基于人机工程学的航空器维修设备设计应用

郑晓锋

摘 要 通过研究设计符合人机工程学的维修工具和设备，消除维修设备的不科学性，从而最大限度地降低人为差错发生的可能性，提升维修工作的效率，保护机务人员的人身安全。

关键词 人机工程学；航空器；维修设备

前言

根据统计数据显示，在世界上所有的航空事故案例中，航空维修差错占85%，在这些航空维修差错中，人为差错占了80%。而维修设备设计的不科学性也是导致人为差错不可忽视的因素。所以，研究设计符合人机工程学的维修设备，降低人为差错发生的可能性，是保障飞行安全的根本。

1 人机工程学简介

人机工程学（ergonmics），也称“人体工程学”。它是从希腊文“ergon”（工作）和“nomos”（规律）来的，是研究人与工具、手段互相作用时产生的心理上和生理上的规律和法则的科学。其目的是通过对人体本身及其能力的数据研究，试图设计适合人能力的生活工作用品，解决人与物、物与物之间的和谐关系，主要研究依靠人体的结构尺度，找出与设计物的比例关系，根据人体结构的基本参数进行各领域的设计活动。

2 人体因素分析

设计维修工具设备时应注意到人员身高的差异性、肢体关节的活动范围以及各类作业姿势耗能的区别，要提供一个可调节的功能以满足大多数机务人员的使用要求，最大限度地提高操作时的舒适度，减少体能的消耗。

2.1 各部位静态尺寸[1]

人体各部位的尺寸决定着四肢活动范围与周围物体间距的大小。通航业内机务人员来自全国不同地方，身高差距也较大，所以在设计维修工具设备时，要将人体尺寸的差异考虑进去。

2.2 肢体活动范围分析[2]

图1可以看出人体的各关节、四肢活動范围是有一定限制。直升机的作业空间比较受限，机务人员作业限制程度会放大。如果没有合适的设备，就会引起操作过程中的姿势不佳，在人体关节处产生较大的压力和转矩。在受压的关节处就会减少血液的供应，引起体力减退，增加人的不舒适感，使肌肉疲劳。

2.3 各类姿势受力情况

各类作业姿势所引起的肌肉受力、耗氧量、腰椎负荷等情况也是各不相同，具体参考表1。表中，相比A、B的作业姿势，C、D和E所带来的身体负荷较大，除了正常的能量消耗外，还得消耗附加在肌肉的能量，且腰椎的负担也较大。在实际工作时，由于飞机的构造以及作业空间，机务人员采取上述三种姿势的频率也较高，引起的身体损耗更为严重。由于人员的疲劳，在维修过程中产生差错的概率大大提高，带来了较大的安全隐患。设计时要注意工作空间的大小、体力负荷的大小和用力方向、实际操作的高度、操作的频率以及正确的体位等等因素。

3 实际应用[3]

人机工程学在航空器维修中的应用越来越被人们所重视，在设计时，注意人体生理因素方面的知识，实现设备的最佳化，发挥人的劳动能力，减少人为因素的干扰，保护机务人员的生理健康。

3.1 设计原则[4]

①人体的工作尽量以较少的身体消耗，而能得到满意的结果；②避免工作者长时间耗氧量大、有损健康的工作；③尽量使胳臂离开下垂位置的角度要小于30度； ④避免经常性的前伸、侧抬和上举动作；⑤考虑人力资源的节约，尽可能减少操作同一工作的人数。

3.2 设计实例应用

研究设计团队有大量的工具设备改造设计实例。本文着重介绍航空器夜间搜救探照灯（简称“小太阳”）拆装支架的设计情况。

（1）设计方案。小太阳长41.8cm，宽42.5cm，高42.7cm，

重29.5kg，有三个支撑点需要精准安装在直升机侧面的支座上，并用插销锁定，此操作最少需要三人配合安装。针对小太阳的重量、形状，在升降叉车的基础上结合人机工程学原理进行设计，充分考虑机务人员工作强度，研发出DYF-009型小太阳支架，设计介绍如下：

利用“叉”形臂，固定小太阳支架，利用两个丝杆滑台，进行前后、左右的方向调节，利用滚转机构进行轴线旋转调节。具体操作过程就是通过升降车的升降功能调节所需的高度，再用丝杆滑台和滚转机构对小太阳调整定位，最后插入锁定，完成安装，如图2所示。

（2）优势比较。图3为原始安装小太阳的方法，图4为使用小太阳支架的安装方法。现对两种方法进行对比。

①操作空间配置对比。由于小太阳的构型，两名机务人员必须紧挨提领固定，第三名机务人员才能去插销锁定，大大影响操作空间，不利于安全操作。而图4，两名机务人员利用小太阳支架安装，操作空间较大，相互干扰几乎为零。②作业安全性对比。小太阳价值较高，如何采用图3安装，疲劳引起的手臂不稳定性，容易发生滑脱等意外情况，损伤小太阳。由于小太阳与直升机支座配合比较紧密，手臂的不稳定性也容易损伤锁孔，造成间隙增大。③人体消耗对比。飞机上三个安装点大约离地高度分别为65cm，85cm，85cm。如采取图3安装，大部分安装作业姿势都要处于屈身、弯腰，甚至深蹲。另外，还受到图1中肢体范围的限制，人体处于扭转姿势。表1看出，肌肉负重和腰椎负荷很大，耗氧量增加，人员易疲劳，身体易受损。在提领的过程中，还需要对小太阳和飞机支座的三个轴承孔精准定位，由于人体处于易疲劳的姿势，操作的稳定大大降低，作业风险随之提高。图4，一名人员较为轻松操纵支架调整定位，另一名人员可无任何负重地对空插销。较好减轻操作人员的身体负荷，提升工作效率，降低作业风险。

4 结束语

在航空维修领域，导致人为差错发生的因素众多，但设备的设计不人性化是引起维修差错不可忽视的因素。因此，航空维修设备设计中要始终坚持“以人为本”，提倡航空设备的人机学设计，最大限度地降低人为差错。

参考文献

[1] 郭伏，钱省三.人因工程学[M].北京：机械工业出版社，2014：144-146.

[2] 严扬，王国胜.产品设计中的人机工程学[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1996.

[3] 陈杰.浅析航空安全与人为因素的关系[J].科技风，2015，（16）：213-213.[4]黄艳松，李莉叶.应用人机工程学减少航空维修中的人为差错[J].大众科技，2009，（10）：117-118.