許棟 張歷

摘 要： 根據(jù)RDS7533.1和UIC651標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定司機(jī)室人機(jī)校核基本參數(shù)，對(duì)SDA2型內(nèi)燃機(jī)車的司機(jī)室布局和操縱臺(tái)布置進(jìn)行二維和三維人機(jī)校核，理論和試驗(yàn)結(jié)果均表明SDA2型機(jī)車司機(jī)室的人機(jī)工程學(xué)是滿足要求的。

關(guān)鍵詞： SDA2型；司機(jī)室人機(jī)工程學(xué)； RDS7533.1；UIC651

人機(jī)工程學(xué)在當(dāng)前鐵路機(jī)車車輛的設(shè)計(jì)中已經(jīng)越來越重要。機(jī)車司機(jī)室是機(jī)車乘務(wù)員的工作場(chǎng)所，應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)對(duì)機(jī)車駕駛室進(jìn)行設(shè)計(jì)，其目的是使所設(shè)計(jì)的司機(jī)室不僅能滿足機(jī)車乘務(wù)員的工作要求，而且能使機(jī)車乘務(wù)員操作方便、舒適、安全，減少身體疲勞和精神負(fù)擔(dān)[1]。

SDA2型內(nèi)燃機(jī)車是中車戚墅堰機(jī)車有限公司為澳大利亞Pacific National公司研制的一款交流傳動(dòng)干線貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。根據(jù)合同技術(shù)規(guī)范及機(jī)車上線許可的強(qiáng)制規(guī)定，需對(duì)SDA2型機(jī)車的司機(jī)室人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行分析，包括瞭望視野、乘坐舒適性等。

本文從司機(jī)室布局（包括司機(jī)室布置及尺寸校核、通道及出口校核、視野校核、座椅校核）和操縱臺(tái)布置（包括司機(jī)可操作區(qū)域的校核、顯示器件、控制器的布置）兩大方面對(duì)司機(jī)室進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)評(píng)估。

1 司機(jī)室人機(jī)校核基本參數(shù)

（1）人體尺寸數(shù)據(jù)：RDS7533.1《鐵路車輛-駕駛室-第一部分：機(jī)車車輛》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，司機(jī)室的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足著裝成年人群中最小人體尺寸的第五百分位的女性（P5）至第九十五百分位的男性（P95）的范圍[2]。由于該標(biāo)準(zhǔn)沒有關(guān)于人體尺寸著裝數(shù)據(jù)修正的具體內(nèi)容，本文根據(jù)UIC651《機(jī)車、動(dòng)車、動(dòng)車組和駕駛拖車的司機(jī)室設(shè)計(jì)》中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正[3]。人體尺寸數(shù)據(jù)主要來源于英國Open Ergonomics公司PeopleSize 2008系統(tǒng)。

（2）座椅參考點(diǎn)：由于RDS7533標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出關(guān)于坐姿狀態(tài)和站姿狀態(tài)下司機(jī)眼點(diǎn)的確定方法，因此參考UIC651進(jìn)行確定。以踵點(diǎn)（HP點(diǎn)）為人體布置基準(zhǔn)，分別將第5和95百分位的人體擺放在司機(jī)室內(nèi)上，使人體的軀干和上下肢處于最佳的活動(dòng)范圍和角度關(guān)系。依據(jù)布置好的人體位置和人體尺寸，確定出第5和95百分位人所在位置的座椅參考點(diǎn)。

（3）視野校核準(zhǔn)則：RDS7533規(guī)定司機(jī)應(yīng)能看到在直向軌道中心線兩側(cè)3米的，距離車鉤中心前方5米的高4米的高柱信號(hào)燈；從坐姿和站姿駕駛位置向前的視野應(yīng)能看見軌道上機(jī)車前方5米處站立的第五百分位的完全著裝成年男子的頭部。

2 司機(jī)室人機(jī)校核

2.1 司機(jī)室布置和尺寸校核

司機(jī)室布置和尺寸校核主要是保證司機(jī)工作時(shí)有足夠的作業(yè)空間，使其能安全方便有效地完成各種駕駛?cè)蝿?wù)。其布置和尺寸設(shè)計(jì)不能妨礙司機(jī)操作范圍內(nèi)的活動(dòng)，不能使司機(jī)產(chǎn)生過度疲勞。尤其是影響到視點(diǎn)的儀表盤的傾角，更應(yīng)在充分研究的基礎(chǔ)上確定。儀表盤內(nèi)部必要的指示燈和重要的儀器、按鈕等應(yīng)集中配置在視野以內(nèi)。另外為便于維護(hù)保養(yǎng)作業(yè)，還有必要充分考慮設(shè)備的安裝方法和結(jié)構(gòu)。設(shè)備安裝方式上，除了司機(jī)直接必要的部分以外，應(yīng)將其他設(shè)備鑲嵌在操縱臺(tái)面板內(nèi)。

在操縱臺(tái)外沿垂直面內(nèi)，從地板面至天花板高度為1992.1mm，滿足RDS7533規(guī)定的：當(dāng)司機(jī)被要求進(jìn)行站姿作業(yè)時(shí)，從駕駛位置算，室內(nèi)凈高應(yīng)有至少2000mm（優(yōu)先），并不小于1850mm（最小值）。以第95百分位的人眼高為基準(zhǔn)，其視線平面內(nèi)深度為1830.4mm，滿足UIC 651規(guī)定的：沿司機(jī)就座時(shí)視線平面縱向測(cè)量，前窗內(nèi)表面與處于司機(jī)座椅后面的最近物體（墻、門、櫥等）之間，司機(jī)室必須有1500mm的最小深度。

第5和95百分位的司機(jī)眼睛到司機(jī)座椅前部前窗的距離為835.7mm、945.2mm，滿足RDS7533規(guī)定的：操縱器的位置應(yīng)使得司機(jī)的眼點(diǎn)與擋風(fēng)玻璃距離不小于400mm。

2.2 通道及出口校核

司機(jī)室通道出口必須不僅對(duì)司機(jī)來講易于到達(dá)，相應(yīng)地，座椅不得成為妨礙工作人員到達(dá)出口的主要障礙。工作人員必須能安全、毫不困難地撤出司機(jī)室。

司機(jī)室后端門尺寸為1796*576.5mm，滿足UIC651規(guī)定的：工作人員必須能安全、毫不困難地撤出司機(jī)室，并且至少撤出2m的距離。出口高至少1800mm，寬至少500mm。門的凈空至少為1700*430mm。

座椅下方設(shè)置移動(dòng)軌道，向后調(diào)節(jié)最大范圍即312.4mm時(shí)，座椅與操縱臺(tái)之間的距離大于第95百分位的人大腿厚加上著裝修正值208mm，司機(jī)進(jìn)出未與任何部件干涉，滿足UIC651規(guī)定的：司機(jī)室內(nèi)工作人員的行動(dòng)自由不得受突出物妨礙和RDS7533規(guī)定的：座椅的放置應(yīng)該容許第95百分位著裝成年男性容易出入。

2.3 視野校核

經(jīng)過校核計(jì)算，第5百分位的女性可以瞭望到左右側(cè)高柱信號(hào)，第95百分位的男性瞭望高柱信號(hào)不受遮擋，第5百分位女性與第95百分位男性均可看到機(jī)車前方5米的成年男子，滿足RDS7533標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.4 座椅校核

SDA2型機(jī)車裝用座椅的靜態(tài)尺寸為椅高可調(diào)范圍：480±130mm、椅寬：480±10mm、背靠高：620mm和腰靠?jī)A角：80°～135°、肘靠距離：620±10mm分別滿足RDS7533和UIC651要求。

由第5百分位司機(jī)和第95百分位司機(jī)確定的座椅參考點(diǎn)上下調(diào)節(jié)范圍為113mm，而座椅上下調(diào)節(jié)范圍為130mm；前后調(diào)節(jié)范圍為150mm，而座椅前后可調(diào)節(jié)范圍為240mm，滿足RDS7533和UIC651要求的：座椅應(yīng)該是可調(diào)節(jié)的，滿足第5百分位的女性到第95百分位的男性駕駛員的視野要求，而且能讓他們?cè)隈{駛位置接觸到所有必需的控制器；從生理學(xué)觀點(diǎn)來講，座椅必須能讓司機(jī)保持正確的姿勢(shì)，并且座椅易于調(diào)節(jié)，以適用于不同高度的工作人員。

2.5 操縱臺(tái)容膝空間的校核

操縱臺(tái)的形狀和尺寸必須允許司機(jī)易于接近其座椅，并且腿和膝蓋活動(dòng)起來有足夠的自由度。司機(jī)坐姿駕駛作業(yè)時(shí)，需將腳擱置在腳踏板上。此時(shí)操縱臺(tái)下方應(yīng)該有足夠的空間容納司機(jī)的腿部。UIC651中規(guī)定了操縱臺(tái)的容膝空間，必須有高度最小為650mm的凹進(jìn)處供工作人員放腳和腿。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)座椅時(shí)，凹進(jìn)處的寬度必須足以讓工作人員移動(dòng)腿，而膝蓋不受任何阻礙。根據(jù)二維圖紙測(cè)量，操縱臺(tái)容膝高度為642.9mm～663mm，滿足司機(jī)容膝需求。

2.6 司機(jī)可操作區(qū)域的校核

司機(jī)在機(jī)車駕駛過程中，在坐姿狀態(tài)下，手要對(duì)操縱臺(tái)上的司控器、按鈕、按鍵、轉(zhuǎn)換開關(guān)、扳鍵開關(guān)等器件進(jìn)行操作。在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過程中，如何在安全駕駛條件下有效減少乘務(wù)員上肢的工作負(fù)荷、提高作業(yè)效率是在設(shè)計(jì)機(jī)車操縱界面時(shí)必須考慮的問題。本文采用JACK軟件，對(duì)第5百分位司機(jī)和第95百分位司機(jī)的最佳作業(yè)域、正常作業(yè)域和最大作業(yè)域進(jìn)行三維校核。由于校核工況較多，受限于空間本文僅展示第5百分位司機(jī)的舒適作業(yè)域的三維校核示意圖。

通過校核，速度及制動(dòng)手柄等重要器件位于第95百分位人的最佳操作域內(nèi)，均位于第5百分位和第95百分位人的正常操作區(qū)域內(nèi)。顯示面板上的操作器件均在第5和95百分位人的可及區(qū)域內(nèi)。對(duì)講機(jī)在第5和95百分位人的正常操作域內(nèi)。

3 結(jié)論

根據(jù)上述理論分析，司機(jī)室布置及尺寸、通道及出口、視野、座椅、司機(jī)可操作區(qū)域的校核均滿足RDS 7533和UIC 651的相關(guān)要求值。操縱臺(tái)包括顯示器件、控制器等主要部件的布置，也均在司機(jī)可接受的作業(yè)范圍內(nèi)。所以SDA2型內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室的人機(jī)工程學(xué)是符合要求的。

SDA2型機(jī)車在到達(dá)澳大利亞運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)后，用戶特意挑選了合適的司機(jī)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)驗(yàn)，結(jié)果表明司機(jī)室人機(jī)工程參數(shù)達(dá)到相關(guān)要求，司機(jī)室的操作舒適性得到對(duì)方的肯定，從而基本驗(yàn)證了SDA2型機(jī)車司機(jī)室人機(jī)工程學(xué)理論分析的正確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉青，劉攀，呂應(yīng)明. 人機(jī)工程學(xué)在機(jī)車駕駛室設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用，2006.4：28-29+52.

[2] RDS 7533.1. 鐵路車輛-駕駛室-第一部分：機(jī)車車輛[S]. 澳大利亞鐵路安全標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，2011.

[3] UIC 651 OR. 機(jī)車、動(dòng)車、多機(jī)牽引列車和有駕駛臺(tái)拖車的司機(jī)室布置[S]. 鐵道部標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，1998.