83 徐建方等基于公共交通型自动扶梯客伤的人机分析与研究程学的方法对自动扶梯梯级扶手斜度等进行分析和改进随着虚拟人技术的快速发展国内外虚拟人体模型和虚拟环境空间[9-10]的研究已经成为当前人机工程学研究的热点马智[7]等人提出了中国人体模型的构建方法并给出了运用 JACK

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1 包装工程 PACKAGING ENGINEERING 2016 年 1 月基于公共交通型自动扶梯客伤的人机分析与研究徐建方 1 李向东 2 李耿 3 高瞩常州工学院常州江苏省特种设备安全监督检验研究院南京西安理工大学西安摘要目的基于公共交通型自动扶梯所发生的伤亡事件研究扶梯客伤事故中几种不合理的人机关系方法运用儿童人体尺寸参数的统计分析人机视觉规律计算方法人体尺寸数据虚拟人技术等人机工程分析方法对自动扶梯中不合理的安全距离不足的辨识度不合理的零部件尺寸以及扶梯的人机设计缺乏动态设计等方面进行了人机关系的分析与研究结论结论得出自动扶梯安全人机尺寸并针对自动扶梯的设计和检验提出建议关键词公共交通型自动扶梯扶梯客伤人机工程学 JACK 中图分类号 TB472 文献标识码 A 文章编号 Ergonomics Analysis and Research Based on Escalator Passenger Injury XU Jian-fang1 LI Xiang-dong2 LI Geng3 GAO Zhu1 3 (1. Changzhou Institute of Technology Changzhou China 2. Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Nanjing China 3. Xi an University of Technology Xi an China ABSTRACT Based on the public traffic type escalator passenger casualties several unreasonable escalator passenger injury accident statistics is analyzed.using children s body sizeparameters calculation method of human-computer visual rules anthropometric data virtual human technology.ergonomics relationship is analyzed and researched on the design of man-machine escalator not reasonable safety distance and the lack of recognition the unreasonable parts size.safety ergonomics dimension of escalator is obtained the proposal of the design and test is provided. KEY WORDS public traffic escalator passenger injury ergonomics JACK 公共交通型自动扶梯主要架设于火车站汽车性的研究有很多侯建军申黎明 [3] 从人机工程学角站过街天桥地下通道等人流量大的场所是公共交度对床屏尺寸材料及人体支撑点对倚靠舒适性的通系统包括出口和入口处的组成部分它被高强度使影响进行探讨申福林杜国省[4]利用儿童人体尺寸参用即每周运行时间约 140 h 且在任何 3 h 的间隔内数的统计分析方法对儿童专用校车的人机参数进行其载荷达 100制动载荷的持续时间不少于 0.5 h 设计马西沛贾会欣等人[5]通过对用户使用手机习惯和人体特征的研究提出一种新型手机的设计理念 1 公共交通型自动扶梯现状而基于公共交通型自动扶梯进行的安全性分析与研究则主要集中在安全防护设计儿童尺寸参数统计分人机工程学是运用人体科学系统科学社会学析人体统计数据应用扶梯结构参数设计以及计算管理学技术科学等学科的理论与知识研究人机和机辅助人机工程学设计方法等方面程东东翟华 [2] 环境之间的关系探讨通过适当的设计使人机系统达结合广义功率理论计算方法与安全可靠性理论提出到高工效和安全性基于人机工程学进行产品安全安全人机工程学主动设计方法叶佳娜 [6] 运用人机工 [1] 收稿日期基金项目国家安全监督总局 2012 年安全生产重大事故预防关键技术科技项目作者简介徐建方 1959 男常州人常州工学院副教授主要从事人因工程与空间设计方面的研究

并针对自动扶梯的设计和检验提出建议关键词公共交通型自动扶梯扶梯客伤人机工程学 JACK 中图分类号 TB472 文献标识码 A 文章编号 1001-3563 2016 02-00-05 Ergonomics Analysis and Research Based on Escalator Passenger Injury XU Jian-fang1 LI Xiang-dong2 LI

2 83 徐建方等基于公共交通型自动扶梯客伤的人机分析与研究程学的方法对自动扶梯梯级扶手斜度等进行分析和改进随着虚拟人技术的快速发展国内外虚拟人体模型和虚拟环境空间[9-10]的研究已经成为当前人机工程学研究的热点马智[7]等人提出了中国人体模型的构建方法并给出了运用 JACK 软件进行人机工效分析的具体思路智睿瑞刘社明[8]通过在 JACK 中创建符合我国的驾驶员的虚拟人模型分析驾驶舱中可视域可达域舒适性等方面问题并图 2 自动扶梯主要装置提出改进意见 Fig.2 The main device of escalator 由此针对公共交通型自动扶梯人机问题进行的研究还很不深入随着我国各地地铁的大量兴建公共交通型自动扶梯的需求量极大其安全性问题越来越突出直接关系到人民群众的人身安全基于此亟需分析公共交通型自动扶梯上乘客的各类伤亡事件运用儿童人体尺寸参数的统计分析人机视觉规律计算方法人体尺寸数据虚拟人技术等手段对自动扶梯与乘客相关的尺寸进行设计分析与深入研究并提出具体的修改建议 2 扶梯客伤事故中的不合理人机关系自动扶梯基本结构及其主要装置见图 1-2 公共交通型自动扶梯的主要结构包括梯级牵引链条梯路导轨系统驱动装置张紧装置扶手装置金属结构以及安全装置等若干部件类事故的主要受害者事故的发生正是因为不合理的人机关系所致主要包括安全距离设计得不合理扶梯梯级与标志等设计的辨识度不够零部件尺寸设计得不合理以及扶梯人机设计没有进行动态分析等 3 扶梯人机工程学分析与设计国家电梯标准化技术委员会于 2011 年制定发布了 GB 自动扶梯和自动人行道的制造与安装规范标准主要参考了欧洲标准 EN 但较少考虑到扶梯与乘客之间的人机关系以及中国人的人体尺寸 3.1 安全距离设计在公共交通型自动扶梯的事故中最多的一类事故就是机械夹人儿童往往是极易受到伤害的人群故应对儿童尺寸进行重点设计分析在国标中所提供的人机工程学尺寸数据尚没有儿童的相关尺寸主要是儿童处在成长期尺寸变化比较大这里调研了 3~6 岁儿童的指尖手掌足尖等数据一共 50 组基于人机原理进行统计归纳见表 1 表 1 儿童的指尖手掌足尖的数据 Tab.1 Data of childrens fingers, palms, toes 均值标准差指尖/mm 手掌/mm 足尖/mm 项目图 1 自动扶梯基本结构儿童 Fig.1 The basic structure of escalator 3~6 岁扶梯的客伤是指在公共交通型自动扶梯上扶梯入口处扶梯出口处发生乘客伤亡的事件从江苏省特检院公共交通型自动扶梯全国事故 100 件案例的统计数据表明公共交通型自动扶梯的事故呈现出不同的特点其中机械夹人事件最为典型占事故总数的 54 而且机械夹伤造成的后果往往很严重儿童是这子样本平均数 1 子样本方差 & & 2

2 The main device of escalator 由此针对公共交通型自动扶梯人机问题进行的研究还很不深入随着我国各地地铁的大量兴建公共交通型自动扶梯的需求量极大其安全性问题越来越突出直接关系到人民群众的人身安全基于此亟需分析公共交通型自动扶梯上乘客的各类伤亡事件运用儿童人体尺寸参数的统计分析人机视觉规律计算方法人体尺寸数据虚拟人技术等手段对自

3 84 包装工程欲求出第 1 百分位的儿童尺寸 xa 时则计算公式 2015 年 1 月因此建议安全标志直径为 250 mm 若安全标志为圆角矩形则圆角矩形边长为 250 mm 如下 3 & 当 a 取 1 时变换系数 K 为便得到 x1 为 3.3 零部件尺寸设计我国现行各大扶梯厂商在零部件尺寸的设计上 4.39 mm 由于指尖为乘客身体部位的最小尺寸为了防止差异性很大缺乏统一性不便于制造质量的科学监手掌手指脚趾被夹的危险扶梯的间隙设计只要小控也存在安全隐患这里重点对扶手带的高度宽于第 1 百分位的儿童指尖值故得出其间隙应设计小度梯级的宽度高度等尺寸进行验证性设计手部尺寸见表 2 考虑到女性穿高跟鞋的尺寸修于 4 mm 正量为 25 mm~38 mm 而手肘的舒适位置倾斜 5 ~ 3.2 辨识度设计 10 因此扶手带的高度可确定为 mm 功能在扶梯的伤亡事故中摔伤最为典型主要发生在扶梯入口处和出口处由于乘客刚踏入自动扶梯修正量 +50 mm 心理修正量 =1035 mm 故建议公共交通型自动扶梯的扶手带高度可统一时难以看清情况极易踩到两个梯级中间导致摔伤为 1000 mm 由于表 2 只是对成年人进行分析没有考因此扶梯梯级设计中两梯级之间的辨识度设计显得虑到儿童尺寸因素这里对儿童的尺寸进行了统计分极为重要析得出儿童的扶手带高度可选为 500 mm~600 mm 根据人机视觉规律人们辨别不同颜色时易辨认的顺序是红绿黄白当两种颜色混合在一起综上所述依次可确定扶手带统一宽度为 85 mm 梯级的深度不应小于 380 mm 高度不应大于 240 mm 时易辨认的顺序是黑底黄字黄底黑字黑底白字表 2 手部尺寸紫底黄字紫底白字等考虑到梯级钢条是黑色的 Tab.2 Hand sizes 最佳的配色可确定为黄色故一般在边框上刷黄漆以提醒人们注意梯级而且在 GB 安全色中规定黄色表示注意警告的意思警告人们应注意黄色标记的器件设备或环境等通常扶梯梯级设计为黑色边框为黄色为人们乘坐扶梯增强辨识度此外扶梯安全标志对人们乘梯也起到重要的警示作用自动扶梯标志见图 3 当前全国各地的扶梯男 18~60 岁百分位手肘高/mm 手长/mm 手宽/mm 食指长/mm 小且标志的辨识度不够高根据人机工程学视觉规百分位律认读字符的相关尺寸应符合近似计算公式 4 其中 H 为字符高度单位为 mm L 为观察距离女 18~55 岁标志大小因具体扶梯各不相同缺乏统一的尺寸大 [11] 手肘高/mm 手长/mm 手宽/mm 食指长/mm 单位为 mm a 为人眼观察视角 3.4 公共交通型扶梯的动态尺寸设计扶梯的尺寸设计过程中除了考虑静态尺寸外还应考虑动态尺寸这里基于 JACK 虚拟人技术以图 3 自动扶梯标志 Fig.3 Escalators sign 苏州地铁乐桥站 7 号口公共交通型扶梯为研究对象进行详细的动态人机分析与评价基于 JACK 虚拟人技术分析的一般流程认读安全标志一般设置在自动扶梯入口处取 L 基于 JACK 虚拟人分析一般分为 3 个阶段即场景为 2000 mm a 视角约为 45 根据公式 4 计算得出 H 构建人机模拟及分析与评价基于 JACK 虚拟人技为 250 mm 而 GB16899 规定标识直径不小于 80 mm 术分析流程见图 4

4 85 徐建方等基于公共交通型自动扶梯客伤的人机分析与研究 2 可达域自动扶梯设计中可达域分析主要指乘客头和手与建筑物之间的距离以及上行扶梯与下行扶梯之间的距离可达域的分析中应考虑到儿童手肘与扶手带之间的距离 5 岁的儿童和第 95 百分位的人可达域分析见图 8 图 4 基于 JACK 虚拟人技术分析流程 Fig.4 The analysis flow chart of JACK based on virtual human technology 虚拟人体模型的建立图 7 第 95 百分位人在自动扶图 8 5 岁的儿童和第 95 百分梯的视域分析位的人可达域分析 Fig.7 The ninety-fifth percentile Fig.8 Analysis of human analysis in view of person of reachable domain between 5 escalator years old children and 由于这里使用的 JACK 并不提供中国人的人体模 ninety-fifth percentile 型在自动扶梯模型导入后需自行建立人体尺寸模型见图 5 利用 GB 中中国成年人体尺寸结果表明第 95 百分位乘客与建筑物之间的距离标准中对应的人体数据第百分位男子以及 5 合理考虑到儿童好动好玩的特点这里对儿童腰部岁儿童的人体模型见图 6 弯曲角度均进行了相应调整得到儿童易于接触梯级之间的间隙以及能接触到梯级与挡板之间的间隙 3 力与扭矩 JACK 的 Human Force and Torque Analysis 是分析力与扭矩的主要工具由于是三维状态下的分析因此使用的是世界坐标而实际使用中都是局部单维力比如扶梯上乘客手的摩擦力这个力应该是平行于扶手带作用在手指上的因此在分析中需要进行局部坐标与世界坐标力的转换先对图 5 人体尺寸模型 Fig. 5 Body dimensions 图 6 第百分位男子以及 5 岁儿童的人体模型 Fig.6 Fifth fiftieth ninety-fifth percent of men and the human body model of 5 years old children 给定的力进行局部坐标的分解分解方程转换如下 & ( & & & & & ( ( 对于第 5 百分位的乘客而言手抓扶手带受到沿 x 轴向摩擦力的作用根据力学关系 Fx=400 N 输入 JACK 力与扭矩分析工具中得到分析见图 9 结果显基于 JACK 虚拟人技术的动态分析 1 视域 JACK 软件的视域分析模块可以产生乘示右胳膊上部关节受到较大的力作用对于自由度来讲虚拟人肩部正面方向和顶面方向自由度较大客的视区图及双眼的视锥图通过分析可得第 95 个百分位乘客在自动扶梯上具有较好的视域但在入口 4 结语处由于通道高度不够显得空间有些压抑第 95 百分位人在自动扶梯的视域分析见图 7 基于公共交通型自动扶梯的一些典型伤害事故

8 Analysis of human analysis in view of person of reachable domain between 5 escalator years old children and 由于这里使用的 JACK 并不提供中国人的人体模 ninety-fifth percentile 型在自动扶梯模型导入后需自行建立人体尺寸模型见图 5 利用 GB

5 86 包装工程 2015 年 1 月 [4] 马西沛贾会欣吴婷.基于人机工程学的双屏手机研究[J]. 包装工程 MA Xi-pei JIA Hui-xin WU Ting.Double-Screen Mobile Phone Based on Ergonomics[J].Packaging Engineering 图 9 第 5 百分位的人受力与扭矩分析 Fig.9 Analysis of force and torque of fifth percentile 分析了扶梯客伤事故中不合理的人机关系对其安全距离的设计辨识度设计零部件尺寸设计公共交通型自动扶梯的动态设计提出了具体的改进措施改进内容主要有 1 防止手掌手指脚趾被夹的危险其间隙应设计为小于 4 mm 2 扶手带与墙体大于 400 mm 扶梯之间距离大于 600 mm 3 扶梯每个安 [5] 程东东翟华永成赵.安全人机工程学主动设计方法研究 [J].锻压设备与制造技术 CHENG Dong-dong ZHAI Hua YONG Cheng-zhao.Study on the Method of Design of Active Safety Ergonomics[J]. Forging Equipment and Manufacturing Technology [6] 叶佳娜.自动扶梯的安全人机工程学分析及改进[J].工业设计 YE Jia-na.Analysis and Improvement of Safety Ergonomics of Escalator[J].Industrial Design 全标志的直径设计为 250 mm 4 扶手带的高度统一 [7] MAATTA T.Virtual Environments in Machinery Safety Analy- 设计为 1000 mm 5 扶手带统一的宽度为 85 mm 并 sis and Participatory Ergonomics[J].Human Factors and Ergo- 将人机分析软件 JACK 应用于自动扶梯的设计中使 nomics in Manufacturing 人机关系更合理有效 [8] SIEFERT A PANKOKE S WOLFEL H.Virtual Optimisation of Car Passenger Seats Simulation of Static and Dynamic 参考文献 [1] 王保国王新泉刘淑艳.安全人机工程学[M].北京机械工业出版社 WANG Bao-guo WANG Xin-quan LIU Shu-yan.Safety Ergonomics[M].Beijing Machinery Industry Press [2] 侯建军申黎明.床屏设计的人机工程学探讨[J].包装工程 HOU Jian-jun SHEN Li-ming.The Bed Screen Design Based on Ergonomics[J].Packaging Engineering [3] 申福林杜国省.学龄前儿童专用校车座椅参数设计[C]// 2009 中国汽车工程学会年会论文集 SHEN Fu-lin DU Guo-sheng.Preschool Children Special School Bus Seat Design Parameters[C]//2009 Chinese Automobile Engineering Society Annual Meeting Proceedings Effects on Drivers Seating Comfort[J].International Journal of Industrial Ergonomics [9] 马智薛红军苏润娥.基于 JACK 的人体建模与人机工效分析[J].航空计算技术 MA Zhi XUE Hong-jun SU Run-e.Based on JACK Human Modeling and Analysis of Ergonomics[J].Aeronautical Computing Technique [10] 智睿瑞刘社明.基于虚拟人的驾驶舱布局分析[J].机械制造 ZHI Rui-rui LIU She-ming.Analysis of the Cockpit Layout Based on Virtual Human[J].Machinery Manufacturing [11] 刘刚田吉晓民.人机工程学[M].北京北京大学 LIU Gang-tian JI Xiao-min.Ergonomics[M].Beijing Peking University 上接第 81 页 [9] 张吴湖. POP 瓦楞纸板展示架的形态与结构设计研究[D]. 无锡江南大学 ZHANG Wu-hu.Conformation and Configuration Research on POP Corrugated Displays[D].Wuxi Jiangnan University [10] 林立平.纸家具的设计策略与原则[J].家具与室内装饰 LIN Li-ping.Study and Design of Modular Children Cardboard Furniture[J].Furniture Interior Design [11] 李莉.纸在家居设计中的应用研究[J].包装工程 LI Li.The Application of Paper in Furniture Design[J]. Packaging Engineering

9 Analysis of force and torque of fifth percentile 分析了扶梯客伤事故中不合理的人机关系对其安全距离的设计辨识度设计零部件尺寸设计公共交通型自动扶梯的动态设计提出了具体的改进措施改进内容主要有 1 防止手掌手指脚趾被夹的危险其间隙应设计为小于 4 mm 2 扶手带与墙体大于 400 mm 扶梯之间距离大于 600 mm 3

p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 p 9 p 10 p 11 θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5 θ 6 θ 7 θ 8 θ 9 θ d 1 = 0 X c 0 p 1 p 2 X c 0 d pi p j p i p j 0 δ 90

p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 p 9 p 10 p 11 θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5 θ 6 θ 7 θ 8 θ 9 θ d 1 = 0 X c 0 p 1 p 2 X c 0 d pi p j p i p j 0 δ 90 22 4 2017 8 Vol. 22 No. 4 JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Aug. 2017 1 1 1 1 2 2 2 1. 150080 2. 150080,,,, ; ; ; DOI: 10. 15938 /j. jhust. 2017. 04. 001 TP273 A 1007-2683 2017 04-0001-