歐陽霜平，姚湘，呂紫薇，唐剛

基于Jack仿真的飛機(jī)除冰艙人機(jī)工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化

歐陽霜平1，姚湘1*，呂紫薇2，唐剛3

（1.湘潭大學(xué)，湖南 湘潭 411105；2.湖南第一師范學(xué)院，長沙 410205； 3.長沙九十八號(hào)工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司，長沙 410205）

改善飛機(jī)除冰艙的操作環(huán)境，提高操作員的整體舒適度和工作效率。通過對(duì)飛機(jī)除冰艙作業(yè)流程的分析，確定操作員常見的操作姿態(tài)；使用Jack軟件，對(duì)操作員可達(dá)域、可視域，以及舒適度進(jìn)行仿真模擬分析。基于這些分析結(jié)果，對(duì)飛機(jī)除冰艙的外形以及左右扶手臺(tái)等部件進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化。對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分析后發(fā)現(xiàn)：操作員觀察飛機(jī)、噴槍的視野盲區(qū)減小，常用操作手柄與開關(guān)按鈕位于雙手舒適可達(dá)范圍內(nèi)。通過人機(jī)工程仿真技術(shù)可準(zhǔn)確預(yù)判飛機(jī)除冰艙存在的人機(jī)工程設(shè)計(jì)缺陷，提高了設(shè)計(jì)合理性，為人-機(jī)-環(huán)境總體設(shè)計(jì)提供了參考。

飛機(jī)除冰艙；人因工程；仿真技術(shù)；適人性評(píng)價(jià)

冬季氣溫下降，停放在機(jī)場的飛機(jī)表面容易結(jié)冰，如果機(jī)翼結(jié)冰，會(huì)使機(jī)翼表面變得粗糙，飛機(jī)的空氣動(dòng)力性能變差，降低了飛行安全性，容易造成安全事故，且大量的冰附著在機(jī)身上，飛機(jī)質(zhì)量加大，也會(huì)降低飛機(jī)性能，影響經(jīng)濟(jì)性。因此，為了確保飛機(jī)能夠正常飛行，必須在起飛前30 min內(nèi)進(jìn)行除冰。目前，自行式除冰車應(yīng)用較為普遍。自行式除冰車主要由除冰車、臂架、除冰艙組成。作業(yè)時(shí)，由一人駕駛除冰車靠近飛機(jī)，另一人坐在除冰艙內(nèi)控制除冰艙的高度與位置，繞飛機(jī)近距離以一定壓力噴灑除冰液與防冰液[1]。由于在除冰過程中，除冰車與除冰艙需要貼近飛機(jī)進(jìn)行除冰作業(yè)，在寒冷、繁忙的機(jī)場，除冰、防冰工作任務(wù)重、時(shí)間長，且緊迫，長時(shí)間高空、寒冷、精力集中作業(yè)，非常容易使人疲勞，在除冰作業(yè)過程中容易與飛機(jī)碰撞刮擦。為避免除冰過程中造成損失或事故，在設(shè)計(jì)飛機(jī)除冰艙時(shí)，應(yīng)特別注重人機(jī)工程部分的設(shè)計(jì)與分析，提升飛機(jī)除冰艙的舒適性和安全性[2]。

相較于傳統(tǒng)通過經(jīng)驗(yàn)或?qū)嵨矧?yàn)證的方式，目前基于仿真技術(shù)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)周期短、成本低、效率高、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)[3]。采用仿真技術(shù)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)方法得到廣泛研究應(yīng)用。張芳燕等[4]利用人機(jī)工程仿真分析軟件Jack對(duì)反鏟式挖掘機(jī)駕駛室進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，優(yōu)化了駕駛室的視野與舒適度。陳登凱等[5]使用Delmia仿真軟件系統(tǒng)地完成民機(jī)內(nèi)飾典型部件的維修仿真分析任務(wù)，并給出明確的維修優(yōu)化方向。趙川等[6]提出了一種利用Jack軟件視野投影的盒形圖方法，并將這種方法成功運(yùn)用到叉車護(hù)頂架的可視設(shè)計(jì)優(yōu)化中。目前，針對(duì)飛機(jī)除冰艙進(jìn)行人機(jī)工程仿真分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)的研究還較少。本研究選擇飛機(jī)除冰艙作為研究對(duì)象，使用Jack人機(jī)工學(xué)仿真軟件，對(duì)操作員手臂可達(dá)區(qū)域、視野范圍，以及作業(yè)姿勢舒適度進(jìn)行仿真分析，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)飛機(jī)除冰艙現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化并重新驗(yàn)證。通過這種方法分析人機(jī)工程設(shè)計(jì)的缺陷，為除冰艙人-機(jī)-環(huán)境整體設(shè)計(jì)提供可行性參考[7-8]。

1 飛機(jī)除冰艙人機(jī)工程仿真分析流程

1.1 飛機(jī)除冰艙使用流程

操作員操作飛機(jī)除冰艙常用部件的難易程度會(huì)直接影響到操作員的舒適性，進(jìn)而影響其工作效率。通過對(duì)飛機(jī)除冰艙作業(yè)全流程的實(shí)地調(diào)研觀察，將飛機(jī)除冰艙主要分為作業(yè)準(zhǔn)備、作業(yè)進(jìn)行、作業(yè)完成三個(gè)階段，見表1。

表1 飛機(jī)除冰艙作業(yè)流程分析

Tab.1 Analysis of operation process in aircraft de-icing cabin

1）作業(yè)準(zhǔn)備階段，操作員進(jìn)入艙體后，需舉起右手通過按鍵開關(guān)啟動(dòng)除冰艙內(nèi)外的照明、除霧、雨刷等功能。此時(shí)姿勢為坐姿、舉右手，并抬頭觀察右手操作。當(dāng)除冰艙舉升到空中靠近飛機(jī)需除冰部位定位時(shí)，操作員需雙手操作兩側(cè)扶手臺(tái)手柄，并且需要觀察前方與兩側(cè)的周圍環(huán)境。

2）作業(yè)進(jìn)行階段，操作員需要操作兩側(cè)扶手臺(tái)上的開關(guān)按鍵啟動(dòng)除冰液噴灑等功能，同時(shí)需操作兩側(cè)手柄對(duì)除冰艙進(jìn)行移動(dòng)，眼睛需要密切關(guān)注前方噴灑狀況，以及周邊環(huán)境。

3）作業(yè)完成階段，操作員需舉起右手通過按鍵開關(guān)關(guān)閉除冰艙內(nèi)外的照明、除霧、雨刷等功能，然后爬出艙體。

1.2 飛機(jī)除冰艙仿真應(yīng)用流程

Jack人機(jī)工程仿真分析軟件能驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，提高研發(fā)效率[9]。根據(jù)Jack軟件提供的分析工具，以及飛機(jī)除冰車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[10]，綜合考慮操作人員的工作流程、評(píng)估指標(biāo)，繪制飛機(jī)除冰艙人機(jī)工程仿真分析流程圖，如圖1所示。

圖1 飛機(jī)除冰艙人機(jī)工程仿真分析流程

2 飛機(jī)除冰艙人機(jī)工程仿真分析

2.1 飛機(jī)除冰艙操作員模型建立

根據(jù)除冰艙人機(jī)仿真需求，以及GB 10000—1988《中國成年人人體尺寸》[11]，構(gòu)建除冰艙操作員人體模型。在進(jìn)行飛機(jī)除冰艙仿真時(shí)，其結(jié)果需適用于大部分操作員，屬于平均尺寸設(shè)計(jì)。因此，本文主要采用第50百分位人體數(shù)值，部分尺寸參考第5百分位和第95百分位數(shù)值，主要尺寸如表2所示。

根據(jù)中國成年男性18～60歲主要人體尺寸，在Jack軟件中建立百分位虛擬操作員人體模型，如圖2所示。

表2 中國成年男性18～60歲主要人體尺寸

Tab.2 Main body size of Chinese adult male aged 18-60 mm

圖2 精確尺寸百分位數(shù)字人體模型

2.2 飛機(jī)除冰艙人機(jī)仿真環(huán)境建立

根據(jù)某型飛機(jī)除冰艙尺寸，在Rhino中建立飛機(jī)、除冰艙三維數(shù)字模型，然后導(dǎo)入Jack軟件中，并將Jack軟件中建立的虛擬人體模型匹配到導(dǎo)入的除冰艙三維模型中，建立虛擬人-機(jī)-環(huán)境，如圖3所示。由于被舉升到空中的飛機(jī)除冰艙需靈巧輕量化，因此，通常采用輕便簡易的固定式座椅。在后續(xù)的仿真分析時(shí)，可不考慮座椅前后、高低調(diào)整對(duì)人體可觸范圍及視野帶來的影響。

圖3 飛機(jī)除冰艙仿真場景

2.3 操作員使用關(guān)鍵動(dòng)作設(shè)計(jì)

根據(jù)飛機(jī)除冰艙除冰作業(yè)流程，對(duì)操作員操作過程進(jìn)行關(guān)鍵姿態(tài)提取。然后對(duì)這幾個(gè)關(guān)鍵姿態(tài)進(jìn)行人機(jī)仿真分析，見圖4。

2.4 除冰艙可達(dá)域分析

空間可達(dá)域分析的主要內(nèi)容是操作員在除冰過程中，需要操作的按鈕、手柄是否均在操作員的雙手可達(dá)域范圍內(nèi)，并且是否方便操作。在分析過程中，一般從肩膀到中指指尖為最大可達(dá)域范圍。

圖4 作業(yè)關(guān)鍵姿態(tài)

Jack軟件中的Reach Zones工具可通過整個(gè)手臂的活動(dòng)范圍進(jìn)行跟蹤記錄，得到綠色的球形包絡(luò)數(shù)據(jù)，即操作員手部可達(dá)范圍[12]。在除冰過程中，操作員主要對(duì)兩側(cè)扶手臺(tái)上的手柄與按鈕，以及頭頂右側(cè)的按鈕進(jìn)行操作，如圖5所示。

圖5 操作員可達(dá)域分析

根據(jù)以上操作員手部可達(dá)域仿真分析可知，除冰艙內(nèi)兩側(cè)扶手臺(tái)上的操作手柄、按鈕開關(guān)，以及頂部右側(cè)的開關(guān)按鈕均在手臂球面包絡(luò)區(qū)域內(nèi)，滿足操作員的可達(dá)域需求。

2.5 除冰艙可視域分析

在除冰過程中，除冰艙需圍繞飛機(jī)作業(yè)，工況十分復(fù)雜，稍有不慎，就會(huì)造成比較嚴(yán)重的安全事故，因此除冰艙的設(shè)計(jì)特別注重良好的操作視野，以防止在除冰過程中，碰撞或剮蹭到飛機(jī)外殼。

1）雖然除冰艙一般都配備定位激光雷達(dá)等其他測距傳感器，但是，良好的操作視野能給操作員實(shí)際的距離感。在Jack軟件中，利用坐姿虛擬人體模型，軀干與腿部角度為90°，視線向下18°，左右擺頭至頭部擺動(dòng)最大角度為±43.5°，觀察四周視野，利用Jack軟件的Eye View功能，得到操作員的視野結(jié)果，見圖6。結(jié)果顯示操作員操作視野相對(duì)較好，能清楚地觀察外部飛機(jī)的狀態(tài)，但是前方A柱相對(duì)較粗，對(duì)操作員視野有一定的影響。

圖6 操作員視野分析

2）操作員在進(jìn)行除冰作業(yè)時(shí)，除冰艙內(nèi)的操作員需點(diǎn)擊艙內(nèi)的開關(guān)按鈕。因此這些開關(guān)按鈕不僅要排布在方便操作的可達(dá)域之內(nèi)，而且還需要能快速看清每個(gè)按鈕的功能，以免產(chǎn)生誤操作。Jack軟件中的View Cones和Eye View功能可以輸出操作員的視錐范圍和第一視角畫面。根據(jù)視錐參數(shù)設(shè)計(jì)要求，距離1 000 mm，角度30°以內(nèi)的視錐范圍，操作員可以清晰識(shí)別操作開關(guān)上的文字圖標(biāo)[4]。操作員點(diǎn)擊開關(guān)按鈕的視野，如圖7所示。結(jié)果表明，手部在點(diǎn)擊扶手臺(tái)手柄前面的部分開關(guān)時(shí)，被手柄遮擋，需重新布置被遮擋的部分開關(guān)按鈕。

圖7 操作員可視域分析

2.6 操縱姿態(tài)的舒適性分析

針對(duì)人體姿態(tài)分析，可以對(duì)人的整體或局部姿態(tài)進(jìn)行檢查、評(píng)分和優(yōu)化，從而確定使用者在作業(yè)過程中人機(jī)交互的最佳使用情況，并對(duì)其工效進(jìn)行評(píng)定[13]。通過對(duì)除冰艙作業(yè)流程的梳理與實(shí)際作業(yè)環(huán)境的調(diào)研可知，除冰艙作業(yè)人員需長時(shí)間坐立，雙手操縱手柄，控制除冰艙的行進(jìn)位置，以及噴槍頭的方向與位置。因此，主要對(duì)操作員坐立雙手握手柄姿態(tài)進(jìn)行舒適性分析。

2.6.1 操作員Porter舒適度分析

Poter舒適度分析可以反應(yīng)關(guān)節(jié)的合理彎曲度，如圖8所示，黃色線段表示關(guān)節(jié)彎曲舒適度的最大和最小限定值，0位置表示典型值。在限定的范圍內(nèi)長條數(shù)據(jù)顯示綠色，超過黃色線段，即超出最大限定值，長條數(shù)據(jù)就會(huì)變黃，越趨近于0位置的典型值，舒適度越高，反之?dāng)?shù)值的絕對(duì)值越大，則舒適度越低[3]。結(jié)果表明，左右上臂、左膝蓋、右大腿、右小腿，這5處的關(guān)節(jié)彎曲舒適度超出限定范圍值，需通過兩側(cè)扶手臺(tái)人機(jī)尺寸的調(diào)整，優(yōu)化上臂彎曲度。

圖8 操作員Poter舒適度分析結(jié)果

2.6.2 操作員Krist舒適度分析

Krist舒適度分析可以對(duì)不同身體部位的舒適度進(jìn)行評(píng)級(jí)，分?jǐn)?shù)為0～80，分?jǐn)?shù)越高表示舒適度評(píng)級(jí)越差[14]。在飛機(jī)除冰艙人機(jī)工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能減小操作員各部位的數(shù)值，從而獲得更好的舒適度。操作員Krist舒適度仿真分析結(jié)果如圖9所示。綜合舒適度為80，綜合舒適度低。

圖9 操作員Krist舒適度分析結(jié)果

2.6.3 靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測分析

Jack提供的靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測（Static Strength Prediction）工具，可以評(píng)估有多少比例的人可以保持這一身體部位的姿勢進(jìn)行工作[3,15]。如圖10所示，操作員在此種工作姿勢下，膝蓋與踝關(guān)節(jié)能做到的人數(shù)明顯未達(dá)到100%，需要優(yōu)化除冰艙前部的空間尺寸設(shè)計(jì)，讓腿部獲得更好的舒適度。

圖10 操作員靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測分析結(jié)果

靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測的所有圖表分析結(jié)果，提供了23項(xiàng)細(xì)化動(dòng)作預(yù)測評(píng)估，如圖11所示。其中16項(xiàng)動(dòng)作100%操作員可以完成，有7項(xiàng)動(dòng)作，少部分人不能完成。不能完成的主要部位為膝蓋與踝關(guān)節(jié)；膝蓋和踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩值較大，達(dá)到75～100 N·m；軀干強(qiáng)度值超過420 N·m。綜合靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測結(jié)果，表明這幾處身體部位的姿勢需進(jìn)行調(diào)整。

圖11 靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測所有圖表分析結(jié)果

3 飛機(jī)除冰艙優(yōu)化分析與設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化與建議

飛機(jī)除冰艙的人機(jī)工程仿真分析結(jié)果表明，除冰、防冰作業(yè)時(shí)，操作員觀察飛機(jī)外部環(huán)境的視野，常用操作開關(guān)按鈕的可視性，以及姿勢舒適度，需要進(jìn)一步優(yōu)化，主要包括以下幾個(gè)方面。

南水北調(diào)工程總體規(guī)劃和東中線一期工程可行性研究階段等，均已對(duì)東中線一期工程供水成本項(xiàng)目及系數(shù)等給出明確意見。但隨著前期工作的不斷深入，結(jié)合現(xiàn)行相關(guān)政策和實(shí)際情況變化，有部分供水成本項(xiàng)目及參數(shù)存在一些爭議，在遵循以往前期工作成果的基礎(chǔ)上，有必要對(duì)供水成本項(xiàng)目進(jìn)行分析并合理取舍。

1）對(duì)飛機(jī)除冰艙A柱以及透明玻璃區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，擴(kuò)大操作員作業(yè)時(shí)觀察飛機(jī)的視野。

2）通過重新調(diào)整操作手柄的位置，減小上臂彎曲的角度。

3）調(diào)整常用開關(guān)按鈕的位置，減小操作難度，增加可視性。

4）增加腿部空間，舒緩膝蓋與踝關(guān)節(jié)所受壓力。

3.2 除冰艙優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）艙體外形優(yōu)化。在滿足除冰艙整體剛性強(qiáng)度的前提下，盡量減小A柱的寬度，擴(kuò)大玻璃區(qū)域的面積，使操作員獲得更好的視野。同時(shí)適當(dāng)調(diào)整除冰艙前部的空間尺寸設(shè)計(jì)，使操作員獲得更大、更舒適的操作空間，見圖12。

2）兩側(cè)扶手臺(tái)優(yōu)化。將手柄位置往前移動(dòng)，將開關(guān)按鈕向后排布，可以解決部分按鈕被遮擋的問題。同時(shí)按鈕及圖標(biāo)視距更近，可以看得更清晰，降低誤操作風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合Jack舒適度工具，在優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)，扶手臺(tái)的位置向后移動(dòng)20 mm，扶手臺(tái)部件安裝面高度抬高35 mm，可以獲得更舒適度的作業(yè)姿態(tài)。兩側(cè)扶手臺(tái)優(yōu)化前后的示意圖如圖13所示。

圖12 優(yōu)化前后的除冰艙外形

圖13 優(yōu)化前后的除冰艙內(nèi)扶手臺(tái)

4 優(yōu)化后的結(jié)果分析與校核

4.1 優(yōu)化后的可視域分析

1）優(yōu)化后的除冰艙操作員視野，如圖14所示。結(jié)果顯示操作員具有良好的操作視野，能清晰地觀察外部飛機(jī)的狀態(tài)。相比原設(shè)計(jì)，減少了A柱帶來的視覺遮擋。

圖14 操作員視野分析

2）使用Eye View、View Cones工具，再次進(jìn)行視域分析，如圖15所示。結(jié)果表明，重新排布后的開關(guān)按鈕均在操作員的可視范圍內(nèi)，清晰可見，且操作時(shí)不會(huì)被手柄遮擋。

圖15 操作員可視域分析

3）在除冰液以及防凍液的噴灑過程中，操作員需要自上而下對(duì)飛機(jī)的結(jié)冰部位進(jìn)行精準(zhǔn)噴灑，因此操作員需要清楚地看到噴槍頭的位置。在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，以可以觀察到噴頭的極限位置為準(zhǔn)。Jack軟件的Obscuration Zones工具可輸出障礙物遮擋的邊界[12]。利用該工具，將障礙物設(shè)置為前窗玻璃，即可得到前窗玻璃遮擋區(qū)域的邊界，即操作員前方視野區(qū)域。噴頭的極限位置和操作員前窗的可視區(qū)域邊界，如圖16所示。結(jié)果表明，噴頭的極限位置都在操作員的前窗可視區(qū)域內(nèi)，操作員能很好地觀察到噴頭的各個(gè)位置。

通過以上飛機(jī)除冰艙可視域仿真分析，表明操作員在優(yōu)化后的除冰艙內(nèi)，能夠擁有更好的觀察視野，能最大范圍看清除冰艙周圍的環(huán)境，也可以完全觀測到噴槍頭的所有位置，同時(shí)艙內(nèi)所有的開關(guān)按鈕也在清晰的可視范圍之內(nèi)。因此，該優(yōu)化后的除冰艙滿足操作員人機(jī)工學(xué)可視域設(shè)計(jì)需求。

圖16 噴槍位置可視性分析

4.2 優(yōu)化后的可達(dá)域分析

操作員手部可達(dá)域仿真分析，如圖17所示。除冰艙內(nèi)兩側(cè)扶手臺(tái)上的操作手柄、按鈕開關(guān)，以及頂部右側(cè)的開關(guān)按鈕均在手臂球面包絡(luò)區(qū)域內(nèi)，因此，優(yōu)化后的除冰艙滿足操作員的空間可達(dá)域人機(jī)尺寸設(shè)計(jì)需求。

圖17 操作員可達(dá)域分析

4.3 優(yōu)化后的作業(yè)姿態(tài)舒適性分析

4.3.1 操作員工作姿勢分析

通過Jack中的Ovako工作姿勢分析（Ovako Working Posture Analysis）工具，可以對(duì)操作員作業(yè)姿勢進(jìn)行分?jǐn)?shù)評(píng)級(jí)，級(jí)別越小代表越舒適[16]。仿真結(jié)果為1，如圖18所示。表明工作姿勢看起來正常自然，肌肉骨骼系統(tǒng)的體位負(fù)荷是可以接受的，沒有必要采取糾正措施。

圖18 工作姿勢分析

4.3.2 操作員Porter舒適度分析

優(yōu)化后的Poter舒適度分析結(jié)果，如圖19所示。結(jié)果表明，除冰艙操作員的主要關(guān)節(jié)彎曲度都為綠色，代表所有關(guān)節(jié)彎曲度都在限定彎曲舒適值之內(nèi)。

圖19 優(yōu)化后的Poter舒適度分析結(jié)果

表3 優(yōu)化前后的Porter舒適度數(shù)值對(duì)比

對(duì)比優(yōu)化前后的Poter舒適度數(shù)值，如表3所示。優(yōu)化后，操作員上臂向右彎曲、上臂向左彎曲、左膝蓋、右大腿向內(nèi)彎曲值，更趨向典型值，其余關(guān)節(jié)彎曲舒適度值也得到改善。

4.3.3 操作員Krist舒適度分析

優(yōu)化后的操作員Krist身體部位的舒適度仿真分析結(jié)果，如圖20所示。

對(duì)比優(yōu)化前后的Krist舒適度數(shù)值，如圖21所示。優(yōu)化后的身體各部位舒適度值降低，操作員身體部位的舒適度有所提升。

4.3.4 優(yōu)化后的靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測分析

優(yōu)化后操作員工作姿勢的靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測，如圖22所示。膝蓋與踝關(guān)節(jié)動(dòng)作能做到的人數(shù)百分比增加，舒適度得到改善。

圖20 優(yōu)化后的Krist舒適度分析結(jié)果

圖21 優(yōu)化前后的Krist舒適度分析對(duì)比

圖22 操作員靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測分析結(jié)果

優(yōu)化后的靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測細(xì)項(xiàng)圖表分析結(jié)果，如圖23所示。膝蓋與踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩值有一定降低，軀干強(qiáng)度值已減小到360 N·m。表明腿部與軀干的壓力得到緩解。

圖23 靜態(tài)強(qiáng)度預(yù)測所有圖表分析結(jié)果

5 結(jié)論

使用Jack人機(jī)工程分析軟件，對(duì)飛機(jī)除冰艙除冰操作過程中噴槍位置、操作員可視域、常用操作手柄和開關(guān)按鈕的可達(dá)性，以及作業(yè)姿態(tài)的舒適度進(jìn)行仿真分析，并針對(duì)分析結(jié)果，逐一對(duì)除冰艙的人機(jī)工程進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，操作員視野和艙內(nèi)人機(jī)交互尺寸得到改善，操作過程中的作業(yè)姿態(tài)舒適度得到明顯提升，證明了本文方法的合理性與有用性，為同類型操作艙空間設(shè)計(jì)，提供了人-機(jī)-環(huán)境設(shè)計(jì)驗(yàn)證參考。本文主要對(duì)操作員作業(yè)姿勢的可視域、可達(dá)域、舒適度進(jìn)行了深入的分析，未來還可以對(duì)操作員進(jìn)出艙姿態(tài)、頭部空間舒適度等進(jìn)行深入研究，將虛擬仿真分析應(yīng)用到更多的人機(jī)工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證中。

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Ergonomics Design and Improvement of Aircraft De-icing Cabin Based on Jack Simulation

OUYANG Shuangping1, YAO Xiang1*, LYU Ziwei2, TANG Gang3

(1. Xiangtan University, Hunan Xiangtan 411105, China; 2. Hunan First Normal University, Changsha 410205, China; 3. Changsha No. 98 Industrial Design Co., Ltd., Changsha 410205, China)

The work aims to improve the operational conditions of the aircraft de-icing cabin and increase the operator's overall comfort and efficiency. The key postures of the operator were set by analyzing the operation process of the aircraft de-icing cabin. The operator's reach zones, view area, and comfort level were simulated and analyzed by the ergonomic simulator software-Jack. Based on these analysis results, the shape of the aircraft de-icing cabin and the left and right armrests were optimized. Through the analysis on the optimized design scheme, it was found that the operator's blind area of observing the aircraft and spray gun was reduced, and all operational handles and switches were now easily accessible with both hands. Ergonomic design errors in aircraft de-icing cabin can be predicted by ergonomic simulation technology, which can also improve design rationality and provide reference for design in the man-machine environment.

de-icing cabin; ergonomics; simulation technology; human-rating

TB472

A

1001-3563(2024)04-0049-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.04.005

2023-09-28

國家自然學(xué)科基金項(xiàng)目（52375269）；國家社會(huì)科學(xué)基金藝術(shù)學(xué)一般項(xiàng)目（20BG115）