人機(jī)工程學(xué)在轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，數(shù)字型儀表的測量方式逐漸普及。而目前國內(nèi)轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)液壓壓力的檢測工作基本是通過作業(yè)人員使用傳統(tǒng)的機(jī)械型壓力表測壓來進(jìn)行。與數(shù)字型儀表相比，機(jī)械儀表易損壞、讀數(shù)不準(zhǔn)確、且不具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取歷史數(shù)據(jù)功能，作業(yè)效率低，使用體驗(yàn)較差，同時(shí)影響鐵路路況觀測的時(shí)效性。人機(jī)工程學(xué)是通過探究人、機(jī)、環(huán)境三者間的關(guān)系與作用，從而使人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)得以優(yōu)化與完善。由于產(chǎn)品類型逐步的多樣化，人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用也越來越多。本文從人機(jī)工程學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合使用者的行為特性，從壓力表的功能分析與方案選擇入手，對(duì)其功能、結(jié)構(gòu)、界面等進(jìn)行人工程學(xué)設(shè)計(jì)與人性化探討。對(duì)檢測技術(shù)、作業(yè)人員的使用體驗(yàn)加以改進(jìn)，為其提供更加安全有效的工作方式，從而提高道岔檢測的時(shí)效性和檢測質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；轉(zhuǎn)轍機(jī)；數(shù)字壓力表

　　1轉(zhuǎn)轍機(jī)液壓壓力檢測現(xiàn)狀

　　轉(zhuǎn)轍機(jī)是用以可靠地轉(zhuǎn)換道岔位置，改變道岔開通方向等重要的信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備。其中電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)由電機(jī)提供動(dòng)力，通過液壓壓力傳動(dòng)。電液轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)液壓正常與否不僅關(guān)系到轉(zhuǎn)轍機(jī)的正常運(yùn)行，更重要的是關(guān)系到鐵路的行車安全。

　　轉(zhuǎn)轍機(jī)檢測人員的日常工作是排查檢測轉(zhuǎn)轍機(jī)切換道岔的液壓壓力是否正常，并且對(duì)工作異常的轉(zhuǎn)轍機(jī)的液壓壓力進(jìn)行測量并記錄分析。目前，國內(nèi)的作業(yè)人員主要使用傳統(tǒng)的機(jī)械型壓力表檢測轉(zhuǎn)液壓壓力。機(jī)械型壓力表雖然可以完成基本工作，但針對(duì)性不強(qiáng)，不能完全滿足其檢測工作的特殊性。具體表現(xiàn)為一個(gè)壓力表無法同時(shí)測量切換道岔時(shí)的兩路壓力，壓力過載壓力表容易被損壞，表盤精度不夠，不能長期監(jiān)測記錄壓力等。并且這類產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)更注重可靠性而忽略了產(chǎn)品最終是為人所用這一因素，也導(dǎo)致使用體驗(yàn)不佳。轉(zhuǎn)轍機(jī)壓力表應(yīng)作為專門的檢測儀表為檢測人員而設(shè)計(jì)。

　　2人機(jī)工程學(xué)與數(shù)字型儀表設(shè)計(jì)

　　人機(jī)工程學(xué)是一門運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和其他學(xué)科的有關(guān)知識(shí)，使機(jī)器與人相適應(yīng)，創(chuàng)造舒適而安全的工作條件，從而提高工作效率的學(xué)科[1]。儀表設(shè)計(jì)與人機(jī)工程學(xué)密不可分，儀表是專門用來向人表達(dá)被測設(shè)備的參數(shù)、狀態(tài)及其他信息的檢測類產(chǎn)品。在人機(jī)系統(tǒng)中，按人接收信息的感覺通道不同，可分為視覺反饋、聽覺反饋和觸覺反饋，其中以視覺反饋?zhàn)顬橹匾?。?shù)字型儀表主要通過視覺反饋檢測信息，良好的人機(jī)化設(shè)計(jì)也決定作業(yè)人員的工作效率和質(zhì)量。所以結(jié)合人機(jī)工程學(xué)來設(shè)計(jì)數(shù)字型儀表是十分必要的。

　　3轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程

　　3.1轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表功能分析及方案選擇

　　轉(zhuǎn)轍機(jī)檢測人員是靠壓力表顯示的液壓壓力值判斷轉(zhuǎn)轍機(jī)是否在正常工作狀態(tài)。在遇到轉(zhuǎn)轍機(jī)工作異常時(shí)，需要記錄一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的壓力值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。而鐵路道岔站點(diǎn)眾多，如遇到多個(gè)轉(zhuǎn)轍機(jī)需要檢測，就要用到大量的人力物力。轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表的設(shè)計(jì)方案首先要從系統(tǒng)化理念出發(fā)整理它的功能需求，運(yùn)用功能論的設(shè)計(jì)方法對(duì)該表的功能進(jìn)行抽象和分析，這樣可以找到實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最好的途徑和方法，從而得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案[2]。根據(jù)現(xiàn)狀和用戶使用需求分析，該數(shù)字壓力表應(yīng)具有測量、顯示和記錄等功能。通過功能分析，設(shè)計(jì)方案應(yīng)是以手持檢測壓力為主，并且可以置于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)長期監(jiān)測并記錄液壓壓力的一款數(shù)字壓力表。

　　3.2轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表人機(jī)工程設(shè)計(jì)

　　由于轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表使用環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致了該表在設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中必須將產(chǎn)品的性能和可靠性放在第一位。在滿足了產(chǎn)品性能及可靠性的同時(shí)兼顧產(chǎn)品的人機(jī)工學(xué)。一般滿足了人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品，才能發(fā)揮出產(chǎn)品本身的作用，而這往往是傳統(tǒng)功能設(shè)計(jì)過程中容易忽視的一點(diǎn)。轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表的使用對(duì)象為鐵路道岔檢測人員，應(yīng)以手持檢測為主，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮人機(jī)工程學(xué)。

　　1）手持部位的設(shè)計(jì)。手持部位的設(shè)計(jì)主要考慮手握時(shí)的舒適性；工作現(xiàn)場的油污是否影響使用；特殊天氣是否容易滑落等。通過資料了解成年人手部的基本尺寸范圍，保證設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不超出人的生理尺寸。以某款轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表的設(shè)計(jì)為例，產(chǎn)品手握部分的設(shè)計(jì)符合手掌特征，手掌與產(chǎn)品貼合較好，可以提升手部的握感。并且對(duì)材料進(jìn)行區(qū)分，在手握部分加入橡膠材料來增加摩擦力。產(chǎn)品按鍵設(shè)計(jì)分為開關(guān)機(jī)鍵、菜單鍵、確認(rèn)鍵和方向鍵四個(gè)部分。結(jié)合人的生理尺寸設(shè)計(jì)按鍵部分，按鍵布置不能超出手指的操作范圍，同時(shí)需要結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際使用時(shí)的操作情況。將開關(guān)機(jī)鍵和菜單鍵作為單獨(dú)按鍵，確認(rèn)鍵和方向鍵作為組合按鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　2）液壓檢測口設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)機(jī)械壓力表為單路測壓。轉(zhuǎn)轍機(jī)的液壓檢測工作有時(shí)需要檢測道岔切換的兩路液壓，使用一個(gè)機(jī)械壓力表檢測時(shí)需要多次拆裝液壓管，或同時(shí)連接兩個(gè)壓力表才能較快的完成工作。而某款轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到現(xiàn)場使用情況，設(shè)計(jì)兩路獨(dú)立測壓接口，可同時(shí)接入轉(zhuǎn)轍機(jī)的兩路液壓完成實(shí)時(shí)檢測，工作過程中不需要反復(fù)拆裝，能夠提高工作效率。

　　3）監(jiān)測模式設(shè)計(jì)。使用傳統(tǒng)機(jī)械壓力表只能實(shí)時(shí)讀取壓力，需要人工記錄壓力值，工作量大且不能長期監(jiān)測。人機(jī)工程學(xué)最大的特點(diǎn)是，研究人、機(jī)、環(huán)境三大要素的特征，從整體出發(fā)尋求最優(yōu)組合。某款轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表在功能設(shè)計(jì)時(shí)增加監(jiān)測模式，產(chǎn)品采用無源電流狀態(tài)傳感器監(jiān)視啟動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)變換三相電機(jī)的電流大小，當(dāng)產(chǎn)品處于監(jiān)測工作模式時(shí)，可監(jiān)控三相電機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)而喚醒處于休眠模式的產(chǎn)品，解算單元將壓力值按時(shí)間打包存儲(chǔ)。開啟監(jiān)測模式后可將產(chǎn)品置于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)固定進(jìn)行一個(gè)時(shí)間段的監(jiān)測，完成監(jiān)測記錄后，作業(yè)人員將數(shù)據(jù)從產(chǎn)品拷貝至電腦中處理分析即可。可降低人力，提高作業(yè)效率。

　　4）儀表主界面設(shè)計(jì)。儀表的形式因用途不同而異，機(jī)械型壓力表通過半圓形儀表刻度盤認(rèn)讀，誤讀率偏高。而數(shù)字型儀表雖然在讀數(shù)效率和準(zhǔn)確性上比指針活動(dòng)式儀表高，但顯示變化趨勢不佳。轉(zhuǎn)轍機(jī)液壓壓力檢測需要準(zhǔn)確記錄讀數(shù)，同時(shí)需要觀察壓力變化。數(shù)字壓力表的主界面設(shè)計(jì)將虛擬指針表盤和數(shù)字顯示相結(jié)合。儀表的色彩設(shè)計(jì)對(duì)認(rèn)讀也有很大影響，主要包括刻度盤、刻度線及指針的顏色配置，是人機(jī)化設(shè)計(jì)的重要方面，色彩設(shè)計(jì)要綜合考慮色彩配置知識(shí)與環(huán)境因素的影響。在實(shí)際使用中，黑白的明度對(duì)比最高。考慮到夜晚的作業(yè)時(shí)間，在光線較差的條件下主界面的設(shè)計(jì)為白色表盤、黑色刻度線和數(shù)字及紅色指針，可加強(qiáng)認(rèn)讀的效果[3]。

　　4結(jié)束語

　　轉(zhuǎn)轍機(jī)液壓檢測工作是一種戶外作業(yè)，嚴(yán)寒酷暑等環(huán)境因素都可能影響檢測人員的正常工作，長時(shí)間的作業(yè)也容易產(chǎn)生疲勞。從“以人為本”的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表的設(shè)計(jì)不僅需要結(jié)實(shí)可靠，還需要功能拓展、顯控合理，滿足檢測人員在作業(yè)過程中的良好體驗(yàn)，提高作業(yè)效率，減輕工作疲勞感。人機(jī)工程學(xué)是一門多學(xué)科的交叉學(xué)科，研究的核心問題是不同的作業(yè)人、機(jī)及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)。所以該轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表的設(shè)計(jì)過程涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，通過學(xué)科的系統(tǒng)化知識(shí)指導(dǎo)和改良設(shè)計(jì)，使其在作業(yè)效率、安全、舒適等幾方面提高，滿足多樣化需求。相比目前檢測人員使用的機(jī)械型壓力表，該數(shù)字壓力表可極大地改進(jìn)鐵路道岔切換檢測技術(shù)，有利于鐵路路況觀測的自動(dòng)化、確保道岔檢測時(shí)效性和檢測質(zhì)量。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]曹琦.人機(jī)工程學(xué)[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1985:15-22.

　　[2]簡召全.工業(yè)設(shè)計(jì)方法學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社.2000：51-67.

　　[3]朝春明.工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:99-107.

　　作者秦鈺龍

　　推薦閱讀：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)

《人機(jī)工程學(xué)在轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)字壓力表設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》

上一篇：基于人體感知與智能后視鏡的車輛盲區(qū)消除及預(yù)警裝置

下一篇：長沙地鐵二號(hào)線華為鼎漢電源屏常見故障原因分析及其對(duì)策