，如開關(guān)左門布置在臺(tái)面左操作區(qū)，開關(guān)右門布置在右手操作區(qū)。

6. 通過設(shè)置保護(hù)罩等措施，防止誤操作。

三、人機(jī)合理性分析

圖2是本文提出的操作臺(tái)模型的臺(tái)面布置圖，圖3是《UIC651-2002機(jī)車、動(dòng)車、動(dòng)車組和駕駛拖車的司機(jī)室設(shè)計(jì)》中推薦的最佳手操作半徑示意圖。通過對(duì)比，可以看出，牽引制動(dòng)手柄位置在最佳手操作半徑區(qū)域內(nèi)，臺(tái)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)?？梢哉J(rèn)為，圖1所示的動(dòng)車組操縱臺(tái)設(shè)備布置與人體數(shù)據(jù)符合性較高，人機(jī)合理性較好。

四、結(jié) 論

結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的研究內(nèi)容和方法，設(shè)計(jì)一種更合理的動(dòng)車組操縱臺(tái)的布置模型，后續(xù)動(dòng)車組操作臺(tái)設(shè)計(jì)，應(yīng)以此為基礎(chǔ)，通過不斷完善人機(jī)工程學(xué)的研究方法和內(nèi)容，逐步提高動(dòng)車組操作臺(tái)設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)特性。

[參考文獻(xiàn)]

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