基于人机工程仿真的举高消防车操纵台优化设计研究

摘要

举高消防车是高空救火救灾场景中重要的装备,其操纵台是控制转台、臂架、水炮工作的重要作业空间,操纵台的人机设计是举高消防车设计中重要一环,操纵台良好的人机设计是完成消防救援、发挥举高消防车产品性能的关键之一,可提升操纵台的人机体验,改善作业中的疲劳状态,有助于提升作业的效率和准确性。然而,现有的一些国内品牌举高消防车的操纵台设计出于成本考虑和对人机重视力度不够,使用体验较差,人机设计方面存在一定优化空间。本文依托举高消防车设计项目,以徐工某型举高消防车的操纵台为研究对象,对其进行基于人机仿真的优化设计研究,具体研究工作如下:(1)从人-机-环境和用户行为出发,总结用户行为-人机元素分析-方案设计-结果验证的优化设计流程,构建场景-任务-姿势的关系,总结在操纵台人机环境下用户的典型姿势,为后续分析打下基础;(2)根据GB/T 10000-1988中的人体数据,对身体各部位人体数据与身高数据进行拟合,得到各身体部位和身高数据的关系,再利用现今人体身高数据对各部位尺寸进行修正,为后续分析打下基础;(3)在建模软件Rhino中创建现有操纵台三维模型,在人机仿真软件Jack中导入现有模型,采用修正后人体数据创建虚拟人物,从可视域、可达域、舒适性三个方面对现有方案用户典型姿势进行人机分析,找出现有操纵台在人机方面的缺陷,建立人机问题与人机元素的映射关系,为后续进行针对性优化设计提供指导;(4)根据二维杆模型,从AHP点(踵点)开始对操纵台空间布局进行优化,计算H点(跨点)范围、C点(眼椭圆中心)位置与尺寸、观察舒适域、手臂舒适域,为后续座椅布置、显示屏布置、操纵手柄布置提供参考;(5)计算操纵台内按键类元件权重,根据重要性-使用频率对各元件进行重新布局设计;根据页面信息层级关系对显示屏主界面进行优化设计;(6)根据前文的研究结果,设计操纵台的优化方案,创建优化方案的三维模型,并在Jack中进行人机仿真验证优化方案在人机方面的优化效果;利用AHP-GEM模糊评价方法对原方案和优化方案进行评价,验证优化方案在使用方式、人机性能等方面的优化效果,结果表明优化方案在可视性、可达性、可用性方面和交互方式上都有较大提升。本论文有图70幅,表61个,参考文献95篇。

目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与方法

1.4 研究思路与框架

1.5 研究创新点和难点

1.6 本章小结

2 举高消防车操纵台用户行为及人机环境分析研究

2.1 举高消防车操纵台概述

2.2 举高消防车操纵台人机环境分析

2.3 基于人机工程学的举高消防车操纵台优化设计原则

2.4 基于人机工程学的举高消防车操纵台优化设计流程

2.5 举高消防车操纵台用户任务分析

2.6 本章小结

3 徐工某型号举高消防车操纵台人机仿真分析

3.1 仿真分析软件与工具选择

3.2 人体数据处理

3.3 举高消防车操纵台用户典型姿势分析

3.4 人机问题与人机元素映射关系构建

3.5 本章小结

4 举高消防车操纵台设计及空间布局优化

4.1 优化设计目标

4.2 优化设计思路

4.3 H点确定

4.4 眼椭圆位置与尺寸确定

4.5 观察舒适区域确定

4.6 举高消防车操纵台空间布局设计

4.7 本章小结

5 举高消防车操纵台人机界面布局优化

5.1 优化设计目标

5.2 优化设计原则

5.3 举高消防车操纵台内按键类操纵器布局优化分析

5.4 举高消防车操纵台显示屏主界面优化

5.5 方案设计

5.6 本章小结

6 举高消防车操纵台优化方案仿真分析及评价

6.1 人机仿真分析

6.2 主观评价

6.3 最终优化方案展示

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录 1