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        自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控的人因問題

        2018-03-06 12:45:32陳斌潘洋夏禎捷張潤梁趙華
        集裝箱化 2018年12期
        關(guān)鍵詞:技能作業(yè)

        陳斌 潘洋 夏禎捷 張潤梁 趙華

        近年來,廈門港、青島港和上海港的自動化集裝箱碼頭陸續(xù)投入使用,其中岸橋遠(yuǎn)程操控技術(shù)的應(yīng)用大大減輕了岸橋操控人員的工作強(qiáng)度和職業(yè)病損傷,但同時也引發(fā)了新的人因問題。從人因?qū)W的角度來看,遠(yuǎn)程操控指作業(yè)人員在不通過感知器官直接獲取作業(yè)現(xiàn)場信息的情況下,操作和控制設(shè)備完成作業(yè)任務(wù)。[1]取代人類感知器官的技術(shù)包括視頻拍攝和傳輸、傳感器和通信傳輸?shù)燃夹g(shù)。遠(yuǎn)程操控技術(shù)有助于提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性,在軍事、航空航天、林業(yè)巡檢、地鐵交通等危險(xiǎn)性或重要性較高的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控的作業(yè)特征,分析岸橋遠(yuǎn)程操控的人因問題,并提出相應(yīng)的解決措施。

        1 自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控的作業(yè)特征

        1.1 任務(wù)特征

        傳統(tǒng)集裝箱碼頭岸橋作業(yè)由司機(jī)在作業(yè)現(xiàn)場操控完成,包括運(yùn)行大車、運(yùn)行小車、起升操控和變幅操控等環(huán)節(jié),其中運(yùn)行小車和起升操控為主要環(huán)節(jié);而自動化集裝箱碼頭岸橋作業(yè)的大部分環(huán)節(jié)由設(shè)備自動完成,只有對位環(huán)節(jié)需要作業(yè)人員通過遠(yuǎn)程操控設(shè)備完成。由此可見:傳統(tǒng)集裝箱碼頭岸橋作業(yè)屬于追蹤作業(yè),即作業(yè)人員可以對追蹤對象進(jìn)行預(yù)測加工,從而對整個追蹤過程中的預(yù)期進(jìn)行補(bǔ)償[2];相比之下,自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)缺乏類似的預(yù)檢程序,作業(yè)人員必須利用可獲得的信息和心理計(jì)算工具來預(yù)測輸入路線[3]。

        1.2 環(huán)境和系統(tǒng)特征

        1.2.1 分立顯示

        在自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)過程中,作業(yè)人員通過閉路電視(closed-circuit television,CCTV)、輔助操作系統(tǒng)(operation assistant system,OAS)和碼頭操作系統(tǒng)(terminal operating system,TOS)來獲取作業(yè)信息。自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控控制臺共配備6臺顯示器,其中:CCTV顯示器有4臺,OAS顯示器和TOS顯示器各有1臺。

        CCTV1可顯示分屏畫面,并且隨吊具位置的變化而自動切換畫面;因此,CCTV1呈現(xiàn)的信息是跳躍式的而非連續(xù)的。

        CCTV2呈現(xiàn)穩(wěn)定的畫面:安裝于岸橋后大梁的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察岸橋中間框架的情況;安裝于岸橋海側(cè)上橫梁左右兩側(cè)的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察大車運(yùn)行過程中大梁左側(cè)和下方的情況;安裝于岸橋樓梯中部的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察艙蓋板存放區(qū)域的情況。

        CCTV3的畫面呈現(xiàn)特點(diǎn)與CCTV1類似,可分屏顯示不同攝像頭拍攝的畫面。

        CCTV4呈現(xiàn)固定的畫面(不允許切換):安裝于岸橋海側(cè)和陸側(cè)鞍梁中部的攝像頭可幫助作業(yè)人員觀察集裝箱與吊具或集卡之間的高度差;安裝于岸橋小車架前后的攝像頭能夠自動跟蹤吊具,幫助司機(jī)觀察岸橋小車架下方吊具和車道的情況。

        OAS顯示器和TOS顯示器呈現(xiàn)仿真畫面。

        1.2.2 多軸控制

        多軸控制指在多個坐標(biāo)軸內(nèi)對岸橋?qū)嵤┻h(yuǎn)程操控。在分立顯示模式下,由于每臺顯示器呈現(xiàn)的畫面不同,多軸控制的績效會受到一定影響。

        2 自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控的人因問題

        (1)人機(jī)功能分配效果有限。在傳統(tǒng)集裝箱碼頭岸橋作業(yè)模式下,司機(jī)為了追求作業(yè)效率,縮短吊運(yùn)環(huán)節(jié)的作業(yè)時間,傾向于通過手柄的組合動作使吊具在空中形成拋物線的移動軌跡,從而容易引發(fā)事故。在自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)模式下,吊運(yùn)環(huán)節(jié)由設(shè)備自動完成,而起吊和著箱環(huán)節(jié)仍然由作業(yè)人員手動操控完成,從而通過技術(shù)手段限制吊運(yùn)路線,提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性。吊運(yùn)環(huán)節(jié)由設(shè)備自動完成,能夠在一定程度上減輕作業(yè)人員的工作疲勞;但系統(tǒng)設(shè)置上的人機(jī)功能分配并未在作業(yè)意識中產(chǎn)生人機(jī)功能區(qū)分的效果,對于無法適應(yīng)遠(yuǎn)程操控的作業(yè)人員而言,即使在設(shè)備自動吊運(yùn)的過程中,其雙手仍然處于緊握手柄的狀態(tài),難以完全放松。

        (2)作業(yè)人員操控技能退化。研究發(fā)現(xiàn),無人船自動化程度的提高導(dǎo)致船舶駕駛?cè)藛T的判斷能力、現(xiàn)場反應(yīng)能力、技能遷移能力等有所退化。[4]自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控存在同樣的問題。岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)人員的操控技能由心智技能和動作技能構(gòu)成,其中:動作技能是外在表現(xiàn),心智技能是內(nèi)在支撐。從工程心理學(xué)的角度分析,心智技能作為長時記憶被保存,而長時記憶再現(xiàn)和再認(rèn)失敗會導(dǎo)致心智技能退化。隨著岸橋自動化水平的提高,作業(yè)環(huán)境和情境發(fā)生顯著變化,作業(yè)人員長時記憶提取線索也會發(fā)生變化、轉(zhuǎn)化甚至被遺忘,從而導(dǎo)致作業(yè)人員心智技能退化,進(jìn)而導(dǎo)致其動作技能退化。

        (3)系統(tǒng)故障修復(fù)成本較高且修復(fù)時間較長。自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的集成度較高且元器件價(jià)格昂貴,加之系統(tǒng)故障診斷較為復(fù)雜,導(dǎo)致其故障修復(fù)成本較高且修復(fù)時間較長。

        (4)作業(yè)人員對設(shè)備的感知隔離。在傳統(tǒng)人工作業(yè)模式下,岸橋司機(jī)可以隨時了解作業(yè)信息和作業(yè)環(huán)境;而在遠(yuǎn)程操控作業(yè)模式下,作業(yè)人員遠(yuǎn)離岸橋,對岸橋震動、移動等缺乏直觀感受,即處于感知隔離狀態(tài),只能通過可獲得的局部信息在頭腦中重構(gòu)整體信息。

        (5)顯示器呈現(xiàn)的畫面信息零散且過于細(xì)節(jié)化。岸橋遠(yuǎn)程操控控制臺的顯示器呈現(xiàn)的畫面信息零散且過于細(xì)節(jié)化,可能導(dǎo)致以下問題:一是作業(yè)人員對相關(guān)信息缺乏臨在感和整體感,從而影響其作出正確判斷;二是長時間近距離注視顯示器容易引發(fā)作業(yè)人員眼部疲勞。

        (6)作業(yè)人員對岸橋遠(yuǎn)程操控的適應(yīng)能力不同。對于具備傳統(tǒng)岸橋作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的人員而言,通過顯示器獲取的現(xiàn)場作業(yè)信息缺乏整體性;而對于不具備傳統(tǒng)岸橋作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的人員而言,需要熟知集裝箱裝卸作業(yè)的完整流程才能更好地適應(yīng)岸橋遠(yuǎn)程操控。

        3 自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控人因

        問題的解決措施

        (1)遵循以人為中心的岸橋設(shè)計(jì)原則。在自動化改造的過程中,人機(jī)各自承擔(dān)的功能以及人機(jī)功能的切換和銜接都要以人為中心,以人的認(rèn)知規(guī)律為前提。岸橋設(shè)計(jì)也要遵循以人為中心的原則,利用先進(jìn)技術(shù)延伸和拓展作業(yè)人員的能力,幫助作業(yè)人員以安全、高效、經(jīng)濟(jì)的方式完成作業(yè)任務(wù),從而提高自動化集裝箱碼頭作業(yè)的安全性和可靠性。

        (2)規(guī)范岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)流程。自動化集裝箱碼頭岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)需要完善流程控制,使各作業(yè)環(huán)節(jié)密切配合,以免造成不必要的資源浪費(fèi)。

        (3)加強(qiáng)作業(yè)人員培訓(xùn)。自動化集裝箱碼頭應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對作業(yè)人員的自動化技術(shù)培訓(xùn),使作業(yè)人員了解岸橋遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的功能和內(nèi)在邏輯,幫助其順利適應(yīng)岸橋遠(yuǎn)程操控作業(yè)。

        (4)推動人工智能與自動化技術(shù)相結(jié)合。利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)和決策,最終實(shí)現(xiàn)岸橋作業(yè)的全自動化。

        參考文獻(xiàn):

        [1] SHERIDAN T B. Telerobotics, automation, and human super-visory control[M]. Cambridge: MIT press, 1992: 35.

        [2]GRUNWALD A J, ROBERTSON J B, HATFIELD J J. Experimental evaluation of a perspective tunnel display for three-dimensional helicopter approaches[J]. Journal of Gui-dance, Control, and Dynamics, 1981, 4(5): 623-631.

        [3] 威肯斯 C D,霍蘭茲J G. 工程心理學(xué)與人的作業(yè)[M]. 朱祖祥,譯. 上海:華東師范大學(xué)出版社,2003:510-512.

        [4] WINGROVE M. What are the challenges for navigating drone ships?[EB/OL]. (2017-03-10)[2018-10-30]. https://www.marine- mec.com/news/view,what-are-the-challenges-for-navigating-drone-ships_46852.htm.

        (編輯:張敏 收稿日期:2018-11-21)

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