基于人机工程学的安检阅图工作站结构设计

刘 斌

（公安部第一研究所，北京 100044）

0 引言

随着以X 射线检查为代表的安检设备应用范围的不断扩大，安检市场竞争也愈发激烈。众多的供货商，不仅在图像显示分辨力、线分辨力、穿透力、工作温限、工作噪声等行业指标上竞相争夺制高点，而且在对以阅图工作站为代表的结构硬件和售后培训、维修等服务方面也越发重视和完善，后者对于产品的市场占有率和顾客满意度的提升有着越来越大的影响。相较于非透射图像而言，安检行包图像特点是对比度较小、边缘不够清晰、背景噪声较大，加之一般安检点都设置在客流货物多的地方，因此安检阅图人员极容易疲劳，肌体疲劳对图像判读的准确率影响很大，如果对违禁品、爆炸物等误判或漏检，将对公共安全带来严重威胁。因此，阅图工作站的结构设计是否合理，操作是否便捷，能否为安检员提供较高的舒适度，对于产品的好誉度有着直接的影响，对公共安全检查的效果也起着重要的作用。

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，从而提高工效的一门科学[1]。其研究的内容主要包括：人体特性的研究；人机系统的总体设计；工作场所和信息传递装置的设计；环境控制和安全保护设计等。它将人-机-环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造最适合于人操作的机械设备和作业环境，使人-机-环境相协调，从而获得系统的最高综合效能[2]。

如何将人机工程学的基本原理与方法，贯穿到安检设备阅图工作站的结构设计中，设计出更优的产品，使操作员的工作更加舒适和便捷，安全检查的效率更高，是本文要解决的问题。

1 阅图工作站的组成与基本要求

阅图工作站由显示终端、操作台等部件组成。显示终端可以显示被检物品的X 射线材质图像和X 射线透视图像，便于安检人员对危险物品进行有效的判读。操作台结构要求[3]如下：

（1）操作台应符合人机工程学的相关要求，符合正常人群的生理特性和心理要求。

（2）操作台上设置一体化键盘，键盘上的按钮开关与主要的系统功能相对应，可实现滚筒电机的运转和停止，以及图像的各种处理功能。

（3）操作台的设计需充分考虑台面布置设备的电源及通讯接口的布置，电源无外露点，线路无短接头。

（4）操作台表面满足防腐、防锈要求，能适应具体的使用环境条件。

2 阅图工作站结构设计

控制台依据操作姿势一般分五类：①坐姿低台式；②坐姿高台式；③坐立姿两用；④立姿；⑤标准式。

对于安检设备的操作者而言，除室内大型会议、室外运动赛事和博览会等场合会用到坐立姿两用、立姿的操作台之外，多数都会低坐姿工作，因此这里以坐姿低台式工况来进行设计。相较于其它姿势的作业而言，坐姿作业的好处还在于，可以使心脏负担的静压力有所降低，而且坐姿时肌肉可承受部分体重负担[4]，连续工作时机体的疲劳感较低。

2.1 操作台基本尺寸确定

从人机工程学的角度，首先控制台的高度应降到坐姿人体视水平线以下，以保证操作者的视线能够达到控制台前方，且尽可能采用向下的观视角；其次应把所需的显示器、控制器设置在有一定斜度角的面板上；进而根据这两个要点确定其他尺寸[4]，如图1所示。

图1 坐姿控制台Fig.1 Seating posture console

为确定合适的尺寸来进行设计，我们对机场、长途汽车站、地铁、会议中心的100位安检阅图员进行了采样，经过统计得到部分数据如表1所示。

表1 安检员数据汇总表Tab.1 Screeners' data summary

根据我国成人人体尺寸国家标准（GB10000-88）提供的人机工程学测量项目，列出的部分人体数据，见表2。

通过对比发现，采样数据均落在了18～25岁年龄段统计数据的第50 百分位数和第90 百分位数之间。（百分位[6]表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象人数的百分比。设计中通常采用人体百分位数来表示人体尺寸一定的适应域，以身高为例，第95 百分位的尺寸表示有95%的人身高等于或者小于该尺寸）。实际参加采样的安检员中，年龄在此区间段的占比为78%，二者基本相符。

表2 成年人人体尺寸数据[5]Tab.2 Ａdult body size data

样本总体的视线高平均值为1187.7mm，鉴于男性操作员的比例较高，取1200mm 来进行设计。因此，a=1200mm。

成年男子坐姿前臂手功能前伸长的第50 百分位数为343mm，第95 百分位数为376mm，据此，选择b=375mm。

安检设备显示终端的显示器，可视角要求一般不小于160°，为保证向下的观视角最大，取β=20°。

样本总体的坐姿肘关节高度值为675.3mm，在人机工程中，坐姿书写表面高度一般在650～910mm 之间，考虑到移动用脚轮的直径等因素，我们选择c=750mm，即控制台台面距离地面高度为0.75m。

对于尺寸e 和尺寸d，仍需根据进一步的约束条件确定。台面主体尺寸的确定：

图2 作业面布置区域Fig.2 Work surface arrangement region

在图2 中，鉴于采样结果与18～25岁成年人数据基本吻合，我们基于第50 百分位的男性人体测量数据来进行设计，L1=375（mm）， L2=210（mm）， R0=610（mm）， R1=546（mm）， R2=76（mm）。

通过计算得到图2 中阴影部分位于（1100×400）mm的矩形范围内。因此操控台面长度为1.1m，有效宽度为0.4m。

2.2 显示器的选择与安装结构设计

为保证图像质量与稳定性，阅图站对于显示器的要求一般是明亮度不低于250cd/m2，对比度1000∶1，响应时间5ms，可靠性、稳定性和辐射强度符合国际标准。依据此标准，选用了市场上某款主流17 寸，液晶显示器， 其轮廓尺寸为（371×317）mm。

由显示器高度317mm，选定h=400mm，工作站的总体高度 d=h+c=400+750=1150（mm），小于坐姿视线水平高度，符合要求。

尺寸w的选择，依据常用十字紧固工具的有效长度为120mm，为保证拆装过程中有较为充分的操作空间，选定w=140mm，即图1 中尺寸e=140mm。

鉴于显示器自身发热量不大，故采用自然通风形式散热。在可拆卸背板上冲出连续的通风孔，计算得到该装配结构的体积填充系数[7]为0.15，不但满足散热要求，（一般自然通风冷却情况下，体积填充系数约为0.3），且便于拆装和维修。

图3 显示器装配Fig.3 Monitor assembly

2.3 文件柜设计

在对行李和包裹进行安全检查的过程中，安检操作员对于一些小型的违禁品予以没收、零散的文件存放等需求普遍存在。因此，工作站配备一个文件柜，能够使人员在实际使用中更加便捷。在操控平面的下方，利用空间设计一个双层文件柜，如图4所示。

图4 文件柜结构设计Fig.4 File cabinet structure design

柜体主体及门板材料均采用厚度为1.5mm的冷轧钢板，在左右侧壁与外板之间预留出了线缆路径，用于与X 射线光机的组合电缆相连接；柜门采用天地铰链为轴，并配以天地锁与适合的扣手，能够在90°范围内的任意开合。

2.4 可移动脚轮与操作椅的选择

无论是置放在室内还是室外的安检设备，使用过程中都可能更换位置，因此要根据使用环境来选择合适的脚轮。脚轮由于材质不同，性能也有所不同。如：使用环境需要非常安静，而且不对地面留下轮印，可选用超级人造胶轮；在要求防止静电产生的环境，则选用导电轮；如工作环境中存在腐蚀介质，则应选择具有良好特殊耐腐蚀性能的轮子。对于置放在地铁站、火车站等地面状况较好处的设备，可以选用直径较小，硬度较高的；而对于应用在会堂等铺设了地毯的场合，则需配备直径较大，硬度适中的脚轮。实际中，受组合线缆直径的限制，脚轮的直径一般不小于60mm，一组为固定方向脚轮，一组为带刹挚脚轮，后者在能够固定控制台的同时，也可有效保护组合线缆。

对于操作椅的选择，一般依据用户的要求来选购特定样式、色彩、可调节的座椅。

3 阅图工作站效果图

基于以上确立的方案，阅图工作站主体采用钢板折弯结构，通过折弯加工成各种不同形状，采用焊接、螺装成型。显示终端防护罩、操控台面板等金属零部件在做表面喷塑前先进行前处理和磷化处理。文件柜门上贴导电密封条，门关好后能有效防止灰尘从门缝侵入。显示器背板上通风百叶窗采用外翻形式，防止灰尘直接落入机柜内部，以满足IP20 要求。最终设计效果见图5。

图5 产品效果图Fig.5 Product effect drawing

4 结束语

随着安检产品的不断升级，客户要求也不断提升，对于安检阅图工作站的可用度和舒适度等方面均提出了更高要求。本文从人机工程学的角度出发，设计了安检阅图工作站，产品在实际应用中已覆盖多种场合，结果表明该设计结构合理、使用便捷、用户综合评价高。

[1]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2005.

[2]颜声远，许青.人机工程与产品设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2003.

[3]GB 15208.1-2005.微剂量X 射线安全检查设备通用技术要求[S].

[4]王继成.产品设计中的人机工程学[M].北京：化学工业出版社，2011.

[5]GB10000-88，中国成人人体尺寸国家标准[S].

[6]GB/T 14776-93，人类工效学工作岗位尺寸设计原则及尺寸[S].

[7]龙立软.电子产品结构工艺[M].北京：电子工业出版社，2010.