人机分析操作台

第一章
1.1
在石油与天然气勘探开发的各项施工中，油气水井在自喷、抽油或注水注气过程中，随时会发生故障，造成油井减产甚至停产，因此修井作业是油气开发过程中的重要环节。石油修井机是实现修井作业的关键设备，国内大部分油田开发已经进入“三高”时期，井下作业成为油田稳产的重要措施。因此，为油田公司提供技术先进、安全可靠、高度环保的修井机，对实施“低成本战略”有十分重要的意义。
而在整个石油修井机的开发过程中，人机工程学是始终贯穿的。具体体现是，在零部件设计过程中，要考虑人的可操作性和作业效率；在操作空间的设计中，要周密布置的科学合理性；在总布置设计过程中，须结合人机工程学确定决定车型技术水平和造型风格的总布置尺寸；在总布置方案的确定过程中，必须以满足人机工程要求为原则，把乘坐舒适性、安全性、操作方便性、上下车方便性等作为主要因素考虑；在车身总布置设计中，不仅得结合人机理论有效的利用车内空间及提高乘坐舒适性，而且还要周详车内、外部造型和整体尺寸参数。因而，人机工程学对整车的性能和市场竞争力有着极其重大的影响。
Key words:Disk Brake Workover Rig Without Guy Rope,Size parameters of the human body,ergonomical analysis,operating space,ergonomicalevaluation
Thesis: Engineering Applications
近年来，随着国内石油特种车辆生产技术的提升，无绷绳井架与液压盘式刹车已经普遍应用于各种吨位的石油修井机上（图1-1），新型技术的应用，使得修井机在作业过程中操作更加方便、快捷、安全，降低了劳动强度，提高了作业效率。
图1-1无绷绳盘刹修井机整车示意图
在国内市场上，我国制造的石油修井机在性能技术上已经与国外不相伯仲，甚至于在有些零部件的生产技术上更胜一筹。在性能指标无差距的基础上，为了提高国内制造型修井机的竞争力，众多厂家均将目光投在了操作空间的设计上。修井机的操作空间位于修井机尾部，是整车液控、气控、电控的汇集处，亦是工作人员进行修井作业操作的重要工作场所。工作界面布置的科学合理性、作业人员的操作舒适性、操作空间的安全可靠性，都会直接影响到修井作业的工作效率。同吨位的石油修井机，无绷绳井架支柱占用车身的面积约比有绷绳井架支柱占用面积多0.19平方米，在影响作业人员作业视野的同时还使得原本就狭小的操作空间更加紧张，并且为了保证无绷绳井架的使用安全性，会在操作空间内增加防侧倾报警传感器、电子天车防碰系统、大钩负荷保护装置等多种仪器。而液压盘式刹车的应用，使得原本以机械传动为主的滚筒刹车控制变为以液压传动的控制。如何合理的进行操作空间设计，是作业效率化、安全化、可靠化的关键，也是新技术得意充分体现的必备条件。
本文首先对石油修井机使用人群的人体尺寸参数进行调研、计算与校核，并对CATIA软件进行开发，建立了中国地区石油修井机使用人员人体百分位数分别为5%、50%和95%的人体虚拟模型数据库；随后利用建立的人体模型数据库对原有的修井机操作空间进行人机分析，基于人机分析基础，并结合无绷绳盘刹修井机工作特性，对操作空间进行设计，并建立三维数字模型；接着利用所建立模型，对新型设计进行可触及范围、操纵力、视野等方面研究，并反复进行分析优化；依据人机工程学色彩原理对操作空间与整车进行色彩设计；最后，结合人机工程学原理，依据之前对操作空间人机分析与设计的基础，提出无绷绳盘刹修井机的人机评价标准，并对CATIA软件进行开发应用，建立无绷绳盘刹修井机操作空间的人机评价体系。
论文作者签名：__________日期：__________
导师签名：__________日期：__________
论文题目：无绷绳盘刹修井机操作空间设计与人机分析
专业：车辆工程
硕士生：徐晓航(签名)
导师源自文库屈文涛(签名)
摘要
近年来，随着国内特种车辆生产技术的提升，无绷绳井架与液压盘式刹车已经普遍应用于各种吨位的石油修井机上，新技术的应用，使得原有的操作发生了改变。本文以无绷绳盘刹修井机的操作空间设计为例，基于人机工程学理论基础，结合石油修井机操作空间设计发展趋势，以使得其效率化，可靠化和安全化为目的，对无绷绳盘刹修井机的操作空间进行人机分析与设计。样车试用过程表明，本文所作的设计，可使得操作效率，可靠性与安全性有大幅度的提高。
人机工程学的研究对象是人—机—环境系统，称为人机系统，其可分为人、机、环境三个子系统，这三个系统两两交叉构成人机系统。因此人机工程学即是研究这三个相对独立的系统，也是对人机系统的整体结构及其属性进行研究，以达到整体优化的目的。在本课题所研究的事物中，操作人员为人系统，操作空间为机系统，而且无绷绳井架，液压盘刹，井口条件，气候环境等一系列客观因素构成了环境系统。通过人机工程学的研究，可以达到人尽其力而宽其心、机尽其用而降其损、境尽其美而舍其污，使得整个人机系统高效、可靠、安全、舒适，最终使得作业效率最大化。
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论文作者签名：____________日期：____________
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关键词：无绷绳盘刹修井机 人体尺寸参数人机分析操作空间 人机评价
论文类型：工程应用
Subject：Operating Space Design and Ergonomics Analysis Of Disk Brake WorkoverRig Without GuyRope
Specialty: Vehicle Engineering
Name: Xu Xiaohang（signature）
Instructor: Qu Wentao（signature）
In recent years, withthe improvement of domestic special vehicle production technology,derrick without guy rope andhydraulic disc brake have been widely applied toworkoverrigsthathaveavariety of tonnage,the application of new technologies changes the original operations. This paper takes theoperating space design of disk brake workoverrigwithoutguyropeas an example, bases on thetheoreticalbasis of ergonomics,in combination with the growing trend of theoperatingspacedesign ofworkover rigs,carries on ergonomicalanalysis and design on the operating space ofdiskbrakeworkoverrigwithoutguyrope with the goal of making it efficient, reliable as well as safe.The trial process of the prototype indicates that the design in this paper can effectively enhance the operating efficiency, reliability and safety.
First, this paperinvestigates, calculates and checks thesize parameters of the human bodyofoilworkoverrig operators, and develops the CATIA software,establishesa database of virtual model of the human body for Chinese oil Workoverrig operators with the 5%, 50%,and 95% human body Percentile, thencarries on ergonomicalanalysis on the originalworkover rigs with the help of the established database, designs the operating space and establishes three-dimensional digital model on the basis of ergonomicalanalysis andin combination with theworking characteristics ofdiskbrakeworkoverrigwithoutguyrope;Carries on research on the reachable range,controlforce and visual fieldof the new design and optimizes it; Carries on operating space andcolor design of theworkoverrig according to the color principle; Finally, puts forwardergonomicalevaluationstandards of thediskbrakeworkoverrigwithoutguyropeon the basis of the ergonomical analysis and design of the operating space and according to theergonomicsprinciple, develops and utilizes the CATIA software and establishes ergonomicalevaluation system of the operating space of theoilworkoverrigs.
分类号
学号
密级
硕士学位论文
题目
作者姓名
导师姓名、职称
学科专业
提交论文日期
年月日
学位论文创新性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
人机分析是应用于机械作业的一种最常用的分析技术。其通过对某一项作业的现场观察，记录操作者和机器设备在同一时间内的工作情况，并结合人机工程学理论，建立人体与机器的三维模型进行虚拟分析，进而寻求合理的操作方法以及对机器重新进行科学合理的布置，使得人和机器的配合更加协调，以充分发挥人和机器效率的技术。而国际人机工程学会为了对构成作业的各种因素，劳动者的能力以及作业对人的生理和心理反应等进行检查，提出了人机学分析检查表。而我国也根据国际人机学会的方案，制定了自己的人机学分析检查表。因而本课题将会基于人机学分析列表，结合油气井修井机作业的实际工况，对现有的修井机操作空间客观的进行分析，得出其优劣，并于其后结合无绷绳盘刹修井机的操作特性，设计出符合人机工程学理论依据的操作空间，并对设计的操作空间进行反复的分析优化。