基于人因工程學的訓練艦艦橋布局優化設計與分析

馬雨薇

摘要：在設計一艘艦艇的時候，符合人體工程學的設計是減少船員工作疲勞度的重要因素，并且還可以適當地幫助操作人員更好的理解并操作導航系統和艦艇的手動操作系統。然而，由于人體工程學在實際艦橋中的設計不足使得船舶的安全性和可操作性或容錯率降低。因此，這些因素導致了更多的海上事故的發生。本研究對以下幾個方面進行了數據整理和評估：導航的使用頻率和人體工程學在實際導航中的影響力，訓練船員的操作或讀取數據錯誤的可能性，獲得包括人體工程學在內的艦橋導航系統的優化布局，即根據不同的型號和大小進行不同的設計安排。對艦橋上的導航設備進行了優化布局，這個布局是根據評估結果和Lingo程序整合而得。

關鍵詞：艦橋；布局；人因工程學；可用性評估；海洋事故

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）02-0118-04

船舶是國際交流運輸的主要形式之一，由于全球的增長貿易和科學技術的發展，船舶變得越來越大、更快、更完全自動化[J]。然而，海洋事故卻不斷發生。事實上，60% -80%的海上事故是由人為錯誤引起的.表明存在潛在風險以及對海洋環境的潛在損害。

由于人為錯誤造成的海上事故比率如此之高，我們通過大量的研究對事故進行了精準的分類，但調查方法不足以解決本質問題。因此我們需要投入更多的努力，以減少人為錯誤造成的海上事故。與此同時人因工程學因素也越來越多地被用于航行設備維護當中。

艦橋是導航官執行任務的地方，航行控制室是接收所有與導航有關的信息的地方。因此，在船舶設計中，應考慮符合人體工程學的艦橋設計，最大限度考慮監測船舶的航行環境和船員身體狀況，適當適應每一種情況，最大限度地減少由于疲勞引起的海事事故的發生。

特別是綜合橋系統（IBS）可以將所有船舶的航行設備安裝在單個控制臺內，可以分析從外部傳感器接收到的數據，并正確顯示結果。這種高科技導航設備的使用日益增多，實現了以最經濟的方式自動操作船舶。

因此，我們應該考慮如何通過考慮船舶操作員和航行設備的人體工程學設計的因素來改進船橋的布局。本研究旨在評價船舶航行設備的重要性和使用頻率。此外，在導航和讀出分析過程中，也會關注到在操作設備時可能會產生的誤差，也就是操作時讀取數據錯誤的可能性，并對其進行分析，根據人體工程學原理對這些系統進行優化。研究結果將通過對某一大學的訓練艦艦橋的可用性評估來收集。因此，本研究旨在通過可用性評估為船舶的航行設備布局進行基于人因工程學的優化建議。

1 研究方法

1.1 可用性評估

雖然所需的設備根據船的類型或尺寸而變化，但是船舶航行通常需要40至80個控制或顯示裝置。本次研究的主體是大學訓練艦，調查詢問操作員關于使用頻率、各設備的重要性、設備對航行的影響，以及分析控制與顯示共75臺設備的操作時可能會發生錯誤的可能性。

在可用性評估后，這項研究給出了導航設備在艦橋里的最佳人體工程學布局，這項研究還對緊急情況的類型做出了解釋（碰撞、擱淺、火災、爆炸、淹沒和主要部分損壞）和每一個標準相應的加權，表1描述了在韓國2003-2007年間發生的海洋事故的類型，它包括一個配置的利率列表，計算了每種類型發生的次數，以及每種事故占事故總和的百分比，并將結果作為每個航行設備包括控制或顯示設備的重量給出。

例如，ECDIS（電子圖表顯示和信息系統）是在擱淺事件中使用的設備。在原始調查中，對其重要性、使用頻率、對航行的影響、操作和閱讀可及性以及錯誤的可能性進行了調查，然后將總分乘以0.273。相當于配置損壞率（27.3%）最后的計算被用于優化過程，表1描述了在韓國2003-2007年間發生的海洋事故的類型，計算每種事故類型和發生的次數以及占總數的比例。

表2描述了訓練艦艦橋內每個設備的特征，它列出了訓練艦導航系統的實際尺寸（寬度x高度）以及它們的面板尺寸、重要性、每個設備的使用頻率、設備對航行的影響，以及錯誤的可能性。

表3顯示了標準計算權重的性能優化。它列出了在每個緊急情況或緊急出航或靠岸時手冊中提到的所需導航設備。數字對應的是順序計數器應答手冊表4中的序列號。舉例說明，表3的圖表包括每個緊急情況的編號和出發、到達的條件，比如“10”表示船舶進水，這個數字表明，在緊急情況下如表4，如遇船艙進水情況，圖表將用于第10指令，必要時實現行意擱淺，表3為每個設備在緊急情況下使用的相應編號及使用頻率。

該系統的數量是指相應情況下每種設備的累計使用頻率，并乘以海事事故統計的配置率（表1）的比率，并使用相應的設備的最佳值來優化實際優化的方案。

1.2 導航設備的布局

本文研究主題是艦橋的導航設備，對其進行了一個重要性和使用頻率的分析，以及每一部分設備的航行的影響，和操作時讀取數據可能會發生錯誤的可能性，在受訪者中，執行小組基于他們的工作位置進行子分類，然后對每個位置的布局進行了分析。權重的事故類型（碰撞、擱淺、火災爆炸。淹沒，主要部分損壞）用于優化表4中列出的，lingo（全球求解程序77）用于導航的優化過程，并獲得了符合人體工程學的布局設備。

圖1顯示了通過重要性和使用頻率的評分，優化的艦橋模型。艦橋在訓練艦共有18個面板，并且編號系統在表格中代表了導航設備在艦橋的實際布局。

圖1分別示出了分配給每個設備的編號，并且圖片中的編號的含義對應于用于優化性能的編號。例如，編號l表示方向盤和2標示航海圖，雷達和導航光控制面板位于靠近基準點，因為它們的面板的得分高。

在圖2中，艦橋模型是基于緊急權重的優化結果，對導航使用的重要性、使用頻率、對航行的影響、操作和讀數錯誤的可能性的評分進行了優化。例如，電子海圖和無線電話和全球海上遇險和安全系統被最近的基準點，這表明他們需要被安置在離軍官操作最近的位置。

圖3艦船模型是基于緊急權重的優化結果應用于分數的重要性、使用頻率、對航行的影響、操作和讀數錯誤的可能性繪制的。

2 數據比較和分析

這里的目的是比較和分析最終優化的布局（圖3）和現有布局。計算移動距離，并將基于它們的效率進行比較，以預測交通線操作員在閱讀船舶操作導航設備的控制或顯示設備時lgl。訓練艦艦橋，在研究中已被用作現有模型（圖4a）和提出了應用人體工程學變量后的最優橋梁模型（圖4b）。為了進行比較和評價，測量了導航設備之間的距離（圖4a）。

表5表示船舶離港的檢查表。指示的導航設備，控制和顯示裝置的數量對應于檢查表的順序。表5上列出的數字用作導航設備的數量。作為示例，導航光控制面板（7-3）和信號燈控制面板（7-5）是用于問題10的設備，“出發的信號標志被準備和升起”。現有布局的導航光控制面板和信號燈面板位于面板7。在這種情況下，操作者從基準點（▲）計算的移動距離為3，580mm。因此，根據現有和優化布局之間的比較和分析，操作者的移動距離減小了1000mm，只有現有距離的72.1%。因此，它顯示出提高的效率為27.g%。如果以相同的方法進行導航設備的比較和分析，結果表明本研究中的建議布局將操作員的移動距離減小了約20.5%。

表6建議在船舶港口進入時的清單。指示的導航設備的數量。控制和顯示設備對應于檢查表的順序。表3中列出的數字用作導航設備數量。

對于所有示例，甚高頻（4-1）是要用于問題13的設備，“通知期望端口進入內陸代理的時間”。在這種情況下，計算出的操作者從基準點（▲）的移動距離是4，710m（圖4a）。在建議的布局中的甚高頻被接合在2060mm（圖4b）。因此，根據現有和優化布局的比較和分析，操作員的移動距離減少了2650mm，這只是優化前移動距離的43.7%。結果表明，本研究中的建議布局使操作員的移動距離減小了約1.99%。

3 結論

本研究的目的是根據船舶的尺寸或類型，考慮人體工程學因素，開發艦橋導航設備的優化布局。本研究進一步提出了在船舶研究中探索的裝備設備的重要性和使用頻率的可靠性評估，并對訓練艦艦橋的導航設備的重要性和使用頻率進行了可靠性評價，觀察了每件設備對導航的影響程度以及船舶操作人員的操作或讀出錯誤的可能性。從調查結果中使用Lingo程序進行優化。

艦橋導航設備的優化基于主要問卷調查進行。除了在測量中評估的重要性和使用頻率之外，還考慮了導航設備對航行的影響的水平以及在控制、顯示裝置處的操作或讀出錯誤的可能性。此外，考慮到緊急情況（碰撞、絞合、火災和爆炸、淹沒、主要部件損壞），通過對緊急權重的分析，推導了基于人因工程學的合理布局。

建議電子海圖、雷達和指揮操舵顯示器應該位于最接近船員的位置。在該研究中建議對艦橋中的控制和顯示設備的面板的優化設計。

此外，研究通過實例證明，通過預測船舶離開或入港時的官員的交通線建議的人體工程學布局比現有布局更有效。

實際艦橋設計中人機工程學因素的不充分考慮可能導致船舶疲勞由于頻繁使用導航設備，這可能降低該官員的安全導航的性能，并且涉及操作和讀出錯誤的可能性。基于這些原因的研究結果將被用來減少航行中的人為錯誤。從而盡可能避免海事事故的發生。

4 展望

現代高技術條件下的局部戰爭對艦船航行的快速性、安全性及可靠性都提出了很高的要求，然而現有艦船基本無法滿足要求。這就需要提高導航與操縱控制、系統化水平，并考慮人體工程學因素，開發艦橋導航設備的優化布局，充分發揮導航、操控設備的綜合效應和整體效能，以確保艦船安全、經濟地航行，充分發揮艦船的作用。

在優化各設備布局的同時也應建立綜合艦橋系統體系和評估體系，研究綜合艦橋系統，首先要建立艦橋系統的系統體系和評估體系，即運用方法論、信息論，對現有艦船導航系統進行重新定義：按任務、功能、設備的層次關系重新建立導航系統的設備組織結構：按知識、信息、數據的層次關系對各種導航信息進行分類、重組和集成：從系統的可用性、可信賴性及系統的能力等方面對系統的整體效能進行評估，建立系統效能模型。

系統以設備為對象劃分功能結構單元，設備之間可以根據一定原則動態進行組合，這樣能夠使設備有效互連、協同工作，大大提高了艦橋系統的靈活性和生命力。運用面向對象的思想，開發各類設備對象的設備管理模塊，通過該模塊將系統軟件和設備硬件分開，使用戶通過系統軟件對設備硬件進行控制操作，降低軟件系統與硬件系統的耦合度，提高可靠性。此外，對于同類設備來說，由于設備的硬件特性十分相似，從而可以利用相同的管理模塊或只需做很少的修改即可實現對設備的控制和管理，以最小的變化實現系統的重組和擴充。

發展綜合艦橋系統可以提高艦船操縱的安全性和操控效能，改善艦船航態控制品質，可以通過對綜合艦橋系統關鍵技術研究，對艦橋任務進行合理規劃，對航海導航、艦船操縱與姿態控制、氣象水文環境、通信以及全艦監視系統信息進行綜合整理，從而實現功能完善的艦橋系統。

優化的艦橋導航布局提高精度，提高可靠性，降低了操作時可能會發生的錯誤頻率，以保證艦船在各個海區的航行安全：綜合艦橋系統能實現各分設備之間的信息冗余，它的可重構能力提高了系統的生存能力：綜合艦橋系統高速、實時數據搜集和處理功能，以及信息的集中顯示功能，縮短了反應時間，提高船員操作能力，并提高了工作效率。