基于人因工程学的训练舰舰桥布局优化设计与分析

马雨薇

摘要：在设计一艘舰艇的时候，符合人体工程学的设计是减少船员工作疲劳度的重要因素，并且还可以适当地帮助操作人员更好的理解并操作导航系统和舰艇的手动操作系统。然而，由于人体工程学在实际舰桥中的设计不足使得船舶的安全性和可操作性或容错率降低。因此，这些因素导致了更多的海上事故的发生。本研究对以下几个方面进行了数据整理和评估：导航的使用频率和人体工程学在实际导航中的影响力，训练船员的操作或读取数据错误的可能性，获得包括人体工程学在内的舰桥导航系统的优化布局，即根据不同的型号和大小进行不同的设计安排。对舰桥上的导航设备进行了优化布局，这个布局是根据评估结果和Lingo程序整合而得。

关键词：舰桥；布局；人因工程学；可用性评估；海洋事故

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）02-0118-04

船舶是国际交流运输的主要形式之一，由于全球的增长贸易和科学技术的发展，船舶变得越来越大、更快、更完全自动化[J]。然而，海洋事故却不断发生。事实上，60% -80%的海上事故是由人为错误引起的.表明存在潜在风险以及对海洋环境的潜在损害。

由于人为错误造成的海上事故比率如此之高，我们通过大量的研究对事故进行了精准的分类，但调查方法不足以解决本质问题。因此我们需要投入更多的努力，以减少人为错误造成的海上事故。与此同时人因工程学因素也越来越多地被用于航行设备维护当中。

舰桥是导航官执行任务的地方，航行控制室是接收所有与导航有关的信息的地方。因此，在船舶设计中，应考虑符合人体工程学的舰桥设计，最大限度考虑监测船舶的航行环境和船员身体状况，适当适应每一种情况，最大限度地减少由于疲劳引起的海事事故的发生。

特别是综合桥系统（IBS）可以将所有船舶的航行设备安装在单个控制台内，可以分析从外部传感器接收到的数据，并正确顯示结果。这种高科技导航设备的使用日益增多，实现了以最经济的方式自动操作船舶。

因此，我们应该考虑如何通过考虑船舶操作员和航行设备的人体工程学设计的因素来改进船桥的布局。本研究旨在评价船舶航行设备的重要性和使用频率。此外，在导航和读出分析过程中，也会关注到在操作设备时可能会产生的误差，也就是操作时读取数据错误的可能性，并对其进行分析，根据人体工程学原理对这些系统进行优化。研究结果将通过对某一大学的训练舰舰桥的可用性评估来收集。因此，本研究旨在通过可用性评估为船舶的航行设备布局进行基于人因工程学的优化建议。

1 研究方法

1.1 可用性评估

虽然所需的设备根据船的类型或尺寸而变化，但是船舶航行通常需要40至80个控制或显示装置。本次研究的主体是大学训练舰，调查询问操作员关于使用频率、各设备的重要性、设备对航行的影响，以及分析控制与显示共75台设备的操作时可能会发生错误的可能性。

在可用性评估后，这项研究给出了导航设备在舰桥里的最佳人体工程学布局，这项研究还对紧急情况的类型做出了解释（碰撞、搁浅、火灾、爆炸、淹没和主要部分损坏）和每一个标准相应的加权，表1描述了在韩国2003-2007年间发生的海洋事故的类型，它包括一个配置的利率列表，计算了每种类型发生的次数，以及每种事故占事故总和的百分比，并将结果作为每个航行设备包括控制或显示设备的重量给出。

例如，ECDIS（电子图表显示和信息系统）是在搁浅事件中使用的设备。在原始调查中，对其重要性、使用频率、对航行的影响、操作和阅读可及性以及错误的可能性进行了调查，然后将总分乘以0.273。相当于配置损坏率（27.3%）最后的计算被用于优化过程，表1描述了在韩国2003-2007年间发生的海洋事故的类型，计算每种事故类型和发生的次数以及占总数的比例。

表2描述了训练舰舰桥内每个设备的特征，它列出了训练舰导航系统的实际尺寸（宽度x高度）以及它们的面板尺寸、重要性、每个设备的使用频率、设备对航行的影响，以及错误的可能性。

表3显示了标准计算权重的性能优化。它列出了在每个紧急情况或紧急出航或靠岸时手册中提到的所需导航设备。数字对应的是顺序计数器应答手册表4中的序列号。举例说明，表3的图表包括每个紧急情况的编号和出发、到达的条件，比如“10”表示船舶进水，这个数字表明，在紧急情况下如表4，如遇船舱进水情况，图表将用于第10指令，必要时实现行意搁浅，表3为每个设备在紧急情况下使用的相应编号及使用频率。

该系统的数量是指相应情况下每种设备的累计使用频率，并乘以海事事故统计的配置率（表1）的比率，并使用相应的设备的最佳值来优化实际优化的方案。

1.2 导航设备的布局

本文研究主题是舰桥的导航设备，对其进行了一个重要性和使用频率的分析，以及每一部分设备的航行的影响，和操作时读取数据可能会发生错误的可能性，在受访者中，执行小组基于他们的工作位置进行子分类，然后对每个位置的布局进行了分析。权重的事故类型（碰撞、搁浅、火灾爆炸。淹没，主要部分损坏）用于优化表4中列出的，lingo（全球求解程序77）用于导航的优化过程，并获得了符合人体工程学的布局设备。

图1显示了通过重要性和使用频率的评分，优化的舰桥模型。舰桥在训练舰共有18个面板，并且编号系统在表格中代表了导航设备在舰桥的实际布局。

图1分别示出了分配给每个设备的编号，并且图片中的编号的含义对应于用于优化性能的编号。例如，编号l表示方向盘和2标示航海图，雷达和导航光控制面板位于靠近基准点，因为它们的面板的得分高。

在图2中，舰桥模型是基于紧急权重的优化结果，对导航使用的重要性、使用频率、对航行的影响、操作和读数错误的可能性的评分进行了优化。例如，电子海图和无线电话和全球海上遇险和安全系统被最近的基准点，这表明他们需要被安置在离军官操作最近的位置。

图3舰船模型是基于紧急权重的优化结果应用于分数的重要性、使用频率、对航行的影响、操作和读数错误的可能性绘制的。

2 数据比较和分析

这里的目的是比较和分析最终优化的布局（图3）和现有布局。计算移动距离，并将基于它们的效率进行比较，以预测交通线操作员在阅读船舶操作导航设备的控制或显示设备时lgl。训练舰舰桥，在研究中已被用作现有模型（图4a）和提出了应用人体工程学变量后的最优桥梁模型（图4b）。为了进行比较和评价，测量了导航设备之间的距离（图4a）。

表5表示船舶离港的检查表。指示的导航设备，控制和显示装置的数量对应于检查表的顺序。表5上列出的数字用作导航设备的数量。作为示例，导航光控制面板（7-3）和信号灯控制面板（7-5）是用于问题10的设备，“出发的信号标志被准备和升起”。现有布局的导航光控制面板和信号灯面板位于面板7。在这种情况下，操作者从基准点（▲）计算的移动距离为3，580mm。因此，根据现有和优化布局之间的比较和分析，操作者的移动距离减小了1000mm，只有现有距离的72.1%。因此，它显示出提高的效率为27.g%。如果以相同的方法进行导航设备的比较和分析，结果表明本研究中的建议布局将操作员的移动距离减小了约20.5%。

表6建议在船舶港口进入时的清单。指示的导航设备的数量。控制和显示设备对应于检查表的顺序。表3中列出的数字用作导航设备数量。

对于所有示例，甚高频（4-1）是要用于问题13的设备，“通知期望端口进入内陆代理的时间”。在这种情况下，计算出的操作者从基准点（▲）的移动距离是4，710m（图4a）。在建议的布局中的甚高频被接合在2060mm（图4b）。因此，根据现有和优化布局的比较和分析，操作员的移动距离减少了2650mm，这只是优化前移动距离的43.7%。结果表明，本研究中的建议布局使操作员的移动距离减小了约1.99%。

3 结论

本研究的目的是根据船舶的尺寸或类型，考虑人体工程学因素，开发舰桥导航设备的优化布局。本研究进一步提出了在船舶研究中探索的装备设备的重要性和使用频率的可靠性评估，并对训练舰舰桥的导航设备的重要性和使用频率进行了可靠性评价，观察了每件设备对导航的影响程度以及船舶操作人员的操作或读出错误的可能性。从调查结果中使用Lingo程序进行优化。

舰桥导航设备的优化基于主要问卷调查进行。除了在测量中评估的重要性和使用频率之外，还考虑了导航设备对航行的影响的水平以及在控制、显示装置处的操作或读出错误的可能性。此外，考虑到紧急情况（碰撞、绞合、火灾和爆炸、淹没、主要部件损坏），通过对紧急权重的分析，推导了基于人因工程学的合理布局。

建议电子海图、雷达和指挥操舵显示器应该位于最接近船员的位置。在该研究中建议对舰桥中的控制和显示设备的面板的优化设计。

此外，研究通过实例证明，通过预测船舶离开或入港时的官员的交通线建议的人体工程学布局比现有布局更有效。

实际舰桥设计中人机工程学因素的不充分考虑可能导致船舶疲劳由于频繁使用导航设备，这可能降低该官员的安全导航的性能，并且涉及操作和读出错误的可能性。基于这些原因的研究结果将被用来减少航行中的人为错误。从而尽可能避免海事事故的发生。

4 展望

现代高技术条件下的局部战争对舰船航行的快速性、安全性及可靠性都提出了很高的要求，然而现有舰船基本无法满足要求。这就需要提高导航与操纵控制、系统化水平，并考虑人体工程学因素，开发舰桥导航设备的优化布局，充分发挥导航、操控设备的综合效应和整体效能，以确保舰船安全、经济地航行，充分发挥舰船的作用。

在优化各设备布局的同時也应建立综合舰桥系统体系和评估体系，研究综合舰桥系统，首先要建立舰桥系统的系统体系和评估体系，即运用方法论、信息论，对现有舰船导航系统进行重新定义：按任务、功能、设备的层次关系重新建立导航系统的设备组织结构：按知识、信息、数据的层次关系对各种导航信息进行分类、重组和集成：从系统的可用性、可信赖性及系统的能力等方面对系统的整体效能进行评估，建立系统效能模型。

系统以设备为对象划分功能结构单元，设备之间可以根据一定原则动态进行组合，这样能够使设备有效互连、协同工作，大大提高了舰桥系统的灵活性和生命力。运用面向对象的思想，开发各类设备对象的设备管理模块，通过该模块将系统软件和设备硬件分开，使用户通过系统软件对设备硬件进行控制操作，降低软件系统与硬件系统的耦合度，提高可靠性。此外，对于同类设备来说，由于设备的硬件特性十分相似，从而可以利用相同的管理模块或只需做很少的修改即可实现对设备的控制和管理，以最小的变化实现系统的重组和扩充。

发展综合舰桥系统可以提高舰船操纵的安全性和操控效能，改善舰船航态控制品质，可以通过对综合舰桥系统关键技术研究，对舰桥任务进行合理规划，对航海导航、舰船操纵与姿态控制、气象水文环境、通信以及全舰监视系统信息进行综合整理，从而实现功能完善的舰桥系统。

优化的舰桥导航布局提高精度，提高可靠性，降低了操作时可能会发生的错误频率，以保证舰船在各个海区的航行安全：综合舰桥系统能实现各分设备之间的信息冗余，它的可重构能力提高了系统的生存能力：综合舰桥系统高速、实时数据搜集和处理功能，以及信息的集中显示功能，缩短了反应时间，提高船员操作能力，并提高了工作效率。