基于人機(jī)工程學(xué)的航空器維修設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用

鄭曉鋒

摘 要 通過研究設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué)的維修工具和設(shè)備，消除維修設(shè)備的不科學(xué)性，從而最大限度地降低人為差錯(cuò)發(fā)生的可能性，提升維修工作的效率，保護(hù)機(jī)務(wù)人員的人身安全。

關(guān)鍵詞 人機(jī)工程學(xué)；航空器；維修設(shè)備

前言

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在世界上所有的航空事故案例中，航空維修差錯(cuò)占85%，在這些航空維修差錯(cuò)中，人為差錯(cuò)占了80%。而維修設(shè)備設(shè)計(jì)的不科學(xué)性也是導(dǎo)致人為差錯(cuò)不可忽視的因素。所以，研究設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué)的維修設(shè)備，降低人為差錯(cuò)發(fā)生的可能性，是保障飛行安全的根本。

1 人機(jī)工程學(xué)簡(jiǎn)介

人機(jī)工程學(xué)（ergonmics），也稱“人體工程學(xué)”。它是從希臘文“ergon”（工作）和“nomos”（規(guī)律）來的，是研究人與工具、手段互相作用時(shí)產(chǎn)生的心理上和生理上的規(guī)律和法則的科學(xué)。其目的是通過對(duì)人體本身及其能力的數(shù)據(jù)研究，試圖設(shè)計(jì)適合人能力的生活工作用品，解決人與物、物與物之間的和諧關(guān)系，主要研究依靠人體的結(jié)構(gòu)尺度，找出與設(shè)計(jì)物的比例關(guān)系，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)進(jìn)行各領(lǐng)域的設(shè)計(jì)活動(dòng)。

2 人體因素分析

設(shè)計(jì)維修工具設(shè)備時(shí)應(yīng)注意到人員身高的差異性、肢體關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍以及各類作業(yè)姿勢(shì)耗能的區(qū)別，要提供一個(gè)可調(diào)節(jié)的功能以滿足大多數(shù)機(jī)務(wù)人員的使用要求，最大限度地提高操作時(shí)的舒適度，減少體能的消耗。

2.1 各部位靜態(tài)尺寸[1]

人體各部位的尺寸決定著四肢活動(dòng)范圍與周圍物體間距的大小。通航業(yè)內(nèi)機(jī)務(wù)人員來自全國(guó)不同地方，身高差距也較大，所以在設(shè)計(jì)維修工具設(shè)備時(shí)，要將人體尺寸的差異考慮進(jìn)去。

2.2 肢體活動(dòng)范圍分析[2]

圖1可以看出人體的各關(guān)節(jié)、四肢活動(dòng)范圍是有一定限制。直升機(jī)的作業(yè)空間比較受限，機(jī)務(wù)人員作業(yè)限制程度會(huì)放大。如果沒有合適的設(shè)備，就會(huì)引起操作過程中的姿勢(shì)不佳，在人體關(guān)節(jié)處產(chǎn)生較大的壓力和轉(zhuǎn)矩。在受壓的關(guān)節(jié)處就會(huì)減少血液的供應(yīng)，引起體力減退，增加人的不舒適感，使肌肉疲勞。

2.3 各類姿勢(shì)受力情況

各類作業(yè)姿勢(shì)所引起的肌肉受力、耗氧量、腰椎負(fù)荷等情況也是各不相同，具體參考表1。表中，相比A、B的作業(yè)姿勢(shì)，C、D和E所帶來的身體負(fù)荷較大，除了正常的能量消耗外，還得消耗附加在肌肉的能量，且腰椎的負(fù)擔(dān)也較大。在實(shí)際工作時(shí)，由于飛機(jī)的構(gòu)造以及作業(yè)空間，機(jī)務(wù)人員采取上述三種姿勢(shì)的頻率也較高，引起的身體損耗更為嚴(yán)重。由于人員的疲勞，在維修過程中產(chǎn)生差錯(cuò)的概率大大提高，帶來了較大的安全隱患。設(shè)計(jì)時(shí)要注意工作空間的大小、體力負(fù)荷的大小和用力方向、實(shí)際操作的高度、操作的頻率以及正確的體位等等因素。

3 實(shí)際應(yīng)用[3]

人機(jī)工程學(xué)在航空器維修中的應(yīng)用越來越被人們所重視，在設(shè)計(jì)時(shí)，注意人體生理因素方面的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最佳化，發(fā)揮人的勞動(dòng)能力，減少人為因素的干擾，保護(hù)機(jī)務(wù)人員的生理健康。

3.1 設(shè)計(jì)原則[4]

①人體的工作盡量以較少的身體消耗，而能得到滿意的結(jié)果；②避免工作者長(zhǎng)時(shí)間耗氧量大、有損健康的工作；③盡量使胳臂離開下垂位置的角度要小于30度； ④避免經(jīng)常性的前伸、側(cè)抬和上舉動(dòng)作；⑤考慮人力資源的節(jié)約，盡可能減少操作同一工作的人數(shù)。

3.2 設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用

研究設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有大量的工具設(shè)備改造設(shè)計(jì)實(shí)例。本文著重介紹航空器夜間搜救探照燈（簡(jiǎn)稱“小太陽(yáng)”）拆裝支架的設(shè)計(jì)情況。

（1）設(shè)計(jì)方案。小太陽(yáng)長(zhǎng)41.8cm，寬42.5cm，高42.7cm，

重29.5kg，有三個(gè)支撐點(diǎn)需要精準(zhǔn)安裝在直升機(jī)側(cè)面的支座上，并用插銷鎖定，此操作最少需要三人配合安裝。針對(duì)小太陽(yáng)的重量、形狀，在升降叉車的基礎(chǔ)上結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮機(jī)務(wù)人員工作強(qiáng)度，研發(fā)出DYF-009型小太陽(yáng)支架，設(shè)計(jì)介紹如下：

利用“叉”形臂，固定小太陽(yáng)支架，利用兩個(gè)絲桿滑臺(tái)，進(jìn)行前后、左右的方向調(diào)節(jié)，利用滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。具體操作過程就是通過升降車的升降功能調(diào)節(jié)所需的高度，再用絲桿滑臺(tái)和滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)小太陽(yáng)調(diào)整定位，最后插入鎖定，完成安裝，如圖2所示。

（2）優(yōu)勢(shì)比較。圖3為原始安裝小太陽(yáng)的方法，圖4為使用小太陽(yáng)支架的安裝方法。現(xiàn)對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比。

①操作空間配置對(duì)比。由于小太陽(yáng)的構(gòu)型，兩名機(jī)務(wù)人員必須緊挨提領(lǐng)固定，第三名機(jī)務(wù)人員才能去插銷鎖定，大大影響操作空間，不利于安全操作。而圖4，兩名機(jī)務(wù)人員利用小太陽(yáng)支架安裝，操作空間較大，相互干擾幾乎為零。②作業(yè)安全性對(duì)比。小太陽(yáng)價(jià)值較高，如何采用圖3安裝，疲勞引起的手臂不穩(wěn)定性，容易發(fā)生滑脫等意外情況，損傷小太陽(yáng)。由于小太陽(yáng)與直升機(jī)支座配合比較緊密，手臂的不穩(wěn)定性也容易損傷鎖孔，造成間隙增大。③人體消耗對(duì)比。飛機(jī)上三個(gè)安裝點(diǎn)大約離地高度分別為65cm，85cm，85cm。如采取圖3安裝，大部分安裝作業(yè)姿勢(shì)都要處于屈身、彎腰，甚至深蹲。另外，還受到圖1中肢體范圍的限制，人體處于扭轉(zhuǎn)姿勢(shì)。表1看出，肌肉負(fù)重和腰椎負(fù)荷很大，耗氧量增加，人員易疲勞，身體易受損。在提領(lǐng)的過程中，還需要對(duì)小太陽(yáng)和飛機(jī)支座的三個(gè)軸承孔精準(zhǔn)定位，由于人體處于易疲勞的姿勢(shì)，操作的穩(wěn)定大大降低，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)隨之提高。圖4，一名人員較為輕松操縱支架調(diào)整定位，另一名人員可無任何負(fù)重地對(duì)空插銷。較好減輕操作人員的身體負(fù)荷，提升工作效率，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在航空維修領(lǐng)域，導(dǎo)致人為差錯(cuò)發(fā)生的因素眾多，但設(shè)備的設(shè)計(jì)不人性化是引起維修差錯(cuò)不可忽視的因素。因此，航空維修設(shè)備設(shè)計(jì)中要始終堅(jiān)持“以人為本”，提倡航空設(shè)備的人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)，最大限度地降低人為差錯(cuò)。

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