基于人因工程學(xué)的訓(xùn)練艦艦橋布局優(yōu)化設(shè)計與分析

馬雨薇

摘要：在設(shè)計一艘艦艇的時候，符合人體工程學(xué)的設(shè)計是減少船員工作疲勞度的重要因素，并且還可以適當(dāng)?shù)貛椭僮魅藛T更好的理解并操作導(dǎo)航系統(tǒng)和艦艇的手動操作系統(tǒng)。然而，由于人體工程學(xué)在實際艦橋中的設(shè)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(dǎo)致了更多的海上事故的發(fā)生。本研究對以下幾個方面進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理和評估：導(dǎo)航的使用頻率和人體工程學(xué)在實際導(dǎo)航中的影響力，訓(xùn)練船員的操作或讀取數(shù)據(jù)錯誤的可能性，獲得包括人體工程學(xué)在內(nèi)的艦橋?qū)Ш较到y(tǒng)的優(yōu)化布局，即根據(jù)不同的型號和大小進(jìn)行不同的設(shè)計安排。對艦橋上的導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化布局，這個布局是根據(jù)評估結(jié)果和Lingo程序整合而得。

關(guān)鍵詞：艦橋；布局；人因工程學(xué)；可用性評估；海洋事故

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）02-0118-04

船舶是國際交流運(yùn)輸?shù)闹饕问街?，由于全球的增長貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)的發(fā)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(fā)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(fēng)險以及對海洋環(huán)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(jìn)行了精準(zhǔn)的分類，但調(diào)查方法不足以解決本質(zhì)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(xué)因素也越來越多地被用于航行設(shè)備維護(hù)當(dāng)中。

艦橋是導(dǎo)航官執(zhí)行任務(wù)的地方，航行控制室是接收所有與導(dǎo)航有關(guān)的信息的地方。因此，在船舶設(shè)計中，應(yīng)考慮符合人體工程學(xué)的艦橋設(shè)計，最大限度考慮監(jiān)測船舶的航行環(huán)境和船員身體狀況，適當(dāng)適應(yīng)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(fā)生。

特別是綜合橋系統(tǒng)（IBS）可以將所有船舶的航行設(shè)備安裝在單個控制臺內(nèi)，可以分析從外部傳感器接收到的數(shù)據(jù)，并正確顯示結(jié)果。這種高科技導(dǎo)航設(shè)備的使用日益增多，實現(xiàn)了以最經(jīng)濟(jì)的方式自動操作船舶。

因此，我們應(yīng)該考慮如何通過考慮船舶操作員和航行設(shè)備的人體工程學(xué)設(shè)計的因素來改進(jìn)船橋的布局。本研究旨在評價船舶航行設(shè)備的重要性和使用頻率。此外，在導(dǎo)航和讀出分析過程中，也會關(guān)注到在操作設(shè)備時可能會產(chǎn)生的誤差，也就是操作時讀取數(shù)據(jù)錯誤的可能性，并對其進(jìn)行分析，根據(jù)人體工程學(xué)原理對這些系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果將通過對某一大學(xué)的訓(xùn)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(shè)備布局進(jìn)行基于人因工程學(xué)的優(yōu)化建議。

1 研究方法

1.1 可用性評估

雖然所需的設(shè)備根據(jù)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(xué)訓(xùn)練艦，調(diào)查詢問操作員關(guān)于使用頻率、各設(shè)備的重要性、設(shè)備對航行的影響，以及分析控制與顯示共75臺設(shè)備的操作時可能會發(fā)生錯誤的可能性。

在可用性評估后，這項研究給出了導(dǎo)航設(shè)備在艦橋里的最佳人體工程學(xué)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(zāi)、爆炸、淹沒和主要部分損壞）和每一個標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的加權(quán)，表1描述了在韓國2003-2007年間發(fā)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(fā)生的次數(shù)，以及每種事故占事故總和的百分比，并將結(jié)果作為每個航行設(shè)備包括控制或顯示設(shè)備的重量給出。

例如，ECDIS（電子圖表顯示和信息系統(tǒng)）是在擱淺事件中使用的設(shè)備。在原始調(diào)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(jìn)行了調(diào)查，然后將總分乘以0.273。相當(dāng)于配置損壞率（27.3%）最后的計算被用于優(yōu)化過程，表1描述了在韓國2003-2007年間發(fā)生的海洋事故的類型，計算每種事故類型和發(fā)生的次數(shù)以及占總數(shù)的比例。

表2描述了訓(xùn)練艦艦橋內(nèi)每個設(shè)備的特征，它列出了訓(xùn)練艦導(dǎo)航系統(tǒng)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(shè)備的使用頻率、設(shè)備對航行的影響，以及錯誤的可能性。

表3顯示了標(biāo)準(zhǔn)計算權(quán)重的性能優(yōu)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(dǎo)航設(shè)備。數(shù)字對應(yīng)的是順序計數(shù)器應(yīng)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(fā)、到達(dá)的條件，比如“10”表示船舶進(jìn)水，這個數(shù)字表明，在緊急情況下如表4，如遇船艙進(jìn)水情況，圖表將用于第10指令，必要時實現(xiàn)行意擱淺，表3為每個設(shè)備在緊急情況下使用的相應(yīng)編號及使用頻率。

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

1.2 導(dǎo)航設(shè)備的布局

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

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

圖1分別示出了分配給每個設(shè)備的編號，并且圖片中的編號的含義對應(yīng)于用于優(yōu)化性能的編號。例如，編號l表示方向盤和2標(biāo)示航海圖，雷達(dá)和導(dǎo)航光控制面板位于靠近基準(zhǔn)點(diǎn)，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(quán)重的優(yōu)化結(jié)果，對導(dǎo)航使用的重要性、使用頻率、對航行的影響、操作和讀數(shù)錯誤的可能性的評分進(jìn)行了優(yōu)化。例如，電子海圖和無線電話和全球海上遇險和安全系統(tǒng)被最近的基準(zhǔn)點(diǎn)，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(quán)重的優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用于分?jǐn)?shù)的重要性、使用頻率、對航行的影響、操作和讀數(shù)錯誤的可能性繪制的。

2 數(shù)據(jù)比較和分析

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

表5表示船舶離港的檢查表。指示的導(dǎo)航設(shè)備，控制和顯示裝置的數(shù)量對應(yīng)于檢查表的順序。表5上列出的數(shù)字用作導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)量。作為示例，導(dǎo)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(shè)備，“出發(fā)的信號標(biāo)志被準(zhǔn)備和升起”。現(xiàn)有布局的導(dǎo)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(zhǔn)點(diǎn)（▲）計算的移動距離為3，580mm。因此，根據(jù)現(xiàn)有和優(yōu)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(xiàn)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(jìn)行導(dǎo)航設(shè)備的比較和分析，結(jié)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(jìn)入時的清單。指示的導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)量?？刂坪惋@示設(shè)備對應(yīng)于檢查表的順序。表3中列出的數(shù)字用作導(dǎo)航設(shè)備數(shù)量。

對于所有示例，甚高頻（4-1）是要用于問題13的設(shè)備，“通知期望端口進(jìn)入內(nèi)陸代理的時間”。在這種情況下，計算出的操作者從基準(zhǔn)點(diǎn)（▲）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(jù)現(xiàn)有和優(yōu)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(yōu)化前移動距離的43.7%。結(jié)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(jié)論

本研究的目的是根據(jù)船舶的尺寸或類型，考慮人體工程學(xué)因素，開發(fā)艦橋?qū)Ш皆O(shè)備的優(yōu)化布局。本研究進(jìn)一步提出了在船舶研究中探索的裝備設(shè)備的重要性和使用頻率的可靠性評估，并對訓(xùn)練艦艦橋的導(dǎo)航設(shè)備的重要性和使用頻率進(jìn)行了可靠性評價，觀察了每件設(shè)備對導(dǎo)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(diào)查結(jié)果中使用Lingo程序進(jìn)行優(yōu)化。

艦橋?qū)Ш皆O(shè)備的優(yōu)化基于主要問卷調(diào)查進(jìn)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(dǎo)航設(shè)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(zāi)和爆炸、淹沒、主要部件損壞），通過對緊急權(quán)重的分析，推導(dǎo)了基于人因工程學(xué)的合理布局。

建議電子海圖、雷達(dá)和指揮操舵顯示器應(yīng)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(shè)備的面板的優(yōu)化設(shè)計。

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

實際艦橋設(shè)計中人機(jī)工程學(xué)因素的不充分考慮可能導(dǎo)致船舶疲勞由于頻繁使用導(dǎo)航設(shè)備，這可能降低該官員的安全導(dǎo)航的性能，并且涉及操作和讀出錯誤的可能性?；谶@些原因的研究結(jié)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(fā)生。

4 展望

現(xiàn)代高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)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(xiàn)有艦船基本無法滿足要求。這就需要提高導(dǎo)航與操縱控制、系統(tǒng)化水平，并考慮人體工程學(xué)因素，開發(fā)艦橋?qū)Ш皆O(shè)備的優(yōu)化布局，充分發(fā)揮導(dǎo)航、操控設(shè)備的綜合效應(yīng)和整體效能，以確保艦船安全、經(jīng)濟(jì)地航行，充分發(fā)揮艦船的作用。

在優(yōu)化各設(shè)備布局的同時也應(yīng)建立綜合艦橋系統(tǒng)體系和評估體系，研究綜合艦橋系統(tǒng)，首先要建立艦橋系統(tǒng)的系統(tǒng)體系和評估體系，即運(yùn)用方法論、信息論，對現(xiàn)有艦船導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行重新定義：按任務(wù)、功能、設(shè)備的層次關(guān)系重新建立導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備組織結(jié)構(gòu)：按知識、信息、數(shù)據(jù)的層次關(guān)系對各種導(dǎo)航信息進(jìn)行分類、重組和集成：從系統(tǒng)的可用性、可信賴性及系統(tǒng)的能力等方面對系統(tǒng)的整體效能進(jìn)行評估，建立系統(tǒng)效能模型。

系統(tǒng)以設(shè)備為對象劃分功能結(jié)構(gòu)單元，設(shè)備之間可以根據(jù)一定原則動態(tài)進(jìn)行組合，這樣能夠使設(shè)備有效互連、協(xié)同工作，大大提高了艦橋系統(tǒng)的靈活性和生命力。運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃枷耄_發(fā)各類設(shè)備對象的設(shè)備管理模塊，通過該模塊將系統(tǒng)軟件和設(shè)備硬件分開，使用戶通過系統(tǒng)軟件對設(shè)備硬件進(jìn)行控制操作，降低軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的耦合度，提高可靠性。此外，對于同類設(shè)備來說，由于設(shè)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(xiàn)對設(shè)備的控制和管理，以最小的變化實現(xiàn)系統(tǒng)的重組和擴(kuò)充。

發(fā)展綜合艦橋系統(tǒng)可以提高艦船操縱的安全性和操控效能，改善艦船航態(tài)控制品質(zhì)，可以通過對綜合艦橋系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，對艦橋任務(wù)進(jìn)行合理規(guī)劃，對航海導(dǎo)航、艦船操縱與姿態(tài)控制、氣象水文環(huán)境、通信以及全艦監(jiān)視系統(tǒng)信息進(jìn)行綜合整理，從而實現(xiàn)功能完善的艦橋系統(tǒng)。

優(yōu)化的艦橋?qū)Ш讲季痔岣呔?，提高可靠性，降低了操作時可能會發(fā)生的錯誤頻率，以保證艦船在各個海區(qū)的航行安全：綜合艦橋系統(tǒng)能實現(xiàn)各分設(shè)備之間的信息冗余，它的可重構(gòu)能力提高了系統(tǒng)的生存能力：綜合艦橋系統(tǒng)高速、實時數(shù)據(jù)搜集和處理功能，以及信息的集中顯示功能，縮短了反應(yīng)時間，提高船員操作能力，并提高了工作效率。