岸桥驾驶室的人因设计及评价
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摘 要
岸边集装箱起重机（简称“岸桥”）是应用于集装箱船与码头前沿之间装卸集
装箱的设备，对于提高码头作业效率具有重要作用。驾驶室是岸桥的重要部件之
一，正确合理的驾驶室设计对保持驾驶员的身心健康、操纵舒适性、乘坐舒适性
及减轻劳动强度都有着直接的关系。因此，有必要对设计健康、安全、高效、舒
适的岸桥驾驶室进行研究和探讨。
本文分析了岸桥驾驶室对人因工程学理念的诉求，将人因工程学的理论成果
应用于岸边集装箱起重机这一特殊的人机系统设计中，完成了对驾驶室的座椅、
视野以及作业空间三大部分的优化设计，并应用 AHP 层次分析方法建立了对驾驶
室优化设计的综合评价模型。
在座椅优化设计中，本文首先依据坐姿理论、人因工程学中座椅设计的相关
原则，并综合大量国内外的座椅研究成果和相关的国家标准及行业标准，分析了
汽车座椅设计参数与人体尺寸之间的关联关系，提出了以顺应岸桥驾驶员作业姿
势而采取座椅前缘倾角下倾的设计概念，保证了所设计座椅的合理人机性能。其
次，研究分析了 SAE 所推荐的确定 B型车 H点的适宜线法的适用条件和不足，完
成了以中国人体尺寸为约束的 H点优化域，进而完成对岸桥驾驶室座椅的布置。
在视野优化设计中，本文引入了广泛应用于汽车驾驶室设计的眼椭圆理论，
分析了驾驶员的眼椭圆在驾驶室内的定位方法，依据人的视野特点讨论了岸桥前
方垂直视野的确定方法。
在作业空间优化设计中，本文结合人视野范围的要求，在分析人体水平和垂
直作业空间内的作业范围的基础上，重点对影响驾驶员操纵舒适性的联动台、手
控元器件和脚控元器件，从安装位置、形状、尺寸大小等方面进行了详细设计。
最后，依据 AHP 层次分析法的原理和步骤，对驾驶室优化设计结果进行综合
评价分析。建立了驾驶室综合评价的相关因素，依据人因工程学原理提出了分析
评价的标准，采用 EC（Expert Choice）软件对驾驶室优化设计前后进行了对比。
本课题将人因工程学的理论和方法引入到岸桥驾驶室的人机设计中，进一步
完善了国产岸桥驾驶室的人机设计理论，为国产岸桥驾驶室的优化设计提供了一
定的理论参考、设计参考及数据参考。对缩短岸桥及同类产品的开发周期，降低
开发成本，提高产品附加值有积极的意义。
关键词：驾驶室 岸边集装箱起重机 人因工程学 优化设计 评价
ABSTRACT
Quayside container crane (hereinafter referred to as "QC crane") is an equipment
applied to load and unload cranes between container ships and terminal quay
containers, which plays an important role for improving terminal operation efficiency.
As one of important component of QC cranes, Correct and reasonable design of cab
is directly impacted cab drivers’ physical and mental health, manipulation and seat
comfortableness and reduced labor intensity. Therefore, it is necessary to study and
discusse how to design a health, safety, high efficiency and comfortable Quayside
container crane cab.
In this study, the requirement of ergonomics concept in the design of QC crane
cab was analyzed. Based on application of ergonomics theoretical achievements in
this special man-machine system design, seats, vison and work space were optimized
and the comprehensive evaluation model of the cab design was established by AHP
hierarchical analysis method.
For seat optimization, according to ergonomics theories and principles related to
sitting posture and chair design, and combined plenty of domestic and foreign seat
research achievements and relevant national or industrial standards, a seat front
obliquity inclined forward seat was put forward after analyzed relationships between
the seat design parameters and human body size. Instead of backward seat, forward
seat can comply with the driver’s work posture and guarantee the reasonable
man-machine performance. Then, the application conditions and insufficiencies of H
point appropriate line method of type B car recommended by SAE was analyzed, and
H point optimiztion area constraints of Chinese body size was calculated.
For view optimization, eyellipse theories, widely applied in automobile cab
design, were introduced in the paper. By analysed the method of driver’s eyellipse
location and characteres of one’s view, crane cab’s vertical vison were determined.
For work space optimization, linkage control panels, hand controllers and foot
controllers, which were directly impacted driver’s comfortable, were detailed
designed from installation position, shape, size and other aspects, on the basis of
analysis work scope of the horizontal and vertical space that human body can touch
and demand area of vision.
Finally, according to ergonomics theory, related factors and standards of the
evaluation were put forward and the evaluation model of the cab optimized results
was established based on the mentod of AHP (Analytic Hierarchy Process). Then, the
results of optimize before and after were compared by the expert choice software.
By introduced ergonomics theories and methods into the crane cab design, this
subject further improved the domestic crane cabs human-machine design theory and
provided theory reference, design reference and data reference. It will be positively
significance in reducing development costs and cycle and improving the added values
of the crane and the similar products.
Key Word: Cab, Quayside container crane, Ergonomics, Optimization
design, Evaluation
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 ...................................................... 1
§1.1 岸边集装箱起重机的相关介绍 ................................ 1
§1.1.1 岸边集装箱起重机的发展状况 ............................. 1
§1.1.2 岸边集装箱起重机的基本结构 ............................. 1
§1.2 课题的研究目的和意义 ...................................... 2
§1.2.1 课题研究背景 ........................................... 2
§1.2.2 研究目的和意义 ......................................... 3
§1.3 人因工程在国内外岸桥驾驶室中的研究及应用现状 .............. 4
§1.3.1 国外岸桥驾驶室人因工程学研究现状 ....................... 4
§1.3.2 国内岸桥驾驶室人因工程学研究现状 ....................... 5
§1.4 本论文的研究内容 .......................................... 6
第二章 人因工程学相关原理 ........................................ 7
§2.1 人因工程学介绍 ............................................ 7
§2.1.1 人因工程学的发展 ....................................... 7
§2.1.2 人因工程学的应用 ....................................... 7
§2.2 人体的测量与测量数据的应用 ................................ 8
§2.2.1 人体的测量 ............................................. 8
§2.2.2 人体测量数据的应用 .................................... 10
§2.3 姿势舒适性研究 ........................................... 10
§2.3.1 姿势舒适性的定义 ...................................... 10
§2.3.2 汽车驾驶姿势舒适性研究 ................................ 10
§2.3.3 岸桥驾驶室舒适性研究 .................................. 11
§2.4 本章小结 ................................................. 12
第三章 岸桥驾驶室系统的整体分析 ................................. 13
§3.1 岸桥的驾驶室内部布局及作业流程分析 ....................... 13
§3.1.1 岸桥驾驶室的内部布局分析 .............................. 13
§3.1.2 岸边集装箱起重机的作业流程分析 ........................ 13
§3.2 建立岸桥驾驶员作业下的人体模型 ........................... 15
§3.2.1 人体模型概述 .......................................... 15
§3.2.2 人体模型的建立 ........................................ 18
§3.3 岸桥驾驶员坐姿的舒适性分析 ............................... 20
§3.3.1 岸桥驾驶员的作业姿势及对人体的影响分析 ................ 20
§3.3.2 岸桥驾驶室的坐姿舒适性的内容 .......................... 22
§3.3.3 岸桥驾驶员舒适坐姿的影响因素 .......................... 22
§3.3.4 岸桥驾驶员舒适坐姿的关节角度范围 ...................... 23
§3.4 本章小结 ................................................. 24
第四章 岸桥驾驶室座椅的改进设计研究 ............................. 25
§4.1 驾驶员座椅设计的主要人因学依据 ........................... 25
§4.1.1 保证脊椎和腰曲弧线的正常生理弯曲 ...................... 25
§4.1.2 保证合理体压分布及股骨受力原理 ........................ 26
§4.1.3 座椅设计与人体结构的关系 .............................. 28
§4.2 座椅结构尺寸的设计 ....................................... 29
§4.2.1 各类工作椅简介 ........................................ 29
§4.2.2 座椅设计的基本原则 .................................... 30
§4.2.3 座椅静态尺寸参数的确定 ................................ 31
§4.3 座椅舒适性的位置确定 ..................................... 33
§4.3.1 H 点的确定方法 ........................................ 33
§4.3.2 最佳 H点位置分析 ...................................... 35
§4.3.3 座椅水平调节量的计算 .................................. 38
§4.4 本章小结 ................................................. 38
第五章 岸桥驾驶室视野设计 ....................................... 39
§5.1 视野设计概述 ............................................. 39
§5.2 眼椭圆 ................................................... 40
§5.2.1 眼椭圆的概念 .......................................... 40
§5.2.2 眼椭圆的数学描述 ...................................... 41
§5.3 岸桥驾驶室驾驶员的视野性能研究 ........................... 42
§5.3.1 岸桥驾驶室的视野设计要求 .............................. 42
§5.3.2 眼椭圆中心在驾驶室中的定位 ............................ 43
§5.3.3 驾驶室前方视野的校核 .................................. 44
§5.4 本章小结 ................................................. 47
第六章 岸桥驾驶室作业空间设计 ................................... 48
§6.1 岸桥驾驶室作业空间设计概述 ............................... 48
§6.1.1 作业空间设计的人因工程学原则 .......................... 48
§6.1.2 驾驶室坐姿作业空间范围 ................................ 48
§6.1.3 坐姿下的舒适区域 ...................................... 50
§6.2 操控装置的设计研究 ....................................... 51
§6.2.1 控制器的选择原则 ...................................... 51
§6.2.2 联动台上操作部件的功能分析 ............................ 52
§6.2.3 手动控制器的选择和优化 ................................ 54
§6.2.4 显示装置功能分析 ...................................... 54
§6.3 操控装置的人机设计 ....................................... 55
§6.3.1 按钮的尺寸设计 ........................................ 55
§6.3.2 旋钮的尺寸设计 ........................................ 56
§6.3.3 主令手柄的尺寸设计 .................................... 57
§6.3.4 控制器之间的间距设计 .................................. 58
§6.4 联动台的可用性设计 ....................................... 59
§6.4.1 联动台的可用性设计概述 ................................ 59
§6.4.2 联动台的可用性设计原则 ................................ 60
§6.4.3 现有联动台的可用性问题分析 ............................ 60
§6.4.4 联动台安装位置优化 .................................... 61
§6.4.5 联动台的倾角 .......................................... 62
§6.4.6 联动台台面的布局 ...................................... 63
§6.5 脚踏板的设计 ............................................. 64
§6.5.1 脚踏板结构形式的选择 .................................. 64
§6.5.2 确定脚踏板的倾角 ...................................... 64
§6.5.3 脚踏板的布置 .......................................... 65
§6.6 本章小结 ................................................. 66
第七章 基于 AHP 的岸桥驾驶室的综合评价 ........................... 67
§7.1 岸桥驾驶室评价的主要因素 ................................. 67
§7.1.1 座椅评价因素 .......................................... 67
§7.1.2 操纵评价因素 .......................................... 67
§7.1.3 显示评价因素 .......................................... 67
§7.1.4 联动台箱体评价因素 .................................... 67
§7.2 综合评判模型的选择与构建 ................................. 68
§7.2.1 AHP 模型的原理与选择 .................................. 68
§7.2.2 AHP 模型的步骤 ........................................ 68
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作者：侯斌
分类：高等教育资料
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时间：2025-01-09
