人机工程学在转辙机数字压力表设计中的应用

来源：职称论文发表咨询网作者：田编辑时间：2020-11-28 10:12

　　摘要：随着社会的发展，数字型仪表的测量方式逐渐普及。而目前国内转辙机内液压压力的检测工作基本是通过作业人员使用传统的机械型压力表测压来进行。与数字型仪表相比，机械仪表易损坏、读数不准确、且不具有数据存储与读取历史数据功能，作业效率低，使用体验较差，同时影响铁路路况观测的时效性。人机工程学是通过探究人、机、环境三者间的关系与作用，从而使人、机、环境系统得以优化与完善。由于产品类型逐步的多样化，人机工程学的应用也越来越多。本文从人机工程学角度出发，结合使用者的行为特性，从压力表的功能分析与方案选择入手，对其功能、结构、界面等进行人工程学设计与人性化探讨。对检测技术、作业人员的使用体验加以改进，为其提供更加安全有效的工作方式，从而提高道岔检测的时效性和检测质量。

　　关键词：人机工程学；转辙机；数字压力表

　　1转辙机液压压力检测现状

　　转辙机是用以可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向等重要的信号基础设备。其中电动液压转辙机由电机提供动力，通过液压压力传动。电液转辙机内液压正常与否不仅关系到转辙机的正常运行，更重要的是关系到铁路的行车安全。

　　转辙机检测人员的日常工作是排查检测转辙机切换道岔的液压压力是否正常，并且对工作异常的转辙机的液压压力进行测量并记录分析。目前，国内的作业人员主要使用传统的机械型压力表检测转液压压力。机械型压力表虽然可以完成基本工作，但针对性不强，不能完全满足其检测工作的特殊性。具体表现为一个压力表无法同时测量切换道岔时的两路压力，压力过载压力表容易被损坏，表盘精度不够，不能长期监测记录压力等。并且这类产品在设计时更注重可靠性而忽略了产品最终是为人所用这一因素，也导致使用体验不佳。转辙机压力表应作为专门的检测仪表为检测人员而设计。

　　2人机工程学与数字型仪表设计

　　人机工程学是一门运用生理学、心理学和其他学科的有关知识，使机器与人相适应，创造舒适而安全的工作条件，从而提高工作效率的学科[1]。仪表设计与人机工程学密不可分，仪表是专门用来向人表达被测设备的参数、状态及其他信息的检测类产品。在人机系统中，按人接收信息的感觉通道不同，可分为视觉反馈、听觉反馈和触觉反馈，其中以视觉反馈最为重要。数字型仪表主要通过视觉反馈检测信息，良好的人机化设计也决定作业人员的工作效率和质量。所以结合人机工程学来设计数字型仪表是十分必要的。

　　3转辙机数字压力表设计中的人机工程

　　3.1转辙机数字压力表功能分析及方案选择

　　转辙机检测人员是靠压力表显示的液压压力值判断转辙机是否在正常工作状态。在遇到转辙机工作异常时，需要记录一个时间段内的压力值进行数据分析。而铁路道岔站点众多，如遇到多个转辙机需要检测，就要用到大量的人力物力。转辙机数字压力表的设计方案首先要从系统化理念出发整理它的功能需求，运用功能论的设计方法对该表的功能进行抽象和分析，这样可以找到实现系统功能的最好的途径和方法，从而得出最优的设计方案[2]。根据现状和用户使用需求分析，该数字压力表应具有测量、显示和记录等功能。通过功能分析，设计方案应是以手持检测压力为主，并且可以置于转辙机内长期监测并记录液压压力的一款数字压力表。

　　3.2转辙机数字压力表人机工程设计

　　由于转辙机数字压力表使用环境的特殊性，导致了该表在设计开发的过程中必须将产品的性能和可靠性放在第一位。在满足了产品性能及可靠性的同时兼顾产品的人机工学。一般满足了人机工程学的产品，才能发挥出产品本身的作用，而这往往是传统功能设计过程中容易忽视的一点。转辙机数字压力表的使用对象为铁路道岔检测人员，应以手持检测为主，在设计时需要充分考虑人机工程学。

　　1）手持部位的设计。手持部位的设计主要考虑手握时的舒适性；工作现场的油污是否影响使用；特殊天气是否容易滑落等。通过资料了解成年人手部的基本尺寸范围，保证设计的产品不超出人的生理尺寸。以某款转辙机数字压力表的设计为例，产品手握部分的设计符合手掌特征，手掌与产品贴合较好，可以提升手部的握感。并且对材料进行区分，在手握部分加入橡胶材料来增加摩擦力。产品按键设计分为开关机键、菜单键、确认键和方向键四个部分。结合人的生理尺寸设计按键部分，按键布置不能超出手指的操作范围，同时需要结合产品实际使用时的操作情况。将开关机键和菜单键作为单独按键，确认键和方向键作为组合按键进行设计。

　　2）液压检测口设计。传统机械压力表为单路测压。转辙机的液压检测工作有时需要检测道岔切换的两路液压，使用一个机械压力表检测时需要多次拆装液压管，或同时连接两个压力表才能较快的完成工作。而某款转辙机数字压力表在设计时考虑到现场使用情况，设计两路独立测压接口，可同时接入转辙机的两路液压完成实时检测，工作过程中不需要反复拆装，能够提高工作效率。

　　3）监测模式设计。使用传统机械压力表只能实时读取压力，需要人工记录压力值，工作量大且不能长期监测。人机工程学最大的特点是，研究人、机、环境三大要素的特征，从整体出发寻求最优组合。某款转辙机数字压力表在功能设计时增加监测模式，产品采用无源电流状态传感器监视启动转辙机变换三相电机的电流大小，当产品处于监测工作模式时，可监控三相电机启动，进而唤醒处于休眠模式的产品，解算单元将压力值按时间打包存储。开启监测模式后可将产品置于转辙机内固定进行一个时间段的监测，完成监测记录后，作业人员将数据从产品拷贝至电脑中处理分析即可。可降低人力，提高作业效率。

　　4）仪表主界面设计。仪表的形式因用途不同而异，机械型压力表通过半圆形仪表刻度盘认读，误读率偏高。而数字型仪表虽然在读数效率和准确性上比指针活动式仪表高，但显示变化趋势不佳。转辙机液压压力检测需要准确记录读数，同时需要观察压力变化。数字压力表的主界面设计将虚拟指针表盘和数字显示相结合。仪表的色彩设计对认读也有很大影响，主要包括刻度盘、刻度线及指针的颜色配置，是人机化设计的重要方面，色彩设计要综合考虑色彩配置知识与环境因素的影响。在实际使用中，黑白的明度对比最高。考虑到夜晚的作业时间，在光线较差的条件下主界面的设计为白色表盘、黑色刻度线和数字及红色指针，可加强认读的效果[3]。

　　4结束语

　　转辙机液压检测工作是一种户外作业，严寒酷暑等环境因素都可能影响检测人员的正常工作，长时间的作业也容易产生疲劳。从“以人为本”的角度出发，转辙机数字压力表的设计不仅需要结实可靠，还需要功能拓展、显控合理，满足检测人员在作业过程中的良好体验，提高作业效率，减轻工作疲劳感。人机工程学是一门多学科的交叉学科，研究的核心问题是不同的作业人、机及环境三者间的协调。所以该转辙机数字压力表的设计过程涉及多个学科领域，通过学科的系统化知识指导和改良设计，使其在作业效率、安全、舒适等几方面提高，满足多样化需求。相比目前检测人员使用的机械型压力表，该数字压力表可极大地改进铁路道岔切换检测技术，有利于铁路路况观测的自动化、确保道岔检测时效性和检测质量。

　　参考文献

　　[1]曹琦.人机工程学[M].北京：科学技术出版社，1985:15-22.

　　[2]简召全.工业设计方法学[M].北京：北京理工大学出版社.2000：51-67.

　　[3]朝春明.工业产品造型设计[M].北京：机械工业出版社，2009:99-107.

　　作者秦钰龙