張亞鋒，徐劍波，徐曉航，劉超

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

石油測井車作業(yè)空間設(shè)計(jì)

張亞鋒1，徐劍波2，徐曉航2，劉超1

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

本文立足于作業(yè)空間人機(jī)設(shè)計(jì)原則，結(jié)合油田的實(shí)際工況，對(duì)測井車的顯示裝置、操作裝置、容體空間以及區(qū)域布置進(jìn)行系統(tǒng)化的研究，其后設(shè)計(jì)出符合人機(jī)舒適性的作業(yè)空間尺寸。

石油測井車；作業(yè)空間；人機(jī)設(shè)計(jì)；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(lǐng)域用于油田測井的專用車輛，作業(yè)空間是測井車人機(jī)交互的中心界面，主要由觀察窗、操作面板、儲(chǔ)物柜和電控柜組成，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響測井作業(yè)效率。測井車作業(yè)空間設(shè)計(jì)必須在保證視野清晰良好、操作簡便快捷的同時(shí)還應(yīng)具有結(jié)構(gòu)整體性與功能明確性[1]。

人機(jī)設(shè)計(jì)原則是在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，充分考慮人的生理、心理特性，確保作業(yè)人員操作的安全性、舒適性與高效性。本文以人機(jī)設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)，以人體尺寸作為設(shè)計(jì)依據(jù)，得出便于操作的合理空間尺寸，力求保證各個(gè)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(nèi)容，不僅設(shè)計(jì)出符合人機(jī)工程學(xué)的測井車作業(yè)空間，同時(shí)也為其他類型的石油專用車輛作業(yè)空間設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。

1、設(shè)計(jì)依據(jù)

在作業(yè)空間開發(fā)過程中，操作的舒適性與高效性成為設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)。作業(yè)人員采取坐姿操作姿勢，通過對(duì)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(jī)器。在操作過程中，作業(yè)人員肢體在空間內(nèi)所能觸及的活動(dòng)范圍是立足于人體測量學(xué)的基礎(chǔ)上。

人體測量學(xué)數(shù)據(jù)通常以百分位數(shù)來表示人體尺寸的等級(jí)，百分位數(shù)是一種位置指標(biāo)，一個(gè)界限值，以PK來表示。最常用的是5、50、95三個(gè)百分位數(shù)，分別代表小、中等、大身材的人群。考慮到測井車作業(yè)人員一般為男性，可參考國標(biāo)GB 10000-1988，取P5、P50、P95男性人體尺寸（滿足度為90%）作為設(shè)計(jì)依據(jù)（如表1所示）。為了更好的實(shí)現(xiàn)安全、健康、舒適、高效的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在人體尺寸百分位靜態(tài)測量數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)界限值的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮著裝、姿勢、心理等修正量[3]。

2、視野域設(shè)計(jì)分析

視野范圍是指作業(yè)人員在工作過程中眼睛固定注視一定目標(biāo)時(shí)，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(huì)對(duì)視野產(chǎn)生影響，還會(huì)影響作業(yè)人員的操作姿勢。測井車作業(yè)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(chǔ)數(shù)據(jù)為P5男性人體尺寸，小百分位數(shù)的人群能看到的，大百分位數(shù)人群肯定可以[4]。

表1 設(shè)計(jì)相關(guān)的三種百分位數(shù)的坐姿人體主要尺寸（mm）

根據(jù)視野的角度劃分，以水平視野向上為正，向下為負(fù)，10°至45°為次要的觀察區(qū)域，-30°至10°為主要觀察區(qū)，-50°至-30°為控制觀察區(qū)域。結(jié)合所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工作特性，作業(yè)人員在工作中視野主要集中滑輪與儀表盤指示區(qū)域，其次為操作區(qū)域。因而根據(jù)作業(yè)觀測特性，在-50°至-30°的范圍內(nèi)布置操縱裝置，在-30°至-20°的范圍內(nèi)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(nèi)觀測滑輪運(yùn)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(chǔ)數(shù)據(jù)，鞋底厚度修正為30mm,取451mm。最高高度以P95的坐深494mm為依據(jù)，加上鞋底厚度為528mm。擴(kuò)充余量后，所設(shè)計(jì)的座椅需在450～530mm范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)高度，而在一般使用過程中，可固定設(shè)置座椅高度為P50的坐深與鞋底厚度，約為490mm。

眼睛高度的計(jì)算為下限值的計(jì)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(chǔ)數(shù)據(jù)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(yīng)為坐姿肩高+座椅高度=1047mm。觀察窗的上邊沿高度應(yīng)為坐姿眼高+次要觀察區(qū)域范圍=1240+(1240-1047)tan45°/tan20°=1770mm。

3、操作域分析設(shè)計(jì)

測井過程中，上肢是作業(yè)的主體，其作業(yè)范圍是以肩關(guān)節(jié)為圓心、手臂長為半徑的圓弧。作業(yè)范圍屬于下限設(shè)計(jì)，因而我們采用P5男性人體尺寸作為設(shè)計(jì)依據(jù)。如圖2是P5男性作業(yè)范圍，圖中所示范圍由近至遠(yuǎn)依次為舒適操作區(qū)、有效操作區(qū)與擴(kuò)展操作區(qū)。

當(dāng)前臂與上臂自然曲折成整體臂長的3/5時(shí)，所處操作姿勢處于最舒適操作，其作業(yè)范圍稱為舒適操作區(qū)，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(qū)為408mm。有效操作區(qū)即是指手可觸及范圍，相當(dāng)于臂長為680mm。坐姿情況下，人軀干前傾，肩關(guān)節(jié)中線前移100～200mm，手功能作業(yè)范圍前移所成區(qū)域?yàn)閿U(kuò)展操作區(qū)，此處取前傾150mm，則擴(kuò)展操作區(qū)為830mm。在設(shè)計(jì)過程中，一般都要求人體軀干不做移動(dòng)，因而操縱裝置不應(yīng)超出有效操作區(qū)。

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

4、結(jié)論

根據(jù)前文的視野域、操作域設(shè)計(jì)，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(gè)操作空間的1/2。其后，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)中操縱、顯示裝置的設(shè)計(jì)理論，應(yīng)用色彩學(xué)與造型學(xué)進(jìn)行三維模型的建立（如圖4）。

本文立足于人體尺寸測量參數(shù)，著重對(duì)作業(yè)人員的視野、操作范圍進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)出測井車作業(yè)空間。此設(shè)計(jì)方法在作業(yè)人員操作舒適、便捷、高效的同時(shí)也保障了工作的安全性與可靠性，符合“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。

[1] 束奇,王丙剛等. 基于CATIA的修井機(jī)作業(yè)人體分析與優(yōu)化[J].石油機(jī)械.2011,39(5):79～82.

[2] 陳波,李冬屹,張旭偉等.石油鉆機(jī)司鉆工作空間設(shè)計(jì)[J].石油礦場機(jī)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(shí)用技術(shù),2013,01:41～44.

[4] 屈文濤,徐曉航等.石油修井機(jī)操控室人機(jī)分析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2014,02:68～70.

3、結(jié)束語

對(duì)于中國FSAE賽車車隊(duì)，絕大部分所選的發(fā)動(dòng)機(jī)為摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)，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(wěn)定性。要降低發(fā)動(dòng)機(jī)重心，通過降低油底殼的高度，從參賽第一年經(jīng)驗(yàn)來看，如果把原裝油底殼改低的話，做到儲(chǔ)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(dāng)賽車在高速過彎時(shí)會(huì)造成油底殼的油液晃蕩，有時(shí)集濾器瞬間會(huì)吸不到機(jī)油，長時(shí)間運(yùn)行容易使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障問題。本文設(shè)計(jì)的干式油底殼系統(tǒng)可以降低整車的重心，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑能力與操控性能，并提高賽車的功率。

參考文獻(xiàn)

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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(xué)理學(xué)院。

?？蒲袉?dòng)基金 ( No.RC1304)