羅曉慶，張玉萍，楊一，楊爔，黃丹

基于AHP的塔式起重機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)研究

羅曉慶1，張玉萍1，楊一2，楊爔1，黃丹1

（1.西華大學(xué)，成都 610039；2.四川建設(shè)機(jī)械（集團(tuán)）股份有限公司，成都 610039）

解決塔式起重機(jī)駕駛員在工作中的痛點(diǎn)和需求，如駕駛員需長(zhǎng)時(shí)間待在空間狹小的塔機(jī)駕駛室內(nèi)，而駕駛室內(nèi)存在無(wú)法上廁所、布局不合理、操作不便等問(wèn)題?；谟脩粜枨蠛椭悄苄园l(fā)展趨勢(shì)為未來(lái)塔機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)提供有效的指導(dǎo)。通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)研究，運(yùn)用訪談法調(diào)研用戶需求，并將其轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)點(diǎn)和智能技術(shù)結(jié)合點(diǎn)，建立塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)需求層次分析模型，通過(guò)層次分析法得出各需求要素的權(quán)重值，并完成一致性檢驗(yàn)，最終得到一個(gè)優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)方案?？偨Y(jié)了塔機(jī)駕駛員的痛點(diǎn)及需求，并將其轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)點(diǎn)和智能技術(shù)結(jié)合點(diǎn)，以此提出了塔機(jī)智能駕駛室的設(shè)計(jì)需求層次分析模型，其中一級(jí)指標(biāo)的重要排序?yàn)榘踩浴⑹孢m性、智能性和便捷性。最后基于用戶需求和塔機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)了一款塔機(jī)智能駕駛室方案，從智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能交互系統(tǒng)、智能衛(wèi)生系統(tǒng)、智能玻璃界面等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

層次分析法；塔式起重機(jī)；智能技術(shù)；駕駛室設(shè)計(jì)；用戶需求

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)，智能技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入重型機(jī)械領(lǐng)域。塔機(jī)是建筑施工中最為重要的垂直運(yùn)輸設(shè)備[1]，塔機(jī)駕駛員越來(lái)越關(guān)注塔機(jī)駕駛室的人性化設(shè)計(jì)，即對(duì)塔機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)的舒適性、安全性和智能化等方面提出了更高的要求[2]。韓澤光等[3]在《塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)空間布局方案的設(shè)計(jì)研究》中針對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)，通過(guò)構(gòu)建設(shè)計(jì)方案的數(shù)學(xué)模型以及編制相應(yīng)的計(jì)算程序，設(shè)計(jì)了一系列起升機(jī)構(gòu)的布局方案。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP）于20世紀(jì)70年代首次被提出后逐漸應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)。金久富[4]在《基于AHP的塔機(jī)安拆工程綜合評(píng)價(jià)分析》中運(yùn)用層次分析法，全面評(píng)價(jià)了各個(gè)安拆班組對(duì)公司的貢獻(xiàn)程度，并通過(guò)靈敏度分析，挖掘了各個(gè)班組的優(yōu)勢(shì)和不足之處。楊昕妍等[5]在《一款基于AHP層次分析法的衛(wèi)浴產(chǎn)品設(shè)計(jì)》中為解決小戶型衛(wèi)浴空間的多水龍頭同時(shí)使用問(wèn)題，運(yùn)用AHP層次分析法得出一款集查詢水量、換擋水量、過(guò)濾水質(zhì)、一頭兩用等功能于一體的水龍頭設(shè)計(jì)方案。侯建軍等[6]在《基于AHP的智能嬰兒手推車設(shè)計(jì)研究》中采用KJ親和圖法，建立了關(guān)于智能手推車設(shè)計(jì)的層次分析模型，并計(jì)算了各功能需求的權(quán)重值，最后依據(jù)結(jié)論設(shè)計(jì)了一款智能嬰兒手推車。

綜合文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，目前AHP層次分析法的研究范圍越來(lái)越廣。已有的塔機(jī)研究多集中在塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)和人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用上，對(duì)塔機(jī)駕駛室的造型、用戶需求下的內(nèi)部空間布局及智能交互等方面的研究應(yīng)用較少。本文將運(yùn)用AHP層次分析法，通過(guò)計(jì)算產(chǎn)品因素占比權(quán)重進(jìn)行更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)，從而很好地解決上述問(wèn)題。

1 塔式起重機(jī)及駕駛員行為痛點(diǎn)分析

1.1 塔式起重機(jī)現(xiàn)狀

塔式起重機(jī)（簡(jiǎn)稱塔機(jī)），起源于西歐，是一種在房屋建筑施工中負(fù)責(zé)物料的垂直和水平輸送以及建筑構(gòu)件安裝的機(jī)械設(shè)備。塔機(jī)具有起重量大、起升高度高、作業(yè)范圍廣等特點(diǎn)，在工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用[7]。塔機(jī)由塔身、前臂（起重臂）、后臂（平衡臂）、駕駛室和頂升系統(tǒng)等構(gòu)成。其中，駕駛室是操控整個(gè)塔機(jī)運(yùn)行的地方，是塔機(jī)的“心臟”[8]。塔機(jī)駕駛員在駕駛室中，根據(jù)對(duì)講機(jī)傳來(lái)的指揮人員的語(yǔ)音指令和監(jiān)測(cè)設(shè)備顯示的信息，操作機(jī)械式手柄，并控制前后臂的旋轉(zhuǎn)、鋼絲繩的收放，從而完成構(gòu)件的吊裝任務(wù)[9]。

國(guó)內(nèi)塔機(jī)駕駛室外部造型多為方形或梯形，少數(shù)帶有弧形，并且窗戶多采用分段式玻璃結(jié)構(gòu)。外部配色主要以品牌色為設(shè)計(jì)來(lái)源，室內(nèi)配色多為米色、白色、黑色等。室內(nèi)護(hù)欄與整體設(shè)計(jì)的銜接較為生硬，且各功能部件布局較為散亂，不便于用戶使用。國(guó)外塔機(jī)駕駛室造型多采用大面積的整面玻璃設(shè)計(jì)，極具現(xiàn)代感。室內(nèi)布局依據(jù)部件的功能特點(diǎn)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，具有整體性。在配色上，國(guó)外塔機(jī)駕駛室內(nèi)多采用黑色或其他深色系設(shè)計(jì)，在一定程度上會(huì)給駕駛員帶來(lái)壓抑感和視覺疲勞感。當(dāng)前塔機(jī)以高空作業(yè)形式為主，駕駛室內(nèi)主要有電箱、空調(diào)、燈具、安全監(jiān)測(cè)顯示器、工作座椅及儲(chǔ)物箱等，見圖1。安全監(jiān)測(cè)顯示器主要通過(guò)攝像頭對(duì)塔吊吊鉤進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻顯示，信息較為單一且交互形式傳統(tǒng)。從目前智能技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，未來(lái)塔機(jī)將實(shí)現(xiàn)更深層次的智能化交互和人性化操作，在駕駛室內(nèi)的布局上將依據(jù)部件的功能特點(diǎn)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，從而體現(xiàn)出整體性。

1.2 塔機(jī)駕駛員行為痛點(diǎn)分析

行為是塔機(jī)駕駛員與駕駛室產(chǎn)生聯(lián)系的“媒介”[10]，根據(jù)調(diào)研對(duì)塔機(jī)駕駛員工作所涉及的內(nèi)容進(jìn)行歸納，主要分為工作前、工作中、休息中和工作后4個(gè)階段，通過(guò)繪制塔機(jī)駕駛員工作旅程圖解析駕駛員行為與情緒，得出具體痛點(diǎn)與設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)，見圖2。如在工作前，駕駛員需一步一步爬上塔機(jī)固定的專用爬梯，幾十、幾百米的爬梯給駕駛員帶來(lái)了不便和安全隱患，駕駛員易產(chǎn)生恐懼緊張的情緒。此外，駕駛室沒有提供換鞋時(shí)的坐具及儲(chǔ)放鞋子的區(qū)域，室內(nèi)布局不合理，儲(chǔ)物空間小，易給駕駛員帶來(lái)煩躁的情緒。在工作中，駕駛員依靠眼睛和經(jīng)驗(yàn)判斷塔機(jī)工作狀態(tài)及地面情況，易產(chǎn)生緊張情緒，并且地面監(jiān)控人員無(wú)法及時(shí)感知駕駛員的身體狀態(tài)變化，具有一定的危險(xiǎn)性；在休息中，駕駛室內(nèi)沒有衛(wèi)生間，且座椅無(wú)法調(diào)節(jié)靠背，駕駛員無(wú)法實(shí)現(xiàn)生理需求，容易產(chǎn)生憤怒情緒；在工作后，駕駛員需完成帶走垃圾、關(guān)門窗、依據(jù)天氣情況決定是否關(guān)閉風(fēng)標(biāo)等事宜，容易產(chǎn)生焦躁情緒，并需要通過(guò)爬梯從高空中爬到地面，容易產(chǎn)生恐懼緊張的情緒。

2 AHP層次分析法與智能技術(shù)

層次分析法（AHP）是一種定性和定量研究相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，由美國(guó)匹茲堡大學(xué)運(yùn)籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代提出。在產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)中，AHP通過(guò)分解問(wèn)題，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析獲得用戶需求的權(quán)重，進(jìn)而確定最終的設(shè)計(jì)方向及具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容[11]。作為一種反映人主觀判斷的評(píng)估方法，AHP以數(shù)據(jù)化的形式處理和表達(dá)用戶的需求，以更嚴(yán)謹(jǐn)、客觀的數(shù)據(jù)來(lái)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)決策及開發(fā)[12]。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、交互技術(shù)、顯示技術(shù)等各種智能技術(shù)的發(fā)展，基于智能技術(shù)優(yōu)化的產(chǎn)品與人的互動(dòng)將更加高效、舒適和安全[13]。目前智能技術(shù)在重型機(jī)械領(lǐng)域的引入，如控制系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)，以及負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的各類傳感器設(shè)備等的應(yīng)用，使其能準(zhǔn)確感知運(yùn)行狀態(tài)、快速分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、精準(zhǔn)執(zhí)行決策[14]，并起到作業(yè)人員管理、作業(yè)精度控制、作業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、作業(yè)安全管理、設(shè)備質(zhì)量管理等方面的作用。

圖1 國(guó)內(nèi)外塔機(jī)駕駛室對(duì)比分析

圖2 塔機(jī)駕駛員工作旅程

1）從近期發(fā)展來(lái)看，未來(lái)塔機(jī)駕駛室將引入智能技術(shù)，如攝像頭及各類傳感器在塔機(jī)上的應(yīng)用，可以監(jiān)測(cè)塔機(jī)作業(yè)實(shí)景，從而提升駕駛員工作的準(zhǔn)確性；無(wú)線通信技術(shù)、計(jì)算視覺技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)等的應(yīng)用，可以將監(jiān)測(cè)實(shí)景傳達(dá)給駕駛員及監(jiān)控中心，從而提升駕駛員作業(yè)的安全性；觸摸屏與塔機(jī)窗戶的結(jié)合，可以提升駕駛員操控的效率及便捷性。因此，通過(guò)引入現(xiàn)有的智能技術(shù)可以有效改善塔機(jī)現(xiàn)存的問(wèn)題。

2）從遠(yuǎn)期發(fā)展來(lái)看，5G和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展將改變塔機(jī)高空作業(yè)的現(xiàn)狀，從而實(shí)現(xiàn)地面操控，甚至無(wú)人駕駛。地面操控需多個(gè)駕駛員在一個(gè)地面空間內(nèi)對(duì)多個(gè)塔吊進(jìn)行操控，或一個(gè)駕駛員同時(shí)操控多個(gè)塔吊，其中還需其他人員進(jìn)行輔助操控。

3 AHP層次分析法在塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

智能技術(shù)適用于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、交互設(shè)計(jì)等各個(gè)方面，本文基于用戶需求和現(xiàn)有智能技術(shù)，以近期發(fā)展為目標(biāo)，主要考慮塔機(jī)駕駛室的外觀造型和室內(nèi)功能布局，并將智能技術(shù)應(yīng)用于塔機(jī)駕駛室的操控和人機(jī)交互等方面。在基于AHP的塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)首先對(duì)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行層次劃分，計(jì)算每個(gè)層次中的元素權(quán)重值，并完成層次排序及一致性檢驗(yàn)，從而獲得符合用戶需求的塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)方案。

3.1 構(gòu)建層次分析模型

對(duì)塔機(jī)駕駛室進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)研，隨機(jī)邀請(qǐng)150名用戶進(jìn)行訪談并統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中塔機(jī)駕駛員50名、設(shè)計(jì)師40名、工程師30名、銷售人員30名。主要對(duì)工作狀態(tài)、休息狀態(tài)及智能技術(shù)等方面的需求進(jìn)行訪談?wù){(diào)研。在基于用戶需求及智能化發(fā)展趨勢(shì)的設(shè)計(jì)背景下，重型機(jī)械類設(shè)計(jì)應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前端時(shí)關(guān)注用戶的需求，改變長(zhǎng)期將用戶置于售后服務(wù)末端的現(xiàn)狀[15]。因此，依據(jù)塔機(jī)駕駛員工作旅程圖整理出的痛點(diǎn)、設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)及訪談結(jié)果，對(duì)當(dāng)前塔機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)點(diǎn)和智能技術(shù)結(jié)合點(diǎn)的分析，使設(shè)計(jì)更具人性化且符合塔機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，見圖3。在構(gòu)建塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)需求的層次分析模型時(shí)，對(duì)訪談結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充、篩選及歸類整理，訪談?wù)邔?duì)塔機(jī)的需求主要集中在以下幾點(diǎn)：安全性，操作過(guò)程中是否容易誤觸、視線是否開闊等問(wèn)題；便捷性，隨身物品如何放置，工作中如何上廁所、如何休息等問(wèn)題；舒適性，駕駛員在工作和休息不同狀態(tài)下座椅是否符合人機(jī)尺寸，室內(nèi)配色是否容易使人視覺疲勞或產(chǎn)生壓抑感等問(wèn)題；智能性，是否能監(jiān)測(cè)塔機(jī)駕駛員的身體狀態(tài)、工作狀態(tài)以及塔機(jī)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)管處等問(wèn)題。因此，將塔機(jī)智能駕駛室的目標(biāo)層分為安全性、便捷性、舒適性、智能性4項(xiàng)準(zhǔn)則層，再將這4項(xiàng)準(zhǔn)則層分為視線開闊、操作準(zhǔn)確、身體監(jiān)測(cè)、工作監(jiān)測(cè)、光線適宜、操作方便、布局合理、可上廁所、室內(nèi)休息、隨身物品儲(chǔ)放、人機(jī)比例合理、干凈衛(wèi)生、設(shè)計(jì)美觀、材料適宜、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳送、操作方式創(chuàng)新、觸屏玻璃、集成調(diào)控、智能馬桶19項(xiàng)子準(zhǔn)則層，見圖4。

圖3 塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)點(diǎn)

圖4 關(guān)于塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)需求的層次分析模型

通過(guò)構(gòu)建塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)需求的層次分析模型，明確了塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)的具體方向，確定了以上層次之間的關(guān)聯(lián)性。進(jìn)一步運(yùn)用層次分析法對(duì)子準(zhǔn)則層的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和排序，以明確設(shè)計(jì)方案。

3.2 AHP層次分析各設(shè)計(jì)需求要素權(quán)重

本文采用1—9標(biāo)度法對(duì)決策判斷進(jìn)行量化，見表1。

表1 判斷矩陣標(biāo)度[11]

Tab.1 Scale of judgment matrix[11]

層次分析模型中的目標(biāo)層為塔機(jī)智能駕駛室的設(shè)計(jì)需求，用表示；準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為安全性、便捷性、舒適性、智能性，用、、、表示；隨機(jī)選取150名用戶對(duì)目標(biāo)層及準(zhǔn)則層各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，得出判斷矩陣及權(quán)重，見表2—6。

表2 目標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

Tab.2 Target judgment matrix and weight

3.3 層次排序及一致性檢驗(yàn)

為了保證數(shù)據(jù)的可信性，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過(guò)程如下：

表3 安全性準(zhǔn)則判斷矩陣及權(quán)重

Tab.3 Safety criterion judgment matrix and weight

表4 便捷性準(zhǔn)則判斷矩陣及權(quán)重

Tab.4 Convenience criterion judgment matrix and weight

表5 舒適性準(zhǔn)則判斷矩陣及權(quán)重

Tab.5 Comfort criterion judgment matrix and weight

表6 智能性準(zhǔn)則判斷矩陣及權(quán)重

Tab.6 Intelligence criterion judgment matrix and weight

表7 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

Tab.7 Average random consistency index

表8 一致性檢驗(yàn)結(jié)果

Tab.8 Consistency test results

一致性檢驗(yàn)后進(jìn)行層級(jí)排序，作為設(shè)計(jì)方案的重要標(biāo)準(zhǔn)，見表9。

通過(guò)層次分析法對(duì)塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)要素的深入分析，可得出安全性對(duì)其設(shè)計(jì)的影響最大，所屬權(quán)重值為0.356 4，舒適性、智能性、便捷性的權(quán)重值依次排列。在子準(zhǔn)則層指標(biāo)評(píng)價(jià)中人機(jī)比例合理（1）影響著駕駛員工作的安全性與舒適性，所屬權(quán)重值為0.462 0，排序第1，整體排序?yàn)?>2>1>2=4>1>2>3>1>3>4>5>5>3>3>4>5>4>2，從中可以看出，影響駕駛員工作環(huán)境及工作安全性的設(shè)計(jì)要素更為重要，如干凈衛(wèi)生（2）、視線開闊（1）、操作準(zhǔn)確（2）、工作監(jiān)測(cè)（4）、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳送（1）、操作方式創(chuàng)新（1）、身體監(jiān)測(cè)（3）、操作方便（1）等排序較前。其中，智能性是未來(lái)塔機(jī)設(shè)計(jì)和研發(fā)的必然發(fā)展方向。智能性中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳送、操作方式創(chuàng)新、智能馬桶、觸屏玻璃、集成調(diào)控的權(quán)重值依次排列。傳統(tǒng)的塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用的是機(jī)械式設(shè)備，在塔機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，主要依靠駕駛員的經(jīng)驗(yàn)和指揮人員的指令，存在安全隱患[16]。引入智能技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的工作狀態(tài)及身體健康情況，并傳送到地面監(jiān)控管理處，通過(guò)攝像頭和傳感器遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)吊鉤工作實(shí)景，以視聽結(jié)合的方式傳達(dá)給駕駛員，可以有效提升工作的安全性、舒適性、便捷性，同時(shí)也將提高駕駛員的工作效率。

表9 目標(biāo)權(quán)重排序結(jié)果

Tab.9 Target weight sorting results

4 塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)方案

通過(guò)調(diào)研分析了塔機(jī)駕駛員工作中的需求及痛點(diǎn)，并以此轉(zhuǎn)化為塔機(jī)智能駕駛室的設(shè)計(jì)點(diǎn)和智能技術(shù)結(jié)合點(diǎn)。為更嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)地實(shí)施具體設(shè)計(jì)，將用戶需求整理為安全性、舒適性、便捷性和智能性4個(gè)方面并計(jì)算其各需求要素的權(quán)重。在數(shù)據(jù)指導(dǎo)和智能性發(fā)展的趨勢(shì)下，運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程及方法，在現(xiàn)有塔機(jī)駕駛室的基礎(chǔ)上運(yùn)用智能技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

4.1 塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)效果及功能點(diǎn)

塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)效果，見圖5。在造型上以六邊形為元素變形，并采用了大面積的整面玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。進(jìn)門處結(jié)合造型設(shè)計(jì)了換鞋處和鞋柜，便于駕駛員換上干凈的鞋子進(jìn)入室內(nèi)工作。在室內(nèi)布局上采用集成設(shè)計(jì)，將衛(wèi)生間、電箱和儲(chǔ)物柜集成在左側(cè)，右側(cè)為掛物件的滑軌設(shè)計(jì)，駕駛員可根據(jù)個(gè)人需求增減掛鉤。座椅設(shè)計(jì)也更智能化和人性化，操作區(qū)兼具舒適性、便捷性和設(shè)計(jì)感。該方案的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是引入智能技術(shù)在窗戶上實(shí)現(xiàn)觸屏操控與信息顯示，塔機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)駕駛員的身體狀況、工作狀態(tài)和塔機(jī)狀態(tài)并實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控處，同時(shí)監(jiān)測(cè)吊鉤工作實(shí)景并以視聽結(jié)合的方式傳達(dá)給駕駛員，提升工作的安全性和便捷性。

圖5 塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)效果圖

4.2 智能技術(shù)在塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

從塔機(jī)駕駛員的痛點(diǎn)和需求出發(fā)，并基于現(xiàn)有的智能技術(shù)，結(jié)合塔機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)和智能技術(shù)結(jié)合點(diǎn)，主要從智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能交互系統(tǒng)、智能衛(wèi)生系統(tǒng)3個(gè)方面進(jìn)行塔機(jī)智能駕駛室設(shè)計(jì)。

1）智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)應(yīng)1。左窗信息界面顯示，駕駛員將雙手放置在塔機(jī)運(yùn)行控制器上，左側(cè)窗戶即可顯示駕駛員的身體健康情況、工作狀態(tài)以及塔機(jī)設(shè)備狀態(tài)，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控處，同時(shí)通過(guò)記錄駕駛員的出勤、工作狀態(tài)等形成駕駛員個(gè)人檔案，從而達(dá)到在線監(jiān)管的目的。工作時(shí)，前窗界面實(shí)時(shí)顯示塔

吊狀態(tài)和吊鉤工作實(shí)景，并在疑似有危險(xiǎn)時(shí)語(yǔ)音告知用戶，通過(guò)視聽結(jié)合的方式確保工作的安全性，見圖6。

2）智能交互系統(tǒng)：對(duì)應(yīng)2-4。右側(cè)窗沿上設(shè)計(jì)了調(diào)控“窗戶、燈具、空調(diào)”的按鈕，駕駛員按下按鈕即可在窗戶上顯示相應(yīng)的界面，此時(shí)便可以在窗戶界面上對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。此外，操作柄的設(shè)計(jì)改變了原有的手柄造型和操作方式，將其設(shè)計(jì)為與手掌貼合的半球形操作器，手搭在操控器上前后左右移動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的駕駛操作，提高了駕駛員操作的舒適性和智能化。座椅位置及靠背的傾斜角度可前后調(diào)節(jié)，有利于提高駕駛員休息的舒適性，見圖7。

3）智能衛(wèi)生系統(tǒng)：對(duì)應(yīng)5。用戶只需按一下按鈕，衛(wèi)生間的門即可向右側(cè)打開。衛(wèi)生間采用智能可焚燒式馬桶，可以將用戶的排泄物焚燒為粉末狀，方便且干凈；衛(wèi)生間頂部設(shè)計(jì)了換氣系統(tǒng)，可保證塔機(jī)駕駛室內(nèi)的環(huán)境干凈清新；衛(wèi)生間右側(cè)壁面設(shè)有一個(gè)可拉出的儲(chǔ)物盒，可存放物品，如放置馬桶焚燒排泄物所需的蠟紙，見圖8。

圖6 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

4.3 智能玻璃界面設(shè)計(jì)

結(jié)合塔機(jī)駕駛室各項(xiàng)功能，設(shè)計(jì)智能玻璃界面，右側(cè)玻璃為觸屏玻璃，主要負(fù)責(zé)調(diào)控駕駛室內(nèi)窗戶、燈光、空調(diào)；左窗顯示駕駛員身體狀態(tài)、工作狀態(tài)以及塔機(jī)設(shè)備狀態(tài)；前窗在駕駛員工作時(shí)實(shí)時(shí)顯示塔吊狀態(tài)以及吊鉤工作實(shí)景，確保工作的安全性，見圖9。

圖7 智能操控系統(tǒng)圖

圖8 智能衛(wèi)生系統(tǒng)圖

圖9 智能玻璃界面設(shè)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于用戶需求和現(xiàn)有智能技術(shù)，探索塔機(jī)作業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)近期的塔機(jī)駕駛室發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。對(duì)大量的塔機(jī)相關(guān)文獻(xiàn)、市場(chǎng)調(diào)研和用戶調(diào)研等進(jìn)行歸類整理，并對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)要素進(jìn)行補(bǔ)充、篩選，確定塔機(jī)智能駕駛室層次化設(shè)計(jì)需求指標(biāo)。通過(guò)層次分析法快速抓取設(shè)計(jì)核心，得出安全性、舒適性原則在設(shè)計(jì)方案中的占比較重，同時(shí)要注重其智能性和便捷性，以此結(jié)合層次分析的指標(biāo)結(jié)論及智能性的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)了一款塔機(jī)智能駕駛室。希望此研究思路和方法可以為未來(lái)的塔機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。

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Design and Research of Tower Crane Intelligent Cab Based on AHP

LUO Xiao-qing1, ZHANG Yu-ping1, YANG Yi2, YANG Xi1, HUANG Dan1

(1.Xihua University, Chengdu 610039, China; 2. Sichuan Construction Machinery (Group) Co., Ltd., Chengdu 610039, China)

It is committed to solving the pain points and demands of tower crane drivers at work: the driver needs to stay in the tower crane cab with a narrow space for a long time; the cab makes it difficult for drivers to go to the toilet; the cab is designed with an unreasonable layout, which is inconvenient for operation, etc,. Based on user demands and intelligent development trend, this paper aims to provide effective guidance for the design of tower crane cab.Through literature study, interview method is used to research user requirements and translate them into the design point and smart technology combining site, and set up the level of the tower crane intelligent cab design demand analysis model. The analytic hierarchy process (AHP) is used to calculate the weights of every demand indexes, and complete the consistency check, then end up with a design scheme of high quality. This paper summarizes the pain points and demands of tower crane drivers and transforms them into design points and intelligent technology combination points. Based on this, a hierarchical analysis model of design requirements for tower crane intelligent cab is proposed, in which the important order of the first level indexes is safety, comfort, intelligence and convenience. Finally, based on user demands and the future development trend of tower crane, a tower crane intelligent cab scheme is designed and applied from intelligent monitoring system, intelligent interaction system, intelligent health system, intelligent glass interface and other aspects.

analytic hierarchy process; tower crane; intellectual technology; design of cab; user demand

TB472

A

1001-3563(2022)16-0144-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.16.016

2022–03–26

四川省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地現(xiàn)代設(shè)計(jì)與文化研究中心資助項(xiàng)目（MD21E019）；西華大學(xué)2018年研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目（ycjj2020095）

羅曉慶（1998—），女，碩士生，主攻工業(yè)設(shè)計(jì)。

張玉萍（1972—），女，碩士，教授，主要研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)及理論研究、信息交互與體驗(yàn)設(shè)計(jì)研究。

責(zé)任編輯：馬夢(mèng)遙