基于层次分析的航空燃油供应系统清洗作业车造型设计研究_徐江华.pdf

包 装 工 程 第 44 卷 第 6 期 420 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 3 月 收稿日期：20221027 基金项目：上海工程技术大学博士单位培育-艺术学院申博学科支撑项目 作者简介：徐江华（1977），男，博士，教授，主要从事航空装备设计与飞机客舱舒适性设计研究。基于层次分析的航空燃油供应系统清洗 作业车造型设计研究 徐江华1,2，李子坤1（1.上海工程技术大学，上海 201620；2.同济大学 上海国际设计创新研究院，上海 200092）摘要：目的目的 为解决因车辆作业人员作业负荷大、频繁重复的不良作业姿势，所导致的作业人员患肌肉骨骼疾病的概率逐年增高的问题，对航空燃油供应系统清洗作业车进行人机设计研究。方法方法 利用层次分析法计算作业人员在作业过程中产生不舒适行为的综合权重值并排序，经过实地调研与分析，获取车辆现有问题与作业人员身体负荷情况，结合虚拟仿真软件对问题进行真实性验证。根据验证结果，对车辆进行造型设计优化，并对设计方案进行合理性验证。结果结果 作业人员在优化后的车辆进行作业时，其作业舒适性得到明显改善。结论结论 优化了车辆的使用方式及作业空间布局，将作业空间划分为三个等级空间：第一等级空间距离地面 7901 090 mm，第二等级空间位于距离地面 1 0901 490 mm，第三等级空间位于距离地面 1 490 mm1 830 mm，其中作业人员的最佳作业操作区域位于第二等级空间；此外将储存空间与风机箱相结合，使用滑轨结构横向打开储存空间，可以有效降低作业人员的作业负荷。关键词：航空燃油供应系统清洗作业车；人机设计；层次分析法；造型设计 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)06-0420-10 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.06.048 Modeling Design of Cleaning Operation Vehicle of Aviation Fuel Supply System Based on AHP XU Jiang-hua1,2,LI Zi-kun1(1.Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China;2.Shanghai International Institute of Design and Innovation,Tongji University,Shanghai 200092,China)ABSTRACT:The work aims to study the human-machine design of cleaning vehicles for the aviation fuel supply system to solve the problem that the musculoskeletal diseases of vehicle operators are increasing year by year due to the heavy workload and frequent repetition of bad working posture of vehicle operators.The comprehensive weight values of the uncomfortable behaviors of the operators during the operation were calculated and ranked through the analytic hierarchy process.After field investigation and analysis,the existing problems of the vehicle and the physical load of the operators were obtained,and the authenticity of the problems was verified through the virtual simulation software.According to the verification results,the vehicle modeling design was optimized,and the rationality of the design scheme was verified.The operating comfort of operators was significantly improved when they were working in the optimized vehicle.The use mode of vehicles and the layout of work space are optimized,and the work space is divided into three levels:the first level space is 790-1 090 mm from the ground,the second level space is 1 090-1 490 mm from the ground,and the third level space is 1 490 mm-1 830 mm from the ground,in which the best operation area for operators is located in the second level space.In addition,combining the storage space with the fan box and opening the storage space horizontally through the slide rail structure can effectively reduce the workload of operators.KEY WORDS:aviation fuel supply system cleaning operation vehicle;human-machine design;analytic hierarchy proc-ess;modeling design 第 44 卷 第 6 期 徐江华，等：基于层次分析的航空燃油供应系统清洗作业车造型设计研究 421 航空燃油供应系统清洗作业车是民用机场特种车辆之一，用于清洗机坪管网栓井以及机坪管网阀门井，是保障飞机燃油供应补给与正常安全运行的关键因素。长期频繁重复性的弯腰、屈膝、扭转等不良姿势和负荷作业，导致作业人员患肌肉骨骼疾病（WMSDs）的概率大幅度提升。有关研究表明，84%的清洁作业人员患有肌肉骨骼疾病1。当前清洗作业车的研究多集中于其功能结构、液压系统2等方面，从作业舒适性角度出发进行的造型设计研究较为匮乏。在此背景下，本文通过对现有清洗作业车进行实际调研和分析，通过人机工程学理论对清洗作业车进行优化设计，以提升作业人员作业舒适性与工作效率。1 航空燃油供应系统清洗作业车人机设计概述 1.1 航空燃油供应系统清洗作业车 中国民用航空局颁布的 MH/T 6122-2020 中明确规定：航空燃油供应系统清洗作业车（以下简称清洗作业车）是装载有回收罐、供水罐、清洗系统、回收系统、安全运行保护装置等部件的专用设备，可为机场航空燃油供应系统提供清洗作业3。对清洗作业车进行简易划分，主要分为三大模块：底盘、操作台（架构）以及罐体模块。当前我国清洗作业车使用的是由中国航油上海承飞航空特种设备有限公司生产的 CF5063TQX 航空燃油供应系统清洗作业车。现有清洗作业车简化图如图 1 所示。其中罐体外观尺寸长宽高为 2 700 mm2 100 mm1 330 mm。图 1 航空燃油供应系统清洗作业车简化图 Fig.1 Reduced graph of aviation fuel supply system cleaning operation vehicle 1.2 清洗作业车人机设计研究现状 人机工程学是研究人、机、环三者之间的协调关系，实现人的舒适与愉悦，提高人的工作效率与质量的设计方法4。对清洗作业车人机设计研究现状进行分析，筛选国内外核心期刊文献，结合 Citespace 生成数据图谱见图 2，其中作业疲劳、肌肉疲劳、精神疲劳、不良的作业姿势等都可能使作业人员产生不舒适感。图 2 清洗作业车人机设计 Citespace 数据图谱 Fig.2 Citespace data atlas of human-machine design of cleaning operation vehicle 422 包 装 工 程 2023 年 3 月 张瑞秋等5认为作业人员作业姿势不符合人机工程学、长时间进行重复作业以及不合理的肌肉骨骼受力负荷是导致作业人员出现身体不舒适以及患肌肉骨骼疾病的最重要的原因。Anandakumar 等6认为人机工程学是人、机、环三个要素之间相互作用的学科。舒适的作业空间可以降低肌肉骨骼疾病的可能性，提升作业人员的作业效率。Shafti 等7认为肌肉骨骼疾病是由于作业姿势与作业环境不适导致的。刘琴等8认为除作业姿势不合理的因素外，影响作业人员健康状况的因素还有工作环境。刘小霞等9认为车辆器材布局设计直接影响作业人员的作业效率和身体健康。张丽珍等10认为作业空间布局的人机工效学设计决定了作业人员的作业姿势，作业空间布局的不合理使作业人员长期保持不舒适的作业姿势，从而直接影响作业人员的作业效率，同时导致肌肉骨骼疾病的产生。郭红领等11认为作业人员存在不合理的作业姿势、长期重复同一劳动动作容易诱发职业性肌肉骨骼 疾 病(Work-related Musculoskeletal Disorders,WMSDs)，是导致作业人员产生不舒适的重要原因。金书香等12认为作业人员长期存在的低头、弯腰、手抬高过肩及头部、长时间保持站立姿势作业、工作时间长等因素是导致作业人员发生慢性肌肉骨骼损伤的重要因素。Taki 等13认为作业人员在执行作业任务时，不当的作业姿势会造成身体负担。针对作业系统的设计，要有合理的操作程序规划，以便减轻作业人员的作业负担。现阶段，在清洗作业车造型设计过程中，主要参考中国民用航空局颁布的 MH/T 6122-2020 设计准则，相对于民用机场特种车辆快速发展的今天，在满足车辆设计标准的同时，更要注重其人机舒适性，因此有必要对现有清洗作业车造型进行人机设计与优化。2 清洗作业车人机舒适性设计流程 2.1 人机舒适性设计因素分析 清洗作业车人机舒适性因素主要包含人机舒适性的生理因素、心理因素与环境因素。车辆的作业空间、作业方式、作业器具尺寸、作业姿势、作业时长、作业环境等多方面的不舒适因素，都会导致作业人员产生不舒适感。因此，清洗作业车造型设计不仅要满足重要性因素、使用频率因素、功能因素、安全性因素，更要充分考虑以人为本的因素14。1）重要性因素。重要性因素是指考虑清洗作业车清洗设备的紧急重要性，例如发生紧急情况时应立即放置救援三脚架，救援三脚架的位置应设计在车辆较为容易取出且较为明显的位置。2）使用频率因素。使用频率因素是指将清洗作业车常用的清洗设备储存于舒适、易拿取的位置空间，降低因重复不良作业姿势导致的作业人员身体负荷。3）功能因素。将清洗作业车具有相似功能的清洗工具存储于同一空间，增加空间利用率，使车辆空间利用率更高。清洗作业车在清洗作业中，存在使用清洗设备的先后关联顺序，因此应该将清洗设备按使用顺序进行排列。4）安全性因素。安全性原则是指在清洗作业车作业过程中保证作业安全、人员安全，使车辆各项指标数据符合行业标准15。5）以人为本的因素。即作业人员在操作过程中的心理、生理因素。作业人员在