航空保障設(shè)備研制中的人機工程設(shè)計研究

王 聰，李 霞，柳艷琴

（航空工業(yè)西飛，陜西 西安710089）

1 引言

航空保障設(shè)備是飛機在執(zhí)行任務(wù)、日常訓(xùn)練和進行地面維修時所需要的裝備、設(shè)備及工具的統(tǒng)稱。隨著技術(shù)發(fā)展，國家軍事實力的不斷提升，中國航空裝備有了長足的進步。但是航空保障設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀明顯落后于航空設(shè)備。目前航空保障設(shè)備大多數(shù)仍停留在滿足基本技術(shù)要求層面。而隨著技術(shù)進步，用戶等對于航空保障設(shè)備的便捷、效率及安全等方面提出了更高的要求。以技術(shù)為中心的設(shè)計逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀藶橹行摹：芏嘞冗M的軍事強國對于航空地面設(shè)備都提出了人機工程要求。

人的因素是人機工程設(shè)計的核心研究內(nèi)容，國際功效學會對人機工程學下的定義是研究人在工作環(huán)境中的生理、心理學等諸方面因素，研究人-機器-環(huán)境系統(tǒng)中的交互作用及各個組成部分（效率、安全、健康、舒適等）在工作條件下如何達到最優(yōu)化的一門學科。經(jīng)過多年研究和應(yīng)用，人機工程學把人-機-環(huán)境系統(tǒng)作為研究的基本對象，運用相關(guān)學科知識，根據(jù)人和機器的條件和特點，合理分配人和機器承擔的操作職能，并使之相互適應(yīng)，從而為人創(chuàng)造出舒適和安全的工作環(huán)境，使功效達到最優(yōu)。通過人機工程學研究，使航空保障設(shè)備在滿足相應(yīng)功能要求的條件下，充分滿足用戶的各種需求，貫徹以人為本的設(shè)計理念。人機工程學在航空保障設(shè)備設(shè)計中的廣泛應(yīng)用，必將提高航空保障設(shè)備的設(shè)計水平。

2 航空保障設(shè)備研制各階段的相關(guān)人機工程學內(nèi)容

航空保障設(shè)備的研制過程主要包括產(chǎn)品規(guī)劃、總體方案、詳細設(shè)計、試驗及試用四個階段。在這些階段中應(yīng)將人機工程設(shè)計滲透到各個階段中，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 航空保障設(shè)備規(guī)劃

對航空保障設(shè)備在特定環(huán)境及時機下實現(xiàn)任務(wù)目標而必須執(zhí)行的功能進行分析確定。預(yù)估人在任務(wù)中可能承擔的任務(wù)（操作、決策、監(jiān)控等），采用人機工程原理將功能分配到“人工操作、自動化操作或兩者相結(jié)合”，明確人與設(shè)備的功能分配。

2.2 總體方案

從人-設(shè)備-環(huán)境單方面或隨機組合的角度下對要完成的關(guān)鍵任務(wù)進行分析，編制操作程序或其他方面使用規(guī)程，保證任務(wù)有效、安全、可靠執(zhí)行。然后確定如下內(nèi)容：①操作人員所需的可用的信息；②采取的操作及所需進行的身體運動；③操作所需的工作空間；④可用工作空間；⑤可能發(fā)生的危險；⑥與其他成員的協(xié)同；⑦工作環(huán)境等人機工程影響因素，據(jù)此對產(chǎn)品進行總體方案設(shè)計，并應(yīng)隨時針對分析中的不兼容或者超出身體要求等問題，對方案進行優(yōu)化與改進，得出最優(yōu)方案。

2.3 詳細設(shè)計

將總體方案中所得到的人機工程輸入以及其他適宜輸入，轉(zhuǎn)化成為具體的工程設(shè)計。在設(shè)計產(chǎn)品零部件具體參數(shù)、人機交互界面等方面時，應(yīng)重點考慮人體測量參數(shù)、人的能力、技能要求、安全問題等方面要素。有條件的可以引入計算機模型進行試驗，對身體及活動范圍進行模擬，根據(jù)計算機輸出結(jié)果進行評估或預(yù)測設(shè)備使用中可能出現(xiàn)的問題，進行設(shè)計迭代更改。

2.4 試驗及試用

在對生產(chǎn)出的航空保障設(shè)備進行試驗驗證及試用時，也要檢驗設(shè)備人機工程設(shè)計方面的優(yōu)劣程度，例如人-設(shè)備接口設(shè)計、設(shè)備界面設(shè)計、操作控制等方面是否簡潔合理，相互作用時是否滿足人體生理要求，色彩、噪聲及造型等是否能優(yōu)化工作環(huán)境等。對設(shè)備提出人機工程學評估，對不符合項應(yīng)進行完善改進，最后正式投產(chǎn)交付。

3 航空保障設(shè)備人機工程設(shè)計實例分析

為更加清晰地了解人機工程設(shè)計在航空保障設(shè)備研制中的關(guān)鍵作用，下面介紹幾種航空保障設(shè)備在滿足設(shè)備本身功能要求的前提下，根據(jù)人機工程學原則所做的優(yōu)化改進設(shè)計。

機輪千斤頂：用于外場更換機輪時頂起起落架等工作，同時使用次數(shù)比較頻繁。原機輪千斤頂質(zhì)量約30 kg，在缸外壁設(shè)置一個提手。主要存在的問題是，人員在進行短距離搬運時只能通過提手在垂直方向施加力來搬運，超過人機工程學中的適宜搬運質(zhì)量要求且施力方式不科學。這就增加了日常機務(wù)工作的準備時間，降低了工作效率。為了提高工作效率，方便使用，在移動搬運形式方面進行優(yōu)化。在不影響功能性能、外形尺寸，且質(zhì)量改變不大的情況下對機輪千斤頂進行改進。改進后的機輪千斤頂，增加長約800 mm的可伸縮拉桿手柄，并且增加輪子。在使用時，拉手縮回，千斤頂?shù)酌嬷亍Ｓ捎谡w外形尺寸未發(fā)生變化，可以滿足使用空間要求，不影響日常使用。運輸時，拉出拉手，抬起后輪子著地。改進后的結(jié)構(gòu)形式所需要的搬運力更小、施力方式也更加科學，極大地方便了人員搬運，解決了傳統(tǒng)機輪千斤頂搬運移動困難的問題，提高了機務(wù)人員的工作效率。機輪千斤頂人機工程改進設(shè)計如圖1所示。

圖1 機輪千斤頂人機工程改進設(shè)計

充氣設(shè)備：用于給飛機輪胎充氣補氣。原充氣設(shè)備在使用時，需要與充氣軟管和外界氣源配套。主要存在問題是，使用前需將氣源、充氣軟管及充氣設(shè)備連接起來，準備工作比較煩瑣。充氣過程中靠人工觀察壓力表來監(jiān)測并控制壓力輸出，一旦不注意超過系統(tǒng)所需壓力，可能會對系統(tǒng)造成損傷，存在安全風險。為了減少任務(wù)前準備時間，降低使用過程中的安全風險，對充氣設(shè)備進行綜合化設(shè)計。改進后的充氣設(shè)備增加減壓閥，達到設(shè)定值時可以自動關(guān)閉氣源；可以自動監(jiān)測輪胎胎壓；自帶氣源。經(jīng)改進，減少了完成任務(wù)所需的設(shè)備數(shù)量，簡化了操作流程，重新定義了人-設(shè)備的功能分配，降低了對人員數(shù)量及操作方面熟練度要求，減少了準備時間，提高了工作效率。自動關(guān)閉氣源和檢測輪胎胎壓則可以避免人工監(jiān)測存在的安全風險，給機務(wù)人員營造一個相對安全的工作環(huán)境。充氣設(shè)備人機工程改進設(shè)計如圖2所示。

圖2 充氣設(shè)備人機工程改進設(shè)計

座艙氣密試驗臺：用于對飛機座艙按定期檢查規(guī)定或完成修理后，進行氣密性試驗，檢查飛機座艙的氣密性。原座艙氣密試驗臺是車式結(jié)構(gòu)，由外部殼體、車輪、內(nèi)部系統(tǒng)、儀表盤組成。主要存在問題是，車體外外殼造型簡單，色彩單一，整體外觀不美觀，不符合人機工程學中對于工作空間及環(huán)境的健康舒適要求。因此，對座艙氣密試驗臺進行外觀造型及色彩方面優(yōu)化設(shè)計。改進后的座艙氣密試驗臺，更改了側(cè)板結(jié)構(gòu)形式，增加凹槽造型；改進把手結(jié)構(gòu)；增加底盤深色輔色，車體亮色條紋等。經(jīng)改進，在保證主色調(diào)的情況下，加強了設(shè)備本身主輔色之間的搭配設(shè)計，提升設(shè)備的色彩視覺效果，凸顯了立體感；優(yōu)化了外殼的造型及把手的形式，使整體外觀更具有設(shè)計感。改進后，在觀感上，給人以良好的視覺效果，改善工作環(huán)境。研究表明，改進機器使之亮度適當，造型美觀，可提高10%～30%的勞動生產(chǎn)率，在機器、工具上涂上適當色彩，可提高2%～4%的勞動生產(chǎn)率。因此，改進后也可提高機務(wù)人員的工作效率。

座艙氣密試驗臺人機工程改進設(shè)計如圖3所示。

圖3 座艙氣密試驗臺人機工程改進設(shè)計

4 結(jié)論

航空保障設(shè)備的種類豐富，所涉及的專業(yè)領(lǐng)域也比較繁雜，因此，在航空保障設(shè)備設(shè)計中貫徹人機工程學原理需要考慮多方面的影響因素。因此需要在設(shè)計過程中統(tǒng)籌規(guī)劃，將人機工程學深入到設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，才能更好地提高設(shè)計水平。在滿足功能性能的前提下，體現(xiàn)設(shè)備本身的人文關(guān)懷，才能達到對使用者生理及心理的尊重，才能更好地發(fā)揮設(shè)備效能，更好地完成任務(wù)。