新型執(zhí)法艇駕控臺的設(shè)計

李光天，張倩萍，蘇珍莉，陀秋艷

(廣州船舶及海洋工程設(shè)計研究院，廣州 510250)

我國新一代中小噸位的新型執(zhí)法艇系列，是航行在我國近海區(qū)域，維護我國海權(quán)及執(zhí)法的現(xiàn)代船舶，其具有航速高、設(shè)備先進、自動化程度高的特點。駕控臺作為船舶的主要操作、控制、管理，以及指揮中心，其設(shè)計是一個綜合性很強的工作。一體化駕駛控制平臺的高度集成化設(shè)備讓駕控臺更加簡約干練，但高昂的研制經(jīng)費、較長的訂制周期和對操縱船舶人員使用的較高要求，提高設(shè)備的成本。出于成本考慮和實用性要求，該艇在傳統(tǒng)的駕控臺設(shè)計模式上運用了人因工程學(xué)[1]，設(shè)計要求在布置下相關(guān)設(shè)備的前提下，充分考慮駕控臺功能性、布置的合理性、使用方便性、設(shè)備維修性、外觀可觀性等要求 。

新型執(zhí)法艇需布置在駕駛室設(shè)備很多，但受限于船舶主尺度的影響，駕駛室可供駕控臺布置的面積偏小，同時駕駛室需開闊的視野，超過窗臺高度的位置， 基本沒有可安裝設(shè)備的墻面，駕駛室內(nèi)的船舶操縱、通信、航行、安全及監(jiān)控等設(shè)備，大部分要安裝在駕控臺，這對駕控臺的設(shè)計和布置提出了較高的要求。

同時，駕控臺的設(shè)計，與裝備于駕控臺上的實際尺寸密切相關(guān)，因此，要與各設(shè)備制造廠家保持聯(lián)系，確保其產(chǎn)品圖冊與實際尺寸吻合。在設(shè)計的過程中，根據(jù)駕控臺的具體布置，可對定型產(chǎn)品的型號進行再選擇，也可對非定型產(chǎn)品的安裝要素提出要求，以達到駕控臺的設(shè)備布置整齊、外形美觀大方、操控和維修方便的要求[2]。

1 駕駛室的布置

該新型執(zhí)法艇駕駛室位于船舶最高層甲板(駕駛甲板)處,是一個完整的獨立結(jié)構(gòu),四周有玻璃窗,具有良好開闊的視野。

駕控臺要在駕駛室布置的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，駕控臺通常布置在駕駛室前部，根據(jù)已有的空間，對駕控臺占用的空間作預(yù)估。

本艇駕駛室前部采用折角結(jié)構(gòu)方式，由于空間有限，駕控臺確定采用緊靠窗臺安裝的U型形式，前部設(shè)計成折角形式，以緊貼駕駛室前部的折角結(jié)構(gòu)，兩側(cè)在船的縱向有延伸，至兩舷門處止，見圖1。

圖1 駕駛室布置

兩側(cè)縱向延伸的設(shè)計是根據(jù)安裝在駕控臺設(shè)備數(shù)量初步確定的。

2 駕控臺功能分區(qū)

根據(jù)本艇駕控臺內(nèi)設(shè)備的功能，對布置在駕控臺的設(shè)備進行功能分類，相同功能布置在一起[3]。本艇駕控臺主要分為8個功能區(qū)見圖2。

圖2 駕控臺功能分區(qū)

1)航行安全監(jiān)控區(qū)。本區(qū)包括全船攝像監(jiān)控、海圖儀等設(shè)備。

2)航行及外通設(shè)備區(qū)。本區(qū)包括雷達、GPS、測深儀、計程儀、VHF等設(shè)備。

3)助航及船舶安全區(qū)。本區(qū)包括雨刮、電笛、航行信號燈、總動員警鈴、火災(zāi)探測報警、CO2報警、自動電話等設(shè)備。

4)操舵及輔助設(shè)備區(qū)。本區(qū)包括舵角指示器、自動舵及操舵手柄、電羅經(jīng)、磁羅經(jīng)等設(shè)備。

5)主機控制及機艙聯(lián)絡(luò)區(qū)。本區(qū)包括主機儀表板、主機遙控手柄、車鐘、聲力電話等設(shè)備。

6)設(shè)備控制區(qū)。本區(qū)包括泵控制板、波浪測量及滑道系統(tǒng)、風(fēng)油切斷、輪機員呼叫等設(shè)備。

7)船舶設(shè)備監(jiān)控區(qū)。本區(qū)包括艦艇監(jiān)測及報警、航行綜合信息、水密門報警、廣播等設(shè)備。

8)設(shè)備供電區(qū)。本區(qū)包括各類220 V、DC24 V等7個分電箱，供電區(qū)也兼作設(shè)備接線和維修通道。

駕控臺功能分區(qū)的目的是為主要設(shè)備確定布置的位置，分區(qū)應(yīng)與操控人員的通常使用習(xí)慣對應(yīng)，使相關(guān)人員方便操控及使用。同時，在實際操控過程中，可能會存在數(shù)據(jù)讀取和人為操控時所產(chǎn)生的誤差，繼而影響到船舶安全航行。因此需對其進行分析，依據(jù)人因工程學(xué)原理對設(shè)備位置進行優(yōu)化。其他設(shè)備可根據(jù)功能相近，或?qū)?yīng)其室外設(shè)備布置的位置，分布在各區(qū)(如駕駛室外的左/右搜索燈，其控制板對應(yīng)布置在駕控臺的左/右側(cè))。

由于船舶的設(shè)備較多，而駕控臺偏小，因此，在具體布置時，在本區(qū)位置不夠時，也可以布置在相鄰分區(qū)。

供電區(qū)由于要兼作接線區(qū)和維修通道，故各分電箱安裝在駕控臺的開門上，便于分電箱操作和接線，同時少占空間。考慮到駕控臺的整體要求，由駕控臺廠家提供所有安裝在駕控臺內(nèi)的分電箱。

3 駕控臺的外形設(shè)計

駕控臺的外形設(shè)計是一個非常重要的內(nèi)容，涉及到人體工程、駕駛室布置、設(shè)備安裝要素等，是駕控臺設(shè)計成敗的一個重要指標[4]。

在駕控臺的外形設(shè)計時，應(yīng)該盡可能全地收集一些主要設(shè)備、大設(shè)備的安裝要素，以便在設(shè)計時，考慮設(shè)備的外形尺寸對駕控臺的外形設(shè)計的影響。

駕控臺采用以船舯線為對稱軸，左、右舷對稱分布，以操舵臺為界，左、右兩側(cè)臺體的橫向(相對臺體走向)垂直剖面采用統(tǒng)一形式，見圖3。

圖3 駕控臺外形

下面以“航行安全監(jiān)控區(qū)”垂剖面A-A的設(shè)計進行介紹，見圖4。

圖4 垂剖面

1)駕控臺寬度(d+f)的設(shè)計，在保證在駕控臺中間布置3張駕駛椅，及確保人員進/出空間前提下(見圖1)，設(shè)計為最大寬度d+f=640 mm。

2)尺寸a為駕控臺前部的邊條寬度，要保證斜面B設(shè)備可嵌入安裝，也使駕控臺更美觀，設(shè)計為最小a=75 mm。

3)高度h1為靠窗處，為保證操控人員視野，及駕控臺與環(huán)境協(xié)調(diào)一致，尺寸取與窗臺同高h1=1 150 mm。

4)高度h2為操控臺面高度，結(jié)合座椅距離位置和人體高度，所以設(shè)計比通常稍高h2=850 mm。

5)尺寸c是操控臺面的最窄處，要保證臺面設(shè)備(鍵盤等)的布置，設(shè)計為最小值c=20 mm。

6)高度h4保證操控臺面設(shè)備可嵌入安裝及接線，以及保證h3為最大值，設(shè)計為最小值h4=200 mm。

7)高度h3保證駕控臺的開門有最大尺寸,便于接線及維修，并兼顧第4條、第6條要求，設(shè)計為最大值h3=650 mm(h3=h2-h4)。

8)寬度f考慮到操控人員靠近站在駕控臺前時，腳尖不觸碰到駕控臺，取最小值f=150 mm。

9)寬度d為保證駕控臺內(nèi)部有更大的空間用于安裝臺內(nèi)設(shè)備，并兼顧第8條要求，取最大值d=490 mm。

10)在尺寸d、f、a、c、h1、h2確定后，尺寸b和斜面B就已確定，要用安裝在斜面B最大設(shè)備的外形尺寸，來檢查斜面B是否有足夠空間來安裝。

11)考慮到駕控臺內(nèi)部需大的空間用于安裝臺內(nèi)設(shè)備，以及駕控臺分體安裝強度要求，駕控臺底座高度采用中間值h5=75 mm。

除中間操舵臺外，其他區(qū)域剖面的設(shè)計與其類似,根據(jù)設(shè)備安裝空間要求,尺寸d和c的取值不同。斜面B主要用于安裝儀表、顯示等不常操作的設(shè)備，采用同一斜度，使駕控臺外表整齊、美觀。

中間操舵臺為了安裝操舵手輪、電羅經(jīng)主單元及設(shè)備、舵角指示器、磁羅經(jīng)等設(shè)備，臺面比兩側(cè)稍高，在靠近“操舵手“處稍為往外突出，使“操舵手輪”更靠近操舵手，同時“操舵手輪”安裝前傾一定角度，既方便操作，也突顯全臺的對稱和美觀。

由于安裝在駕控臺的許多設(shè)備有玻璃反射面, 駕控臺在安裝船上后的實際使用中,駕駛室外部光線(陽光和明亮的天空)可能會通過儀器玻璃面反射至人眼,影響操作者的觀察視線,故需對外部反射的光線進行模擬檢查。

根據(jù)駕控臺的外形，駕駛室的總體布置，以及操控者的分布，分別對操舵區(qū)(D-D剖面)、駕控臺前部光線(C-C剖面、左右對稱)和駕控臺兩舷(E-E剖面、左右對稱)的光線(根據(jù)反射原理，僅檢查室外最大投射角光線)進行模擬檢查，見圖5，圖中可以看到室外反射光線，無論在操作者站姿和坐姿時，均沒有照到操作者眼睛，符合要求[5]。

圖5 外部光線反射

4 駕控臺面板布置

在駕控臺面板布置前，應(yīng)完成所有設(shè)備的安裝要素的收集,實際船舶在船廠的建造過程中，由于設(shè)備訂貨時間的影響,設(shè)備資料不一定都收集齊全,對于在駕控臺設(shè)計時還沒有資料的設(shè)備，可根據(jù)實際情況作下列處理。

1)屬于定型產(chǎn)品的，如通導(dǎo)設(shè)備、內(nèi)通設(shè)備等，可參考相類似設(shè)備的安裝要素進行布置，并通知船廠在訂貨時，注意對該設(shè)備的尺寸要求。

2)屬于駕控臺廠家提供設(shè)備的，如分電箱、航行信號燈板等，根據(jù)布置情況預(yù)估尺寸，并通知駕控臺廠家制造時應(yīng)注意。

3)不屬于定型產(chǎn)品，有確定設(shè)備廠家的，根據(jù)布置情況預(yù)估尺寸，并通知該設(shè)備廠家制造時應(yīng)注意滿足要求。

4)不屬于定型產(chǎn)品，沒確定設(shè)備廠家的，根據(jù)布置情況預(yù)估尺寸，并通知船廠在訂貨時，注意對該設(shè)備外形的尺寸要求及接線方式要求。

本艇的駕控臺布置圖見圖6，整個駕控臺有將近40多個設(shè)備的面板及操控設(shè)備，駕控臺內(nèi)部還包括7個分電箱及各系統(tǒng)的除面板外的其他設(shè)備。

圖6 駕控臺布置

駕控臺布置具體過程如下。

1)統(tǒng)計所有安裝在駕控臺面設(shè)備的控制面板、操控設(shè)備的安裝要素。

2)統(tǒng)計所有安裝在駕控臺內(nèi)設(shè)備的安裝要素。

3)繪制駕控臺面設(shè)備的控制面板、操控設(shè)備圖形。

4)設(shè)計駕控臺內(nèi)設(shè)備的安裝位置、走線布置等。

5)根據(jù)設(shè)備功能，把各設(shè)備控制面板、操控設(shè)備布置在各功能區(qū)，同時根據(jù)設(shè)備控制面板外形，調(diào)整安裝位置；布置原則是需經(jīng)常操作的設(shè)備、操作桿及按鈕等應(yīng)盡量靠近操作者，儀表類和少操作的設(shè)備盡量布置在B面。

6)駕控臺的內(nèi)部布置，本設(shè)計階段只做主要設(shè)備的初步布置，以檢查駕控臺內(nèi)部空間是否能夠容下所有的設(shè)備。同時也為主要設(shè)備定下內(nèi)部的初步布置位置，原則是同一系統(tǒng)在面板和內(nèi)部的設(shè)備應(yīng)盡量靠近安裝，同時應(yīng)考慮方便設(shè)備接線。根據(jù)布置在駕控臺內(nèi)設(shè)備的空間需求，可對駕控臺外形進行調(diào)整。

7)根據(jù)駕控臺布置需要，與相關(guān)廠家協(xié)調(diào)部分設(shè)備的外形尺寸。

8)相關(guān)設(shè)計圖紙?zhí)峤豢傮w、輪機專業(yè)確認(會簽形式)，根據(jù)其意見對圖紙進行修改。

9)把相關(guān)設(shè)計圖紙?zhí)峤淮瑬|、船廠及制造廠家確認，根據(jù)其意見對圖紙進行修改。

10)設(shè)計圖紙?zhí)峤恍?、標準、審核，圖紙歸檔。

5 制造過程的技術(shù)控制

駕控臺作為主要電氣設(shè)備，安裝在船舶的駕駛室內(nèi)，制造時還應(yīng)該考慮駕控臺制造的規(guī)范、標準、結(jié)構(gòu)、材料、工藝、油漆、顏色、安裝接口、電氣進線接口、維修通道等物理特性要求；同時也應(yīng)該考慮使用環(huán)境、計量單位、銘牌要求、證書要求、電氣布線、電氣內(nèi)部接線、試驗和驗收、質(zhì)保、售后服務(wù)等。因此，船廠應(yīng)與駕控臺制造廠家簽訂《駕控臺技術(shù)規(guī)格書》，并得到設(shè)計院認可，對上述各種狀態(tài)及要求，作出明確規(guī)定。同時船廠應(yīng)提供駕控臺內(nèi)各設(shè)備的電氣技術(shù)資料、安裝要素等提供給駕控臺制造廠家用于設(shè)計輸入。在駕控臺制造廠家的生產(chǎn)過程中，采用階段性提交“認可資料”(生產(chǎn)前)、工作資料(生產(chǎn)過程)、完工資料(生產(chǎn)后交貨前)等給船廠、設(shè)計院，由船廠、設(shè)計院會簽認可等方法，保持溝通，解決技術(shù)問題，確保最終產(chǎn)品符合要求。

本艇駕控臺的設(shè)計過程中，根據(jù)布置的要求，對一些定型設(shè)備的選型如：磁羅經(jīng)、火災(zāi)探測報警等，根據(jù)駕控臺設(shè)計時提出的外形尺寸要求來重新選型；對一些非定型設(shè)備如：主機儀表板、航行信號燈板等提出過外形尺寸的要求。其中航行信號燈系統(tǒng)廠家為滿足外形尺寸的要求，采用了更小面板的LED顯示方式；主機儀表板廠家也根據(jù)駕控臺布置時提出的外形尺寸的要求，修改產(chǎn)品外形尺寸。

在設(shè)計過程中，要隨時與設(shè)備廠家保持溝通，設(shè)備廠家需更改設(shè)備尺寸時，應(yīng)及時通知設(shè)計院。如導(dǎo)航雷達顯示器實際的外形尺寸，比原設(shè)備廠家提供的尺寸大，在設(shè)計時，根據(jù)廠家給出的最新尺寸，對駕控臺的相關(guān)外形(B面)作相應(yīng)修改等。

在駕控臺實際的設(shè)計和制造過程,通過執(zhí)行上述的方法和規(guī)定，駕控臺在制造廠家順利完工，船廠在駕駛室一次性安裝成功，并與船舶一起通過系泊試驗、航行試驗順利交船。

駕控臺在艇上安裝后的實際效果見圖7。

圖7 實船效果

6 結(jié)論

駕控臺是船舶的駕駛、控制、監(jiān)視、損管及指揮中心，其設(shè)計是一個綜合性很強的工作。針對新型執(zhí)法艇駕駛室空間有限,留給駕控臺的位置較小，駕控臺內(nèi)設(shè)備密集。采用自上而下的設(shè)計模式，充分考慮新型執(zhí)法艇完成使命任務(wù)的頂層要求，由船舶設(shè)計院從技術(shù)設(shè)計開始對駕控臺進行全程制造監(jiān)控，運用人因工程學(xué)將駕駛?cè)藛T、駕駛室和駕控臺緊密結(jié)合。通過分析駕駛室布置、駕控臺設(shè)備功能分區(qū)、外觀設(shè)計、面板布置，以及制造過程的技術(shù)控制，總結(jié)歸納了駕控臺的設(shè)計要點、方法和過程，以供同類型船舶駕控臺設(shè)計參考。