毕业设计（论文）-论司机室的人性化设计与改造.doc

黑龙江交通职业技术学院毕业论文 08级 铁道机车车辆专业黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）题目 论司机室的人性化设计与改造专 业 ：机车车辆系（电力机车方向）班 级 ：0819学 号 ：姓 名 ： 20010年12月15日 毕业设计（论文）开题报告题目：论司机室的人性设计与改造1本课题的来源、选题依据：根据三年以来所学专业知识和实习的经验，对电力机车司机室的重要性。1.本课题的设计（研究）意义（相关技术的现状和发展趋势）：司机室人性化的重要性，司机室的人性化对未来的发展和帮助，重要阐述人性化的需求与发展。本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的实现手段（途径）：（可以另附页）司机室人性化的工作；分析改造的原因，说明分析的依据和过程；阐述人性化的应用。2.文献综述（列出主要参考文献的作者、名称、出版社、出版时间以及与本课题相关的主要参考要点）：l 刘东明刘强韶山4( ss4 )型电力机车司机室人机界面的分析研究， 全国第二届人机工程学术年会论文集 西南交通大学 1 9 9 22 刘东明卢欣等关于“车机联控与机车行车安全的分析研究”西南交通大学 1 9 9 23 卢煊初 ，李广燕 ；人类工效学轻工业出版社，1 9 9 0指导教师意见： 指导教师： 年 月 日专业部意见： 签字 年 月 日 1中期进展情况检查表年 月 日课题名称论司机室的人性设计与改造学生姓名杨旭学 号0817039专 业电力机车指导教师王鹏轩职 称工程师主要研究内容及进展研究内容：论司机室的人性化设计与改造尚须完成的任务整理图纸，结题，打印论文存在的主要问题及解决措施存在的问题：对于人性化的课题有很多的不了解解决措施：向专业老师咨询和查阅相关参考资料指导教师审查意见专业部审查意见目 录摘 要 3abstract 4前 言 5一 人性化的概念6（一）人体构造7（二）人体尺度7（三）人体动作域7二 基本要求8（一）材料8（二）结构8（三）焊接8（四）内部装置9（五）电气9（六）油漆9三 试验方法9（一） 防雨试验9（二）顶棚承压试验9四 检查规则9五 司机室照明9（一）显示装置。9（二）控制装置在适当位置上固定标牌。标牌内容包括：9（三）气候环境和适合运输。10六改进措施10（一）仪表的改进10（二）控制装置的改进11（三）环境的改善11结束语12致 谢13参考文献14摘 要在此我主要介绍ss4g型电力机车司机室的工作、应用人机工程学理论对ss4g型电力机车司机室的工作环境、气候环境及司机操纵台的人机工程进行了分析指出其人机不相适应的部分提出了相应的改进方案包括显示装置、控制装置及工作环境的改进措施。人性化的工作、诠释人性化在司机室中的重要性，在实践中的逐步应用。关键词：电力机车；司机室；人性化；措施；abstracthere i mainly introduces ss4g type electric locomotive driver chamber internal structure, apply ergonomic theory to ss4g type electric locomotive driver cabs working environment, climate environment and the driver caozongtai human-computer engineering are analyzed points out its man-machine does not adapt. the part of the proposed the corresponding improvement scheme including display device, control devices and working environment improvement measures. humanity working, interpret the humanized in driver cabs, the importance of gradually applied in practice. keywords: electric locomotive, driver cabs, humanization; measures, 前 言在当今世界科技的飞速发展，火车的不断提速，人们也越来越看重其他方面，舒适、温暖、等等已经成为人们心中的理想话题，所有的人都喜欢舒适的旅行、回家，所以我们要更好的发展我们的未来，人性化已经成为现在越来越热的话题，在许多方面我们都会接触到它，所以，在这里主要介绍人性化在电力机车上的应用。在人性化的帮助下，许多方面都会变的更好。 司机，也就是掌握“机”的人。机器出现在人类社会上，是瓦特发明蒸汽机之后。从那时候开始，就出现了司机一词。从这个意义引申开来，所有掌管机器的人，都可称呼为 司机。再后来，火车，汽车的出现，使“司机”更多的出现在这些交通工具上。司机是操控车辆运行，而司机不一定要位于所控制的车内，缆车司机通常位于顶峰站控制缆车，而不是在缆车内控制缆车。后来之所以“驾驶员”全面继承了“司机”一词，大概是由于“驾驶员”这个职业更频繁的被人们称呼为“司机”的原因。逐渐的也就成为了驾驶员的专职称呼。一 人性化的概念ss型电力机车在铁路运输中占有很重要的地位也是我国铁路运输牵引动力的发展方向由于我国在电力机车的设计中未充分考虑有关人机工程的问题，给机车乘务员的操作带来了诸多不便。我国的机车与国外先进国家的机车相比，除技术上落后外，一个较大差距就是司机室人机界面的优劣程度。人机界面是人机环境系统中人与机进行信息与能量交换的区域。人机界面的恶化，必然影响操作的可靠性。因此改善人机界面是提高操作可靠性、降低事故率的重要方面司机室是司机准确获取机车内外信息进行正确驾驶机车的特定场合，其间高度密集着多种多样的人机界面一如操作台上的显示和操纵装置、座椅、车、窗及周围环境等。我国国产电力机车司机室的人机界面不能很好地适应人的生理与心理特征在一定程度上加剧了司机的操作疲劳，降低了操作可靠性对安全行车极为不利 ss型是当前我国电气化铁路的主要牵引动力。因此 ,重点对该型机车进行人机工程学分析研究。司机操作台是驾驶机车的主要工作场所,正司机的操作台上显示装置和控制装置远远多于副司机操作台。人体工程学是我们专业课，是我们必须学习并且学会的课程，从这门课程中我们必须理解，明白，并且深切的感悟出人体工程学与我们专业，设计的相关性。使我们在产品设计过程中应充分考虑人和所设计的产品及他们所处的环境的协调及统一，提高产品与人之间的和谐关系，尽量满足舒适和安全的使用要求，以实现 “ 以人为本 ” 的人性化设计思想，使我们在设计方面得到了启迪和发展，使我们对我们的专业的认识也加深了一步。短短的一个学期的课程，也就只能学习到人体工程学的一些凤毛麟角，皮毛而已，然而就是这些知识，给与我们足够的专业指导，使我们在专业的学习上找到了重点和对专业的深刻认识，推翻了我们对设计的懵懂幼稚的看法，走上了学习，而且是深刻学习设计的正路。现在的我们不再会是那么幼稚简单的对待设计学习。这，真是一个意味深远的课程首先，就有关人机工程学的定义来简单叙述一下人机工程学的范围是很广泛的，其基础学科是研究人的生理、心理。就是实用科学，把技术科学直接应用的实际的操作之中，也是人体工程的本源之处。人机工程学以人为最根本、最直接的研究、服务的对象，所以一切信息必须从人的自身中去获得，综合了这些信息才能做出判断。人类工程学是与人相关的科学信息在对对象、体系和环境进行设计中的应用，它涉及到人类生活的方方面面。理想的设计应当在工作体系、运动、休闲、健康和安全等诸多方面充分体现人类工程学的原理。人机工程学的特点是在认真研究人，机，环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究，在人机工程学中将这个系统称为“人机环境”系统，这个系统中，人，机，环境三个要素之间相互作用，相互依存的关系决定着系统总体的性能，人机工程是科学地利用三个要素见的有机联系，来寻求系统的最佳参数。随着机械化、自动化和信息化的高度发展，人的因素在产品设计与生产中的影响越来越大，人机和谐发展的问题也就越来越显得重要，人机工程学在产品设计的地位与作用愈显出其的重要性。其次，设计要以人性化为主体的室内设计 系统设计中的一般方法，通常是在明确总体要求的前提下着重分析和研究人，机，环境三个要素对系统性能的影响，如系统中人，机，环境的职能如何分工，如何配合；环境如何适应人，机对环境又有何影响等问题。经过不断的修正和完善三要素的结构方式，这是人机工程学为工业设计开拓的新思路，并提供了独特的设计方法和有关理。人体工程学中涉及了人体的构造的知识，这对我们以后从事设计工作有很大的意义，因为只有真正理解人体的构造，才能真正会从人体的角度开始我们的设计，这样做出来的设计，必定是好地设计，符合人体健康和舒适度的设计，才能真正满足人的需求；要想设计符合人的个性设计，不能不先阐述一下人体的构造：（一）人体构造 与人体工程学关系最紧密的是运动系统中的骨骼、关节和肌肉，这三部分在神经系统支配下，使人体各部分完成一系列的运动。骨骼由颅骨、躯干骨、四肢骨，三部分组成，脊柱可完成多种运动，是人体的支柱，关节起骨间连接且能活动的作用，肌肉中的骨骼肌受神经系统指挥收缩或舒张，使人体各部分协调动作。 （二）人体尺度 人体尺度是人体工程学研究的最基本的数据之一。 （三）人体动作域 人们在室内各种工作和生活活动范围的大小，即动作域，它是确定室内空间尺度的重要依据因素之一。以各种测量方法测定的人体动作域，也是人体工程学研究的基础数据。如果说人体尺度是静态的、相对固定的数据，人体动作域的尺度则为动态的，其动态尺度与活动情景状态有关。了解了这些数据之后，我们在做设计，如室内设计，（人体工程学室内设计以人为主体，运用人体计测、生理、心理计测等手段和方法，研究人体结构功能、心理、力学等方面与室内环境之间的合理协调关系，以适合人的身心活动要求，取得最佳的使用效能，其目标应是安全、健康、高效能和舒适。）人体工程学与有关学科以及人体工程学中人、室内环境和设施的相互关系，我们就能够充分的考虑这些因素，做出合适的适当的选择，并考虑在不同空间与围护的状态下，人们动作和活动的安全，以及对大多数人的适宜尺寸，并强调其中以安全为前提。例如椅子的靠背如果设计不当，人坐在上面会感觉很累，后背很别扭，长期下去，脊椎可能受到不同程度的损害。 当然也要考虑颜色，色彩及其布置方式，这些都必须符合人体生理、心理尺度及人体各部分的活动规律，以便达到安全、实用、方便、舒适、美观之目的。如老年人房间的造型要端庄、典雅、色彩深沉、图案丰富等；青年人房间的要造型简洁、轻盈、色彩明快、装饰美观等；小孩房间的要造型色彩跳跃、造型小巧圆润等。材质的软硬、色彩的冷暖、装饰的繁简等都会引起人们强烈的心理反应。由此，良好的设计可以减轻人的劳动，节约时间，使人身体健康，心情愉悦，而良好的设计得益于正确地使用人体工程学原理。人性化是社会的必然，这是一个最终的目标，我们的设计要追求更高的，要十全十美的！由于人体工程学的引导，在室内设计上，在以后的进展中，必然是世纪大爆炸，思想大汇聚！再次，提出的建设性建议 室内设计必然会使用人体工程学的知识，因为就像上面我说的一样，室内设计必须满足人体的基本要求，必须是经过我们大脑的思考和筛选出来的设计，否则就是严重失败的设计，因为它不能让使用它的人感觉到舒适。人体工学不仅仅与我们的专业有着血与肉的关系，而且在我们的日常生活中，人体工程学的特例也是十分的常见的，像耳机，键盘，鼠标，mp3等等，都是根据人体工程学的设计思路来设计的，完全能满足人体的需求。无疑，人体工程学对我们设计的要求提出了新的高度，新的设计理念，意念设计是独断专行，思想设计才是我们这个新时代所需要的设计，经过我们思想的设计，才是成熟的设计，是满足人工的设计。最后，对人机工程学的展望现在的人体工程学在我们的生活中起着十分重要的作用了，我们不能忽视它的存在，反而应该好好的利用这个学科，做出更多的贡献，为我们的生活，生产，学习，工作服务。人体工程学的教诲使我们这一群懵懂的痴幼之童得到了深刻的认识，使我们明白了这其中的利害关系，充实了思想，开拓了思路，醍醐灌顶，如梦初醒，这才是真正的设计，这才是我们该学会并且要发挥到淋漓尽致的思想设计。二 基本要求司机室工作环境温度为2040。 司机室应通风、保暖和防雨。当司机室内温度低于5时，应装设非明火取暖装置；当司机室内温度高于35时，应装设防暑通风装置。 司机室必须具有良好的视野。对于塔式起重机的所有工况，在无外部障碍的情况下，司机应始终能观察到起重吊钩、起吊物和臂架的运动，并能方便地观察到周围的情况。 司机室应有足够的灯光照明，光线应柔和。 司机室内部布置应保证有足够的活动空间，便于操作与检修。 司机室应设有座椅。 （一）材料 1.1司机室使用的金属结构材料，必须有材料生产厂的出厂合格证。无出厂合格证者，必须取样试验，其机械性能应符合gb 700、gb 1591的规定。 1.2司机室的地板应采用绝缘、防滑和导热系数小的材料铺设。 1.3司机室门窗玻璃应平整、光滑，并具有良好的透明度和足够的强度。采用普通玻璃时，其厚度不小于5 mm。 （二）结构 2.1司机室的内部尺寸，长度不小于0.8 m，宽度不小于0.8 m，高度不小于2 m。 2.2司机室外面有走台时，司机室门应向外开。通过地板进入司机室时，地板门必须向内开。顶棚上的活动门只能向上开，所有门均应安装锁定装置。 2.3司机室窗的擦洗应方便、安全，必要时应装雨刷器。活动窗应设开、闭锁定装置。 2.4司机室顶棚在长宽各为25 cm的面积上，应能承受1000 n静载荷。 （三）焊接 3.1司机室采用手工焊接时，其焊条应符合gb 981的规定。选择的焊条型号应与司机室结构材料强度以及焊缝所受载荷相适应。 3.2司机室采用自动焊或半自动焊时，其焊丝应符合gb 1300的规定。焊丝和焊剂的选配应与司机室结构材料强度及焊缝所受载荷相适应。 3.3焊接焊缝坡口型式应符合gb 985及gb 986的规定。 （四）内部装置 4.1司机室座椅应符合jj 19的规定。 4.2司机室控制台应符合gb 5144的有关规定。 4.3司机室信号显示装置（如风速仪、电压表、幅度指示器、力矩指示器、起重量指示器）及起重性能标牌应安装在便于观察的位置。 4.4司机室配备的灭火器应为二氧化碳干粉灭火器或相当的手持灭火器，不得使用四氯化碳灭火器。 （五）电气 5.1司机室内电气设备的金属外壳应与塔式起重机金属结构进行电气连接。 5.2司机室内应设置明显的塔式起重机总电源通断状态指示信号。 5.3司机室内应在司机操作方便的地方设置可迅速切断总电源的紧急开关。 5.4有上、下司机室或机外操作台时，电气操纵系统必须联锁。 （六）油漆：司机室涂漆质量及检验方法应符合jj 16的规定。 三 试验方法（一）防雨试验 1.1防雨试验应在常温下进行，试验前应关紧门窗。 1.2试验时，在水管前装设喷头，使水流与铅垂面倾斜30，向顶面和四周喷水。各处喷水时间不得少于5 min。 1.3试验结束后，检查司机室内不允许有渗水现象。 （二）顶棚承压试验 ：2.1将质量为102 kg，底面长宽各为25 cm的试块平稳地放在司机室顶棚上最薄弱处，时间不得少于10min。 2.2卸载后，顶棚上不得有任何变形，所有焊缝均不得出现裂纹。 四 检查规则（一）有下列情况之一时，一般应进行型式检验： 1.1新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定； 1.2正式生产后，如结构、材料、工艺有较大改变，可能影响产品性能时； 1.3正常生产时，定期或积累一定产量后，应周期性进行一次检验； 1.4产品长期停产后，恢复生产时； 1.5出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时； 1.6国家质量监督机构提出进行型式检验的要求时。 司机室出厂检验应由制造厂质量检验部门按图样及有关技术协议进行。检查合格者，应填写合格证明书。 （二）标志、包装 ：专业生产的司机室应在适当位置上固定标牌。标牌内容包括： 2.1制造厂名称； 2.2司机室名称和代号； 2.3司机室基本尺寸； 2.4产品编号； 2.5出厂日期。 司机室的包装应牢固和适合运输。 制造厂自发货之日起，在正常储运条件下，应保证至少一年内不致因包装不善而引起产品损坏和丢失零部件等。 五 司机室照明司机室照明由司机操纵台上的“司机室等控制器”开关控制，它可以使司机左侧的等单独亮，也可以使司机室内的2个灯都亮。（一） 显示装置 正司机操作台见图1气压表、速度表、显示屏及其右边3块表均处于最佳视野之外观察时,司机头部和眼球需向左上方和右方偏移在频繁的观察中，易导致司机局部疲劳而影响认读的可靠性。同时，气压表台、电表台凸立于操作台上，很不美观 显示屏采用数码管显示各种工作状态，不直观，现有些机车已改用文字显示，除显示工作状态外还显示故障，但显示信息太多( 3 0余项) 虽所有故障同显示的情况不多，但即使同时显示几个，也会使认读的反应速度及准确性下降。 机车的电流电压表采用内部单侧双灯照明( 因两侧有指针单灯位于下部)，这就使表内形成较大的亮度对比。当夜间行车时表的上部便看不见而机车运行时电表指针都位于上方 这就给司机准确认读带来困难，且夜间室内外的亮度差很大，视线由明( 室外) 到暗( 室内) 时视觉暗适应时间较长据有关测试研究，我国电力机车司机暗适应时间平均 为3 0 6 s 一 这在紧急情况下将危及行车安全如机车以 5 0 k m h的速度行驶时，司机 的视线从车外转向车内需经约3 0 s由明到暗的适应时间此时列车行驶了417m，才看清仪表与控制器一容易酿成事故 制动缸压力表、总风缸压力表采用红黑两色双指针，司机一般以颜色区别指针当光线暗时，难以辩别，如遇紧急情况，认读时间急促，或者司机注意力不集中，把两针混淆的可能性会更大。 （二） 控制装置 主按键开关是司机操纵有关电机、电器的主令开关，1个键的大小、形状、颜色完全相同排在一起，在行车中要频繁操纵它们很容易混淆而按错尤其是在紧急状态下自停装置是防止司机睡觉而冒进的一个有力保证装置，当前方信号是黄灯或红灯时警铃报警 ， 这时至少要每隔4s按一下警惕按钮，若7s不按就会自动停车 因此，警惕按钮是行车中非常频繁操作装置它一般安装在气表台上的左侧，这个位置离司机座较远，司机操作时需侧身向左 ，极不方便，易造成司机疲劳程度的加剧。 “ 车机联控”是保证行车安全的有效措施，行车中需用列车无线电台与所通过的车站通话联控一些路局已将由正司机通话改为由副司机通话，这可减轻正司机操作的强度。但电台受话器固定于副 ( 1 ) 当阳光正面照射时，司机无法嘹望，致使看不见信号及前方线路状况。现有的遮阳板很小，遮阳效果不好且需站起来用力拉，使用不便 。 操作台下部未封闭电线暴露在外面既不美观又容易被司机的脚碰断 电炉柜的门高度不够，约40ram，需推拉提放水壶，很费力。于是司机便把水壶放在柜外面这很容易踢倒水壶造成烫伤及踢倒电炉引起火灾。 司机室后壁突出的衣 帽柜使机车的门开关不便室内有效空间减小，并给人造成压抑感-易产生心理疲劳 。 （三） 气候环境：夏天司机室内燥热而风扇功率又小若开侧窗通风，当两侧同时开窗时由空气流动车窗撞击而产生一种极刺耳的嚣叫声，几秒钟就使人头晕耳鸣，极大地伤害司机的健康冬季由于行车中需经常开窗嘹望室内寒冷热风机启动后过几分钟才能吹出热风，时间一 长又太热关闭后风扇停止，而电阻丝尚热，易将其上方的开关烧坏 。 六 改进措施 1根据人机工程学原理，仪表、信号等显示装置的设计应符合人的视觉特征，从而让操作者获取信息时能迅速、准确、安全、可靠；各种手柄、按钮、开关等操作装置应符台人的动作特性和施力原则从而让操作者操作时能方便、省力、准确，无误；环境和气候应符台人的生理和心理特征，使操作者在工作中能专心、舒适、高效最佳作业域是指人的操作动作最经济、路线最短、最舒适且最准确进行操作的区域；最佳视区是人的视觉生理特征所决定的辨别物体最清晰、最准确的角度范围。司机室中应把最重要和使用频率最高的操纵器布置在最佳作业域内，以便减轻司机的驾驶疲劳和提高司机操作的可靠性；把重要的关键的仪表布置在最佳视区，以便使司机能快速正确地认读提高反应速度，从而提高行车的安全性。（一） 仪表的改进根据人的失误与可靠性分析逻辑推算法( her ald)来分析气压表的可靠度。仪表在以视平线为轴线而形成的不同的扇形视区的认读可靠度见附表。经测量，3个气压表所处的扇形视区分别为 l j 、3 0 、4 j 。如需连续观察认读 3个 表，则认读可靠度为 ：r 一 ( 一 0005)( 1 0001 )( 10001 5)一09925一般认为，认读可靠度应达到 0 9 9 9以上。如3台表都布置在最佳视区之内( 0 - -1 5 。) ， 则认读可靠度可提高为： 因此， 可将气压表台右移，使3只气压表与速度表尽量在司机的最佳视区内；将电表台左移，使司机可正视显示屏，并将气压表台与电表台做成一体，增加操作台的美观性。双针式电表应在表内上部加一照明灯以提高照明的均匀性。有关研究证明适应时间与仪表照明存在着相关关系，建议仪表照度定为 5 1 o l x，以及尽量减少司机室内外的照度差。建议在副司机操作台上也加一显示屏，用来显示一般故障，正司机操作台的显示屏只显示重要故障，使正司机接受的信息量减少认读可靠性增加。根据实验心理学的研究，黄色与黑色的对比清晰度为最大，同时，又得保证指针色彩与白色表盘的色度差，因此可将气压表的红色指针改为桔黄色 （二） 控制装置的改进 为提高司机操作的准确性， 将主按键开关的主断路器和受电弓4个重要开关改为翠绿色? 其余为白色可使按键醒目美观，容易确认，并将车灯键移到副司机台上可使正司机的操作量减少。自停装置应安装在操作台上左手方的最佳作业域内以增加操作的准确性和降低疲劳程度。即串联系统的可靠度必低于两成分中较低的可靠度；而并联系统的可靠度必高于两成分中