石油测井车作业空间设计

张亚锋，徐剑波，徐晓航，刘超

（1.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055；2.西安石油大学，陕西 西安 710065）

石油测井车作业空间设计

张亚锋1，徐剑波2，徐晓航2，刘超1

（1.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055；2.西安石油大学，陕西 西安 710065）

本文立足于作业空间人机设计原则，结合油田的实际工况，对测井车的显示装置、操作装置、容体空间以及区域布置进行系统化的研究，其后设计出符合人机舒适性的作业空间尺寸。

石油测井车；作业空间；人机设计；舒适性

CLC NO.: U442.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-76-03

引言

测井车是石油领域用于油田测井的专用车辆，作业空间是测井车人机交互的中心界面，主要由观察窗、操作面板、储物柜和电控柜组成，其设计的优劣直接影响测井作业效率。测井车作业空间设计必须在保证视野清晰良好、操作简便快捷的同时还应具有结构整体性与功能明确性[1]。

人机设计原则是在设计产品时，充分考虑人的生理、心理特性，确保作业人员操作的安全性、舒适性与高效性。本文以人机设计理论为指导，以人体尺寸作为设计依据，得出便于操作的合理空间尺寸，力求保证各个控制器之间的充分空间，以确保有效的工作，避免给操作者带来不便或伤害，也避免造成工作上的疏忽[2]。本文所研究的内容，不仅设计出符合人机工程学的测井车作业空间，同时也为其他类型的石油专用车辆作业空间设计提供了理论指导。

1、设计依据

在作业空间开发过程中，操作的舒适性与高效性成为设计的中心环节。作业人员采取坐姿操作姿势，通过对滑轮与显示器的观察情况作出判断后，利用操纵装置将指令传递给机器。在操作过程中，作业人员肢体在空间内所能触及的活动范围是立足于人体测量学的基础上。

人体测量学数据通常以百分位数来表示人体尺寸的等级，百分位数是一种位置指标，一个界限值，以PK来表示。最常用的是5、50、95三个百分位数，分别代表小、中等、大身材的人群。考虑到测井车作业人员一般为男性，可参考国标GB 10000-1988，取P5、P50、P95男性人体尺寸（满足度为90%）作为设计依据（如表1所示）。为了更好的实现安全、健康、舒适、高效的设计目标，在人体尺寸百分位静态测量数据作为设计界限值的基础上，还应考虑着装、姿势、心理等修正量[3]。

2、视野域设计分析

视野范围是指作业人员在工作过程中眼睛固定注视一定目标时，所能见到的空间范围。视野范围是以眼球的位置为中心，眼睛位置不仅会对视野产生影响，还会影响作业人员的操作姿势。测井车作业人员采取的操作姿势为坐姿，眼睛要通过窗户观察井口及滑轮状况，所以操作人员的坐姿眼高是必须首先考虑的。坐姿眼高采用的人体尺寸基础数据为P5男性人体尺寸，小百分位数的人群能看到的，大百分位数人群肯定可以[4]。

表1 设计相关的三种百分位数的坐姿人体主要尺寸（mm）

根据视野的角度划分，以水平视野向上为正，向下为负，10°至45°为次要的观察区域，-30°至10°为主要观察区，-50°至-30°为控制观察区域。结合所设计产品的工作特性，作业人员在工作中视野主要集中滑轮与仪表盘指示区域，其次为操作区域。因而根据作业观测特性，在-50°至-30°的范围内布置操纵装置，在-30°至-20°的范围内布置显示装置，-20°至0°视野范围观测井口工况，0至45°范围内观测滑轮运行状况（如图1所示）。

人坐在椅子上眼睛的高度=座椅高+坐姿眼高+穿着修正量+姿势修正量。

座椅最低高度以P5的坐深421mm为基础数据，鞋底厚度修正为30mm,取451mm。最高高度以P95的坐深494mm为依据，加上鞋底厚度为528mm。扩充余量后，所设计的座椅需在450～530mm范围内可以调节高度，而在一般使用过程中，可固定设置座椅高度为P50的坐深与鞋底厚度，约为490mm。

眼睛高度的计算为下限值的计算，姿势修正量一般是将高度尺寸减少40mm，坐姿眼高取P5的基础数据749mm，因而坐姿眼高为1240mm。

操作面板最大高度不能超过P5人群的肩高，因而观察窗的下边沿高度应为坐姿肩高+座椅高度=1047mm。观察窗的上边沿高度应为坐姿眼高+次要观察区域范围=1240+(1240-1047)tan45°/tan20°=1770mm。

3、操作域分析设计

测井过程中，上肢是作业的主体，其作业范围是以肩关节为圆心、手臂长为半径的圆弧。作业范围属于下限设计，因而我们采用P5男性人体尺寸作为设计依据。如图2是P5男性作业范围，图中所示范围由近至远依次为舒适操作区、有效操作区与扩展操作区。

当前臂与上臂自然曲折成整体臂长的3/5时，所处操作姿势处于最舒适操作，其作业范围称为舒适操作区，整体臂长=上臂长+前臂长+手长+手套厚度=289+216+170+5= 680mm，则舒适操作区为408mm。有效操作区即是指手可触及范围，相当于臂长为680mm。坐姿情况下，人躯干前倾，肩关节中线前移100～200mm，手功能作业范围前移所成区域为扩展操作区，此处取前倾150mm，则扩展操作区为830mm。在设计过程中，一般都要求人体躯干不做移动，因而操纵装置不应超出有效操作区。

根据图1中所划分的视野区域，用三角函数可计算出仪表指示装置应布置在竖直高度932～1047（mm）范围内，操纵装置布置在707～932（mm）范围内。操作面板最下沿高度不应低于P95人群的坐姿大腿高度681mm，因而操作区域范围下限值取707mm属于合理范围。

4、结论

根据前文的视野域、操作域设计，操作面板最终确定整体为“L”型布置（如图3），自由空间约占整个操作空间的1/2。其后，结合人机工程学中操纵、显示装置的设计理论，应用色彩学与造型学进行三维模型的建立（如图4）。

本文立足于人体尺寸测量参数，着重对作业人员的视野、操作范围进行研究，并设计出测井车作业空间。此设计方法在作业人员操作舒适、便捷、高效的同时也保障了工作的安全性与可靠性，符合“以人为本”的设计理念。

[1] 束奇,王丙刚等. 基于CATIA的修井机作业人体分析与优化[J].石油机械.2011,39(5):79～82.

[2] 陈波,李冬屹,张旭伟等.石油钻机司钻工作空间设计[J].石油矿场机械.2007,36(9):33～37.

[3] 赵红芬.基于CATIA的中国人体模型的研究[J]. 汽车实用技术,2013,01:41～44.

[4] 屈文涛,徐晓航等.石油修井机操控室人机分析[J].汽车实用技术,2014,02:68～70.

3、结束语

对于中国FSAE赛车车队，绝大部分所选的发动机为摩托车发动机，如果直接装在赛车上，整车重心高，无法满足赛车在行驶过弯操控稳定性。要降低发动机重心，通过降低油底壳的高度，从参赛第一年经验来看，如果把原装油底壳改低的话，做到储油油量差不多体积油底壳，改变变化量有限，油底壳底部做成平坦和集滤器切短，当赛车在高速过弯时会造成油底壳的油液晃荡，有时集滤器瞬间会吸不到机油，长时间运行容易使发动机出现故障问题。本文设计的干式油底壳系统可以降低整车的重心，提高发动机的润滑能力与操控性能，并提高赛车的功率。

参考文献

[1] 《汽车工程手册》编辑委员会．汽车工程手册-设计篇［M］． 北京:人民交通出版社，2001.

[2] Farkhondeh,Ehsan．Design of a dry sump lubrication system for a Honda［D］．Massachusetts Institute of Technology，2007.

[3] 王绍銧，夏群生，李建秋． 汽车电子学( 第二版) ［M］． 北京:清华大学出版社，2011．

[4] Mark Pivac，B Eng （Hons）． Dry Sump Oil System［J］，BDG Motorsport，2007.

[5] 王毓民，王恒 .润滑材料与润滑技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.

[6] 詹熙达 .CATIA V5R20产品设计实例精解［M］.北京：机械工业出版社，2011.

The Design Of Petroleum Logging Truck Operation Space

Zhang Yafeng1, Xu Jianbo2, Xu Xiaohang2, Liu Chao1
（1. Xi'an University of Architecture and Technology, Shaanxi Xi'an 710055; 2. Xi'an Shiyou University, Shaanxi Xi'an 710065）

Based on the working space ergonomic design principles, combined with the actual conditions of oil field, the systematic study on the display device, operation device, volume space and regional layout of th logging truck is carried out, then the working space size meeting the comfort of man-machine is designed.

petroleum logging truck; workspace; man-machine design; comfort

U442.2

A

1671-7988(2015)02-76-03

张亚锋，就读于西安建筑科技大学理学院。

校科研启动基金 ( No.RC1304)