陳登凱 ，范昱 ，張帥 ，曲俊霖

1西北工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，陜西西安710072

2陜西省工業(yè)設(shè)計工程實驗室，陜西西安710072

0 引 言

大深度載人潛水器工作艙的布局設(shè)計是潛水器整體系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分之一，不僅需要為潛航員提供工作、生活所需的一切設(shè)備和設(shè)施，還需要在基本無舒適度可言的環(huán)境中營造一個低疲勞度、低擁擠度和低緊張感的工作環(huán)境。

隨著對海下資源勘探的深入，我國載人潛水器不斷突破更大的下潛深度，這就給潛水器工作艙的布局設(shè)計帶來了新的問題，主要有：1）海底壓力的增大導(dǎo)致艙室球殼直徑減小，即工作艙體積減少，設(shè)備排布更加緊湊集中；2）大深度下殼體的變形量對設(shè)備布置產(chǎn)生影響；3）球殼直徑減少的同時也減少了地板面積；4）隨著下潛深度的增加，潛航員的工作強度增強，更容易疲勞；5）儲物空間更加有限。

以往的艙室設(shè)計多根據(jù)人體肌肉疲勞度的要求來進行，但這很容易使設(shè)備排布過分集中或是超出有限的空間，從而引起設(shè)備安裝、使用和維護上的問題，而注重艙內(nèi)功能和人機工效這2種導(dǎo)向的設(shè)計方法則可避免這些問題［1］。

本文將以艙內(nèi)功能和人機工效為目標(biāo)導(dǎo)向，通過分析這2種導(dǎo)向下的具體約束，提出以滿足艙內(nèi)設(shè)備正常運行的功能系統(tǒng)約束和降低潛航員不健康隱患的人機工效約束為基礎(chǔ)的載人潛水器工作艙布局設(shè)計方法，形成針對大深度潛水器的艙內(nèi)布局設(shè)計流程。最后以“蛟龍”號潛水器為例進行工作艙的布局設(shè)計，并利用JACK仿真分析系統(tǒng)等工具對布局方案進行人機綜合評價，以對該方法進行驗證。

1 艙內(nèi)功能及人機工效導(dǎo)向的設(shè)計流程與方法

大深度載人潛水器的下潛深度一般在6 000 m以上，甚至是全海深，因此為減少潛器重量，工作艙的體積需要變小，但這對于形態(tài)設(shè)計和設(shè)備排布影響很大。另外，大深度下殼體的變形量也會影響設(shè)備排布。殼體變形量的問題主要通過搭建機架、留出余量的方式來解決。而有關(guān)艙室尺寸狹小的問題，首要的任務(wù)是把設(shè)備合理排布在小空間內(nèi)，故需先確定艙內(nèi)功能約束；由于符合人機工程學(xué)的布局尺寸可以避免潛航員因過度疲勞而導(dǎo)致對設(shè)備的誤操作，因此還需確定人機工效約束。另外，由于艙室體積變小，還會帶來設(shè)備面板的排布緊湊混亂的問題，這也會導(dǎo)致誤操作，因此需要對設(shè)備進行功能分區(qū)設(shè)計［2］。我國于2009年研發(fā)的“蛟龍”號的面板排布就過于集中，對人的行為和心理考慮不充分，長時間操作很容易使人疲勞。

根據(jù)以上分析，認(rèn)為大深度載人潛水器工作艙的布局設(shè)計需求如下：

1）保證設(shè)備安裝和維修的可行性；

2）保證人員能夠準(zhǔn)確操作設(shè)備；

3）設(shè)備的排布符合人機工效學(xué)要求，能改善潛航員的作業(yè)疲勞問題。

要滿足以上設(shè)計需求，就需要保證能消除殼體變形量的影響，能依據(jù)艙內(nèi)功能和人機工效的尺寸約束解決工作艙布局的尺寸問題，并能規(guī)劃設(shè)備排布和工作區(qū)域，最終得到符合尺寸要求的布局。

基于具體約束的設(shè)計方法的精準(zhǔn)度和實用性很高，可以應(yīng)用到現(xiàn)有的新型布局理念或智能布局方法上。例如，可以將功能系統(tǒng)及人機工效約束作為布局的先決條件，然后再對艙室布局優(yōu)化的適應(yīng)度函數(shù)等進行研究，之后再根據(jù)條件基于遺傳蟻群算法（Genetic Algorithm-Ant Colony Algorithm，GA-ACA）等建立布局設(shè)計模型，開發(fā)布局設(shè)計系統(tǒng)［3］。文獻［4］中所提的通過制定玩家間單獨進行的布局游戲來幫助布局設(shè)計的方法，其本質(zhì)即是以艙內(nèi)功能為導(dǎo)向，以約束為基礎(chǔ)進行游戲過程。該游戲的高分?jǐn)?shù)解決方案由相應(yīng)位置所需的設(shè)備排布情況是否最均衡合理來確定，因此需要事先布置人機及艙室2種導(dǎo)向下的約束條件以作為評定標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 艙內(nèi)功能導(dǎo)向分析

艙內(nèi)功能導(dǎo)向下的設(shè)計，是指以滿足艙內(nèi)設(shè)備功能實現(xiàn)為方向進行的設(shè)計，是以設(shè)備為主體。首先，需要保證艙內(nèi)設(shè)備能夠被安裝和維修，即要求設(shè)備排布互相留有余量，安裝位置便于裝卸；其次，需要保證設(shè)備安全運行，即要求面板的朝向方便觀察，并給潛航員留有足夠的操作空間。最后，根據(jù)設(shè)備尺寸、艙室尺寸和所需容度確定艙內(nèi)功能約束。

艙內(nèi)功能約束包括艙內(nèi)機架尺寸、環(huán)境約束及工作艙分區(qū)。其中，環(huán)境約束包括球體尺寸、開孔尺寸、搭乘人員及其工作內(nèi)容，以及其他設(shè)施約束；工作艙分區(qū)包括整體分區(qū)及各區(qū)域主要設(shè)備。

1.1.1 艙內(nèi)機架

大深度潛水器耐壓殼體的選材多為高比強度、高比剛度、具有良好沖壓成型能力的鈦合金材料，工作深度一般在6 000 m以上的深海海域，其耐壓殼體身處高壓環(huán)境［5］，會產(chǎn)生微小的變形量。考慮到大深度下殼體變形量對設(shè)備布置會產(chǎn)生影響，可采用如下解決方法：由于艙體內(nèi)部不適合硬連接，故可采用先搭建機架，然后再在機架上安裝內(nèi)飾板，采用在內(nèi)飾板內(nèi)進行設(shè)計的方法；在機架與殼體之間留有容量，用以避免殼體變形對內(nèi)部設(shè)備造成影響，如圖1所示，地板直接與殼體連接。此外，在進行分區(qū)設(shè)計時，還可對主控區(qū)、顯示區(qū)及生命保障區(qū)（以下簡稱“生保區(qū)”）的規(guī)劃增加5%～10%的體積余量，以保證設(shè)備的安全性。

1.1.2 環(huán)境約束

為了使布局設(shè)計合理有效，方案的制定需要嚴(yán)格遵循大深度載人潛水器工作艙技術(shù)要求中的環(huán)境約束尺寸，因為環(huán)境約束確定了設(shè)計方案的基本形態(tài)。環(huán)境約束尺寸包括：球體尺寸；人員可用地板直徑、天花板高度；開孔尺寸，即艙口直徑和舷窗直徑；潛航員信息；已規(guī)定容積的其他設(shè)施的約束。

其中，潛航員及必備物資空間等約束為固定值，具體如下：載人潛水器的搭乘人員包括操控潛水器的潛航員和科學(xué)家，平均身高175 cm，體重80 kg。潛航員位于主觀察窗后的中間位置，負(fù)責(zé)監(jiān)測、通信、航行控制、設(shè)備啟停操作、壓載拋棄操作，以及作業(yè)機械手和工具的操作等控制潛水器航行與任務(wù)執(zhí)行的工作［6］?？茖W(xué)家位于左、右舷觀察窗后，負(fù)責(zé)配合水下作業(yè)任務(wù)、與水面進行協(xié)調(diào)、操作錄像設(shè)備并向母船發(fā)送信息等工作，同時還要觀察障礙物，以防止碰撞的發(fā)生。潛航員的正常工作時間為不超過12 h的下潛區(qū)域的白晝時段。

艙內(nèi)其他設(shè)施的約束如表1所示。

表1 其他約束Table 1 Other constraints

1.1.3 工作艙分區(qū)

1）整體分區(qū)。

根據(jù)設(shè)備功能的不同，工作艙內(nèi)可基本分為主控區(qū)、顯示區(qū)、生保區(qū)、工作區(qū)及其他設(shè)備區(qū)，區(qū)域排布如圖2所示，以主控區(qū)和顯示區(qū)為主。各設(shè)備按功能排布，以使?jié)摵絾T能清晰地辨識，便于操作。

不包括天花板上及地板下的空間，在潛航員可活動的中部空間中，考慮到設(shè)備體積及其與內(nèi)飾板之間的余量，主控區(qū)與顯示區(qū)的體積約占中部空間體積的10%～15%，在內(nèi)徑為1 800 mm的艙體中約為200～300 L，生保區(qū)約占總體積的12%～13%，約為240～260 L。

2）各分區(qū)設(shè)備。

各分區(qū)設(shè)備全部都需要規(guī)劃排布，并符合潛航員的操作流程與習(xí)慣［7］。各分區(qū)中的具體設(shè)備內(nèi)容如下：

（1）主控區(qū)，包括含有操作手柄的操作臺、加電控制面板、移動攝像機控制面板等。

（2）顯示區(qū)，包括航空信息顯示屏、綜合顯示屏、報警指示燈等。

（3）生保區(qū)，包括生命保障用品、應(yīng)急生活用品存儲設(shè)備等。

（4）其他區(qū)域，包括立體音響、蓄電池、對講機以及筆記本等。

1.2 人機工效導(dǎo)向分析

人機工效導(dǎo)向下的設(shè)計，是指以降低潛航員疲勞度為方向進行的設(shè)計，是以人為主體。首先，需要保證潛航員能夠安全工作，即避免復(fù)雜設(shè)計和不清晰的設(shè)計，少棱角，確保生保系統(tǒng)空間充足。其次，需要保證減少使?jié)摵絾T不健康的隱患，即要使設(shè)備的排布盡量滿足人機工程的要求，并考慮環(huán)境帶給人的生理和心理上的影響。

大深度載人潛水器工作區(qū)域布局的人機設(shè)計涉及各操作面板和顯示面板的具體排布填裝。其中，操作面板等裝置的放置需要依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的40項立姿和22項坐姿、人體靜態(tài)數(shù)據(jù)（包括人體主要參數(shù)、立姿人體參數(shù)、坐姿人體參數(shù)、靜坐時的人體尺寸與身高等）、人體動態(tài)數(shù)據(jù)（包括成年男子上肢的功能尺寸等）［8］，以及艙體各區(qū)域的約束尺寸來確定出最合理的設(shè)備安排和最佳的人員姿勢。另外，艙內(nèi)各顯示裝置位置的確定直接決定了其閱讀和識別的精準(zhǔn)性與時長，因此在進行顯示裝置的布局設(shè)計時，應(yīng)重點考慮人的兩只眼睛的視野，包括國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的水平面各類物體的視野、垂直面各類物體的視野［9］，以及及視覺特性等數(shù)據(jù)。依據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，得到了表2所示工作區(qū)域操作裝置布局設(shè)計的部分?jǐn)?shù)據(jù)范圍及表3所示顯示裝置布局設(shè)計的部分?jǐn)?shù)據(jù)范圍。

表2 操作裝置布局?jǐn)?shù)據(jù)Table 2 The data of the operating device layout

表3 顯示裝置布局?jǐn)?shù)據(jù)Table 3 The data of the display device layout

1.3 兩種導(dǎo)向的關(guān)系

在確定技術(shù)要求的范圍時，艙內(nèi)功能系統(tǒng)約束要優(yōu)先于人機工效約束。以顯示區(qū)為例，功能系統(tǒng)約束確定了區(qū)域的整體容積以及需要排布設(shè)備的數(shù)量與尺寸，人機工效約束則確定了每個設(shè)備的最佳排布位置范圍，設(shè)備的最終位置在此范圍內(nèi)或接近此范圍即可。采用集合的形式來表示顯示區(qū)布局設(shè)計時2種導(dǎo)向的內(nèi)容及其關(guān)系，如式（1）所示。

式中：Fc為艙內(nèi)功能系統(tǒng)約束尺寸；Ec為人機工效約束尺寸；Va，Wa，Qe，Ve，We分別為區(qū)域容積、區(qū)域?qū)挾?、設(shè)備數(shù)量、設(shè)備容積及設(shè)備寬度；分別為最佳視角和最佳視域；T1為根據(jù)功能系統(tǒng)約束確定的顯示區(qū)布局設(shè)計的技術(shù)要求范圍；T2為根據(jù)2種約束確定的最終技術(shù)要求范圍。

1.4 設(shè)計流程

以艙內(nèi)功能和人機工效為設(shè)計導(dǎo)向，以滿足約束要求為實際辦法，綜合考慮了大深度、多約束、狹小空間、人機交互等特點和與求［10］，確定的設(shè)計流程如圖3所示?？煞譃?個部分：

1）根據(jù)2種導(dǎo)向下的約束提取出技術(shù)要求范圍［11］；

2）對艙內(nèi)進行整體規(guī)劃和分區(qū)域設(shè)計，并進行具體的尺寸設(shè)計；

3）進行人機綜合分析，考察是否滿足人機工效及其他要求。

人機仿真分析是將現(xiàn)實應(yīng)用投影到虛擬人機交互中進行評價的最清晰的工具［12］，利用仿真軟件可檢查設(shè)備間是否干涉、人的操作是否滿足舒適度要求，并進行修改，完善方案。

傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計流程如圖4所示，其是以造型設(shè)計為主，講究通過造型的概念設(shè)計來表達美觀、舒適等特點，并通過造型的創(chuàng)新來解決人們使用產(chǎn)品的問題，而尺寸約束則需要根據(jù)造型的需求做出讓步。由于大深度潛水器艙室的布局設(shè)計不具備傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計空間自由的條件，因此必須嚴(yán)格滿足約束，合理分配空間，以保障下潛工作安全、有效進行。

在后續(xù)的發(fā)展中，也可以綜合運用相關(guān)的布局方法，囊括多方面的布局要求，對最終位置不斷地進行優(yōu)化，如具體約束下的艙室聲學(xué)布局方法［13］、動態(tài)環(huán)境的布局方法［14］、基于可維護性的設(shè)施布局方法［15］、將專家經(jīng)驗用數(shù)值進行表示來建立問題描述模型的知識融合方法［16］等，創(chuàng)造在聲學(xué)環(huán)境影響、設(shè)備最優(yōu)維護等要求下的輔助約束，然后再進行設(shè)計。

2 艙內(nèi)功能及人機工效導(dǎo)向設(shè)計案例

2.1 約束分析

1）功能系統(tǒng)約束。

以“蛟龍”號潛水器艙內(nèi)布局設(shè)計為例來確定艙內(nèi)功能系統(tǒng)約束，包括環(huán)境約束及工作艙分區(qū)。圖5所示為將“蛟龍”號某型號潛水器同比例縮小后的大深度潛水器工作艙的模擬尺寸。

首先，確定其球體尺寸與開孔尺寸（圖5），規(guī)定球體內(nèi)直徑為1 800 mm；依據(jù)人體舒適的坐高、蓄電池體積等尺寸，綜合確定人員可用地板直徑為1 245 mm，地板抬升為250 mm；天花板高度為1 100 mm，控制臺高300 mm，前設(shè)備寬200 mm；艙口開孔直徑460 mm；前觀察窗透光直徑180 mm，舷側(cè)觀察窗透光直徑108 mm，舷側(cè)貫穿件2個。

其次，規(guī)劃分區(qū)，同時確定每個區(qū)域中的設(shè)備。有關(guān)工作艙的分區(qū)1.1.3節(jié)中已經(jīng)展示。

2）人機工效約束。

人機工效約束依據(jù)表2所示的操作裝置布局?jǐn)?shù)據(jù)和表3所示的顯示裝置布局?jǐn)?shù)據(jù)。人機工效導(dǎo)向下的空間排布要求設(shè)計較多的儲物空間以避免雜亂無序。由于工作艙的整體空間有限，因此根據(jù)約束整合艙內(nèi)空間后，凡可利用的區(qū)域均可設(shè)計為儲物空間［17］。

將以上2種約束合并為技術(shù)要求范圍，設(shè)計過程嚴(yán)格遵循技術(shù)要求范圍。按照設(shè)計流程，先對艙內(nèi)各分區(qū)的排布與內(nèi)容進行總體設(shè)計，然后再對每個區(qū)域中的設(shè)備位置進行尺寸設(shè)計。最終得到的設(shè)計規(guī)劃需分區(qū)明顯，整體富有秩序感，空間使用率高，是一種能夠有效降低人員疲勞程度的方案。

2.2 工作區(qū)域設(shè)計

工作區(qū)域包括主控區(qū)和顯示區(qū)，包括含有各種設(shè)備的控制面板和顯示面板，是工作艙布局設(shè)計的關(guān)鍵。面板根據(jù)操作習(xí)慣和使用頻率進行排布［18］，各面板間需提高融合度［19］，以便于潛航員辨識并操作。區(qū)域色彩的使用要便于潛航員能清晰地辨認(rèn)［20］，增強潛航員操作的平穩(wěn)性。表4所示為根據(jù)技術(shù)要求范圍確定的各面板具體尺寸。

2.3 三維模型建立

確定了設(shè)備的位置后，便可設(shè)計方案草圖，同時審查并篩選方案。首先依據(jù)具體的尺寸進行尺寸設(shè)計，并運用計算機輔助工業(yè)設(shè)計建立三維模型，如圖6所示。

2.4 人機綜合分析

人機綜合分析是檢驗設(shè)計方案是否滿足人的操作需求最直接而有效的方法［21］?？衫梅抡孳浖z查設(shè)備間是否干涉、人的操作是否滿足舒適度要求，以驗證此方法的可行性。

2.4.1 基于JACK的人機分析

JACK系統(tǒng)包含了基礎(chǔ)的人體測量數(shù)據(jù)、關(guān)節(jié)柔韌度、健康狀況、疲勞程度、視域、可及度等醫(yī)學(xué)及生理參數(shù)，是目前公認(rèn)的比較好的人體仿真模型和功效評估軟件系統(tǒng)［22］。本次仿真實驗設(shè)定的人體參數(shù)為中國男性身高及體重數(shù)據(jù)中第95位百分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)，符合我國潛航員的平均身形要求。

1）基于JACK的工作區(qū)人機分析。

工作區(qū)人機分析主要涉及可視域及可達域的分析。由圖7（a）可以看出，潛航員的可視域包括操作臺、航控信息顯示屏面板及加電控制面板，潛航員工作時的最佳視域處于航空信息顯示屏部位。由圖7（b）可以看出，潛航員的左、右手可達域包含操作臺及其操作裝置、航控信息顯示屏面板、加電控制面板以及部分綜合顯示屏面板。潛航員工作時的最佳可達域處于視窗及操作臺操作手柄處。

2）基于JACK的舒適度分析。

本次對潛航員工作舒適度的分析選取Dreyfus s3D舒適度分析、OWAS分析及Lower Back Analysis分析［23］。

Dreyfus s3D舒適度分析屬于關(guān)節(jié)舒適度分析，它可以確定某一活動區(qū)域是否使人感到舒適。圖8所示為潛航員工作時，背部直立坐姿（主要針對潛航員觀察屏幕或操作設(shè)備面板）和背部彎曲坐姿（主要針對潛航員觀察舷窗進行作業(yè)任務(wù)）的關(guān)節(jié)舒適度數(shù)據(jù)。其中圖右側(cè)第1列和第3列的數(shù)據(jù)分別表示最低值和最高值，第2列為JACK仿真軟件評價出的值，第4列為典型值，也即大多數(shù)人可以接受的值，橫坐標(biāo)表示與第4列典型值的差值。兩側(cè)數(shù)值越大，說明舒適度越低，其中綠色表示在舒適度范圍內(nèi)，黃色表示超出了舒適度范圍。從中可以看出，上身部分是保持在舒適度范圍內(nèi)的，但受地板高度的限制，右腳踝、左腳踝、右小腿和左小腿均處于不舒適的狀態(tài)［24］。

OWAS分析用于在動態(tài)仿真過程中評價基于背部、手臂和腿負(fù)載要求下的工作姿態(tài)的不適程度。分析結(jié)果可分為4個級別：級別1為良好姿態(tài)；級別2為姿態(tài)基本正常；級別3和級別4的姿態(tài)分別表示有不良影響和非常有害，需要立即調(diào)整以避免身體損傷。由圖9（a）可以看出，潛航員的工作姿態(tài)屬于級別2。Lower Back分析用于分析特定環(huán)境下人體脊椎受力對下背部的影響，分析結(jié)果表現(xiàn)為背部壓力數(shù)值，判斷數(shù)值是否符合美國國立職業(yè)安全與健康研究所（National Insti?tute for Occupational Safety and Health，NIOSH）的標(biāo)準(zhǔn)［25］。NIOSH標(biāo)準(zhǔn)給出的背部壓力的推薦力為3 400 N［26］。由圖 9（b）可以看出，潛航員的背部壓力值約為1 200 N，在舒適值范圍內(nèi)。

3）4 500 m級“蛟龍”號工作艙對比。

與原4 500 m級“蛟龍”號工作艙相比，大深度潛水器工作艙的球殼直徑由2 m減少到了1.8 m，3名潛航員的活動區(qū)域不可避免地變得更小，空間更加擁擠，但注重艙內(nèi)功能系統(tǒng)及人機工效2種導(dǎo)向的布局設(shè)計保證了設(shè)備的安裝使用，可減輕潛航員的疲勞度。而4 500 m級“蛟龍”號工作艙的布局設(shè)計則存在設(shè)備排布集中緊密、各區(qū)域分區(qū)不明顯、直角過多的問題，導(dǎo)致潛航員較易疲勞。潛航員的Dreyfus s3D關(guān)節(jié)舒適度分析如圖10所示，該舒適度數(shù)據(jù)由4 500 m級“蛟龍”號工作艙的設(shè)計模型分析得到，非實際艙體。從中可以看到，上肢多處關(guān)節(jié)超出了舒適度范圍。本次設(shè)計通過整合區(qū)域、分離面板、添加曲面、按使用習(xí)慣排布設(shè)備等方法解決了以上問題。

2.4.2 座椅區(qū)域人機性能分析

根據(jù)約束要求，地板的抬升高度為250 mm，潛航員的座椅高度為358 mm，工作臺高度為550 mm，潛航員在正常坐姿狀態(tài)下手臂（以肩關(guān)節(jié)為中心）距工作臺面的直線距離為650 mm，距正前方面板的距離為875 mm，距上前方面板的距離為840 mm，如圖11所示［27］。根據(jù)以上模型尺寸及數(shù)值修正，要求計算出實際數(shù)據(jù)，與人機工程國家標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸進行對比后得出結(jié)論。

數(shù)值修正：

1）坐墊高度為100 mm，潛航員坐上后的修正值在50～60 mm之間，因此坐墊與工作臺面之間的距離為250 mm。根據(jù)人機工程理論相關(guān)數(shù)據(jù)，保證正常工作的舒適值為230 mm，數(shù)據(jù)基本符合要求。

2）在正常坐姿狀態(tài)下，手臂最大測量范圍（以肩關(guān)節(jié)為中心）距離工作臺面650 mm、距離正前方操控面板875 mm、距離上前方操控面板840 mm，其范圍值為650～840 mm，身體傾斜修正值為300～400 mm，最終的范圍為950～1 240 mm。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)給出的作業(yè)空間坐姿人體尺寸表，正常坐姿下手臂最大可及度為816 mm，修正值為1 216 mm。本次設(shè)計數(shù)據(jù)中，手臂最大可及度除了距加電控制面板的距離外，其他尺寸均滿足要求，超出的數(shù)值為24 mm，在可接受范圍內(nèi)［28］。

3）人機工程學(xué)建議舒適的蹲坐工作姿態(tài)最小高度為120 mm，衣物厚度修正值為3～10 mm，最終范圍為123～130 mm。座椅距工作臺的高度為130 mm，數(shù)據(jù)基本接近最小值。

3 結(jié) 語

以艙內(nèi)功能和人機工效為導(dǎo)向的大深度潛水器工作艙布局設(shè)計方法，是以艙內(nèi)布局技術(shù)要求和人機工程學(xué)為基礎(chǔ)，通過提取約束要求和分區(qū)域設(shè)計等關(guān)鍵步驟來進行工作艙的布局設(shè)計，旨在使設(shè)計方案具備較強的實用性，從而有效避免安全隱患。對于此類容積小、安全性要求高、工作強度大、多組件集合的的工作空間布局，與傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計方法相比，本文提出的布局方法和流程的針對性與系統(tǒng)性更強，并且有利于設(shè)備安裝維護的實施。

以“蛟龍”號為例，按照所述布局設(shè)計方法進行設(shè)計的案例模型，能夠做到遵守技術(shù)指標(biāo)和尺寸約束，充分依據(jù)艙內(nèi)功能系統(tǒng)約束與人機工效約束，合理利用有限空間，降低潛航員的疲勞度等要求。借助計算機輔助工業(yè)設(shè)計對其進行人機綜合評估，得到了具備仿真數(shù)據(jù)評價且符合技術(shù)要求的艙內(nèi)布局設(shè)計，驗證了此方法的可行性。

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