基于人机工程学的民用飞机舱门操作面板设计

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2024.03.314

工程设计学报

2024, Vol. 31

Issue (1): 107-119 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2024.03.314

工业软件与重大装备集成设计

基于人机工程学的民用飞机舱门操作面板设计

智文静¹(

),李国材¹(

),郑维娟¹,张晨¹,刘冬平¹,才潇逸²

^1.航空工业庆安集团有限公司航空设备研究所，陕西西安 710077
^2.哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 201210

Design of civil aircraft cabin door operation panel based on ergonomics

Wenjing ZHI¹(

),Guocai LI¹(

),Weijuan ZHENG¹,Chen ZHANG¹,Dongping LIU¹,Xiaoyi CAI²

^1.Aviation Equipment Research Institute, AVIC Qing'an Group Co. , Ltd. , Xi'an 710077, China
^2.College of Mechanical Electronical and Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 201210, China

全文: PDF(4603 KB) HTML

摘要：

在当前民用飞机舱门操作面板设计中，人机功效和界面设计缺少统一的标准和规范，设计过程过于依赖个人经验和自身偏好，导致所设计的操作面板在使用过程中人机功效较差。为此，基于人机工程学原理讨论了民用飞机舱门操作面板显示与操作的设计原则，并提出了一种集中式舱门操作面板及区域控制面板的设计方案。首先通过问卷调查来确定舱门操作面板的信息组织、编码、显示元素和显示形式等，然后构建舱门操作面板、区域控制面板以及飞机的三维模型，最后使用人机工程仿真软件DELMIA对操作面板的布置、按键尺寸和触及域进行了动态操作仿真。仿真结果表明，所设计的舱门操作面板增强了人机功效，提高了作业的安全性和效率，减少了空乘人员的误操作和工作负荷。所设计的操作面板和区域控制面板不仅实现了整机舱门的集中监控管理与区域作动控制，还能作为人机交互设备，适用于大中型宽体飞机的客舱和货舱，应用前景十分广阔。

关键词： 民用飞机; 舱门; 操作面板; 人机功效; 仿真分析

Abstract:

In the current civil aircraft cabin door operation panel design, there is a lack of unified standards and specifications for human-machine efficacy and interface design, and the design process overly relies on personal experience and personal preferences, resulting in poor human-machine efficacy of the designed operation panel during use. For this purpose, the design principles for the display and operation of the civil aircraft cabin door operation panel were discussed based on the ergonomics principle, and a design scheme of centralized cabin door operation panel and regional control panel was proposed. Firstly, the information organization, coding, display elements and display forms of the cabin door operation panel were determined through questionnaire survey. Then, the three-dimensional models of the cabin door operation panel, the regional control panel and the aircraft were conducted. Finally, the ergonomics simulation software DELMIA was used to conduct dynamic operation simulation on the layout, key size and touch area of the operation panel. The simulation results showed that the designed cabin door operation panel could enhance the human-machine efficacy, improve the safety and efficiency of the operation, and reduce the misoperation and workload of flight attendants. The designed operation panel and regional control panel not only realize centralized monitoring and management and regional actuation control for the entire cabin door, but also can be used as a human-machine interaction device, which is suitable for the cabin and cargo hold of large-sized wide-body aircraft in the future, and has a very broad application prospect.

Key words: civil aircraft cabin door operation panel human-machine efficacy simulation analysis

收稿日期: 2023-10-20 出版日期: 2024-03-04

CLC:

TH 114

基金资助: 工业和信息化部民用飞机专项科研资助项目(MJZ-2018-S-43)

通讯作者: 李国材 E-mail: zhiwj001@avic.com;ligc017@avic.com

作者简介: 智文静（1985—），男，宁夏银川人，高级工程师，硕士，从事民用飞机舱门作动控制技术及数字化、智能化设计研究，E-mail: zhiwj001@avic.com，https://orcid.org/0009-0006-2424-3439

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引用本文:

智文静,李国材,郑维娟,张晨,刘冬平,才潇逸. 基于人机工程学的民用飞机舱门操作面板设计[J]. 工程设计学报, 2024, 31(1): 107-119.

Wenjing ZHI,Guocai LI,Weijuan ZHENG,Chen ZHANG,Dongping LIU,Xiaoyi CAI. Design of civil aircraft cabin door operation panel based on ergonomics[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2024, 31(1): 107-119.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2024.03.314 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2024/V31/I1/107

图1 空客A380飞机的登机门操作面板

图2 波音B747-800飞机的后货舱门操作面板

图3 波音B787飞机的主货舱门操作面板

图4 民用飞机舱门操作面板人机界面设计准则的筛选流程

图5 登机门操作面板外观设计

图6 货舱门操作面板外观设计

图7 舱门主显控面板人机界面功能层级

图8 登机门操作面板的布局设计与尺寸

评价指标	标准值¹⁾	测量值	满足情况
按键直径D₁/mm	4.75~12.50	11.89	满足
按键间距d₁/mm	$≥$ 13	28.06	满足

表1 登机门操作面板布局验证结果

图9 货舱门操作面板的布局设计与尺寸

评价指标	标准值¹⁾	测量值	满足情况
钮子开关臂长L₁/mm	13~50	17.9	满足
钮子开关调节角度θ/(°)	30~80	30	满足
钮子开关控制杆顶部直径D₂/mm	3~25	6.1	满足
按键间距d₂/mm	$≥$ 13	24	满足

表2 货舱门操作面板布局验证结果

图10 舱门主显控面板人机界面布局设计技术路线

图11 舱门主显控面板的人机界面布局

评价指标	标准值¹⁾	测量值	满足情况
触摸按键尺寸l、w/mm	15 ≤ l ≤ 50 15 ≤ w ≤ 40	l=24.30 w=15.15	满足满足
触摸按键间距a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、m/mm	$≥$ 3	a=7.300	满足
		b=12.250	满足
		c=14.350	满足
		d=4.975	满足
		e=4.975	满足
		f=4.975	满足
		g=13.240	满足
		h=9.200	满足
		i=35.910	满足
		j=5.650	满足
		k=11.640	满足
		m=5.650	满足

表3 舱门主显控面板布局验证结果

表4 舱门主显控面板图标语义可知性调查问卷

表5 舱门主显控面板可用性指标的得分情况

图12 舱门操作面板可视化触及域仿真流程

图13 人体主要尺寸参数

图14 人体上部主要尺寸参数

表6 人体主要尺寸参数的取值 (cm)

表7 修正后的站姿身高及手功能长 (cm)

图15 飞机三维模型

表8 三型舱门操作面板的安装位置及定位尺寸

图16 P95男人体模型

图17 P5女人体模型

图18 登机门操作面板P95男触及域仿真结果

图19 登机门操作面板P5女触及域仿真结果

图20 货舱门操作面板P95男触及域仿真结果

图21 货舱门操作面板P5女触及域仿真结果

图22 舱门主显控面板P95男触及域仿真结果

图23 舱门主显控面板P5女触及域仿真结果

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