・３６・ 交通工程技术 ２０１７年第１期第４４卷 某车载显控台的结构设计 与人性化设计 秦沛阳 （中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏连云港２２２０６１） 摘要：为了使同时有显控台与会商桌使用需求的方舱能够提高舱内空间利用率，通过采用可翻转显示屏， 利用结构设计、人机工程设计、造型与色彩设计的原理与方法，考量操作人员使用显控台时的生理和心 理特征，设计了一种显示屏可翻转的台桌两用式显控台。该显控台适应车载环境，可以实现显控台与会 商桌之间的快速转换，不仅在维修性、减振、散热等结构性能方面满足使用，还在人机性能和外形美观 度方面进行了优化和改善，给方舱在布局上提供了一种新的解决方案。 关键词：车载；显控台；人机工程；造型 中图分类号：ＴＰ３３２．３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６．０３１６．２０１７．０１．００８ 文章编号：１００６—０３１６（２０１７）０１—００３６—０４ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｈｕｍａｎｉｚｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｃｏｎｓｏｌｅ ＱｒＮＰｅｉｙａｎｇ ． （Ｔｈｅ ７１６ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ ２２２０６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｓｐａｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｔｅｒ ｗｈｉｃｈ ｎｅｅｄｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｏｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｋ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｃｏｎｓｏｌｅ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｃｏｎｖｅ￣ｔｏ ａ ｄｅｓｋ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏｔａｔａｂｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｃｒｅｅｎ，ｕｓｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｅｒｇｏｎｏｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｌｏｒ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｏｒ ｗｈｅｎ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｏｌｅ．Ｔｈｉｓ ｃｏｎｓｏｌｅ ａｄａｐｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｄｅｓｋ，ｈａｓ ｇｏｏｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ａｌｓｏ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｕｎｔｅｄ；ｃｏｎｓｏｌｅ；ｅｒｇｏｎｏｍｉｃ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ 显控台作为一种具有显示、控制和人机交 互操作功能的设备被广泛应用于各领域和各种 商桌供讨论部署用，又需要显控台供指挥控制 用，使得空间有限的方舱在布局规划上受到很 大的限制。针对同时有会商桌与显控台使用需 求的方舱，在继承传统车载显控台优点的基础 上，设计一种适应车载环境、占地空间小、操 大型系统中。不同的领域、不同的装载平台、 不同的功能需求、不同的使用环境和不同的审 美观念对显控台设计有不同的要求，这为显控 台的设计提供了广阔的空间【】］。 部分方舱移动指挥所在使用时，既需要会 作舒适、外形美观的台桌两用式显控台。 收稿日期：２０１６—８—２５ 作者简介：秦沛阳（１９８６一），男，湖北潜江人，硕士研究生，主要从事电子设备结构及造型研发工作。 ２０１７年第１期第４４卷 交通工程技术 ・３７・ １方案设计 该显控台由主体单元、显控单元和左右侧 显控台的显控单元位于主体单元的上方， 侧板位于主体单元和显控单元的左右两侧，各 单元之间均通过螺钉连接。 板组成，操作人员位于显控台两侧、面对面操 作。主体单元两侧均设对开门方便操作和维修， ２．１．１主体单元 主体单元包括主体单元框架、工控计算机、 减振器模块和门板。工控计算机数量为两个， 位于主体单元框架内部。减振器模块位于主体 底部设有减振器以满足车载环境。通过显示屏 的开启和闭合，实现显控台与会商桌之间的快 速转换；此外，显示屏的角度可调节以满足不 同用户的使用需求。显控台壳体由钣金折弯焊 接而成，相比传统的铸造显控台具有重量轻、 成本低、生产周期短的优点。 显示屏开启状态如图１所示，即显控台状 态。显示屏闭合状态如图２所示，即会商桌状态。 图１显示屏开启状态 图２显示屏闭合状态 ２结构设计 ２．１单元设计 单元框架的底部。 主体单元如图３所示。 图３主体单元 ２．１．２显控单元 显控单元包括显控单元框架和显示屏翻转 器。显示屏翻转器数量为两个，位于显控单元 框架前、后方对称分布。 显控单元如图４所示。 显示单元框架 图４显控单元 ２．１－３左右侧板 多个显控台可以通过螺钉相互连接、并台 使用，并台时拆除多余的侧板即可。显控台并 台示意图如图５所示。 ２．２维修性设计 显控台内部的主要设备是主体单元里的工 ・３８・ 交通工程技术 ２０１７年第１期第４４卷 控计算机和显示单元里的显示屏翻转器。工控 计算机可从所属工作台位的正面通过导轨抽出 维修。显示屏翻转器可通过翻转打开显示单元 前、后两侧下方的盖板进行维修。 图５显控台并台示意图 ２．３减振设计 显控台的重心在水平面上居中，重量约为 １２０ ｋｇ，考虑适当的安全系数，选用４个垂向 额定载荷为６００ Ｎ的钢丝绳隔振器对称安装以 适应车载环境。 ２．４热设计 显控台显控单元采用自然风冷的方式，因 为显示屏工作时裸露在显控台外，随着周围环 境温度的降低可以将显示屏的热量排出。 显控台主体单元里的２个工控计算机功率 共６００ Ｗ，其它功率５０ ｗ，总功率６５０ Ｗ。辐 射减少的热量按１０％估算，则主体单元内约有 ５８５ Ｗ的热量需要排出，因而需要采用强迫风 冷的方式。在主体单元门板和侧板上设置散热 孔，在侧板散热孔处安装风机，通过风机强烈 的气流将发热设备的热量迅速排出，达到散热 效果。 根据热平衡方程： ＝ Ｑ 式中：Ｑ为设备发热量，ｋｗ，上文估算的显控 台主体单元发热量为５８５ ｗ，故Ｏ＝０．５８５ ｋＷ； Ｐ为空气密度，Ｐ＝１．１３ ｋｇ／１ＴＩ ； 为空气比热， ＝１．００５ ｋＪ／ｋｇ￣Ｃ。 要求显控台内外温差为１０℃，得到所需风 量 为０．０５１５ １ＴＩ ／ｓ，即３．１ １ＴＩ ／ｍｉｎ。考虑可靠 系数为１．２，选用风机的工作风量应大于３．７２ １ＴＩ ／ｍｉｎ。根据以上计算并考虑风阻，选用两个 最大风量为２．２ ｒｒｌ。／ｍｉｎ的风机，安装在侧板散 热孔内侧，可对显控台内部有效散热。 ３人性化设计 人性化设计是指在符合人的物质需求的基 础上，强调精神号隋感需求的设计。它以心理 为圆心，生理为半径，用以建立人与物（产品） 之间和谐关系的方式，最大限度的挖掘人的潜 能，综合平衡地使用人的机能，保护人体健康， 从而提高工作效率Ｉ２Ｊ。 本次显控台的人性化设计将从人机工程设 计、造型与色彩设计两方面展开。 ３．１人机工程设计 人机工程学是一门包含人体测量学、生理 学、心理学以及工程学等的综合性学科。基于 人机工程学的显控台结构设计，主要就是使显 控台的结构形式能够让操作人员坐着舒服、看 得清楚、操作方便，也就是为操作人员提供舒 适的操作空间，使操作人员获得最佳的视觉效 果，让操作人员可以方便地操作显控台上安装 的设备。因此，进行显控台结构设计时必须考虑 活动空问、视野与视距、操作范围三个方面【３Ｊ。 显控台的人机工程分析如图６所示。 设计显控台时需要留给操作人员足够的活 动空间，以避免操作人员长时间保持一个姿势 而引起疲劳。首先，显控台面高度不应低于操 作人员坐姿肘高，宽度不应小于操作人员两肘 间宽；其次，必须为操作人员提供必须的下肢 向前伸展的空间。依据国军标ＧＪＢ ２８７３—１ ９９７ 中５．７．３．２的要求，显控台的台面高度７５０ ｍｍ 及宽度１１００ ｍｍ、底部空间高度６５０ ｍｍ及深 度３５０ ｍｍ均符合要求。 操作人员的最大视距６３５ ｍｍ满足ＧＪＢ ３８１２—１９９９中４．１．２．１的要求；操作人员垂直面 ２０１７年第１期第４４卷 交通工程技术 。３９・ 内最大视角６６。和水平面内最大视角８３。均符合 要求。 操作人员使用显控台的主要姿态为坐姿， 根据ＧＪＢ ２８７３—１９９７，操作人员垂直面内最大 操作距离６５０ ｍｍ符合要求；水平面内以左右 肩分别为圆心，６００ ｍｍ为半径的作业区覆盖了 台面上的显示器、键盘、鼠标，满足使用。 作 图６显控台人机工程分析 ３．２造型与色彩设计 工业造型设计是一门研究科学与艺术相互 结合的产品设计方法，目标是达到“人一机一 环境”的和谐统一。显控台的造型设计给人以 直观的视觉体验，但在以往的显控台设计中， 造型设计往往没有受到足够的重视，导致设备 具备了良好的操作性能却缺失了相匹配的视觉 体验。 显控台的效果图如图７所示。 显控台的主体造型以直线为主，符合军用 电子设备硬朗的造型风格。左右侧板则主要采 用流畅的曲线形式，去调和主体造型中的直线， 避免过多直线带来的生硬感，使整体造型和谐 又不失变化。 显控台的色彩采用蓝灰配色，蓝色给人以 宁静沉稳之感，灰色不仅容易与其它颜色搭配 还给人以科技之感。两种颜色相互衬托让显控 台既体现出高科技的品质感，又让操作人员有 冷静理性的感觉，使之更加准确高效地完成操 作任务。 图７显控台效果图 ４结语 本次设计的台桌两用式显控台，可以实现 显控台与会商桌之间的快速转换，减少了台桌 的占地面积，提高了舱内的空间利用率，为同 时有显控台与会商桌使用需求的方舱，在布局 上提供了一种新的解决方案。该显控台不仅在 维修性、减振、散热方面均满足使用要求，还 在满足功能需求的基础上，融入人机工程设计、 造型与色彩设计，达到显控台与操作者之间的 和谐，体现了对操作者的人文关怀，增加了产 品的文化附加值，提升了产品的核心竞争力。 参考文献： ［１】朱辉．显控台的内涵和分类方法及型谱研究［Ｊ］＿电讯技术， ２０１２．５２（１Ｏ）：１７０６．１７１０． ［２】陈春飞．雷达显控台的人性化设计［Ｊ］．电子机械工程，２００６， ２２（３）：３９．４１． ［３】李文志，于扬．基于人机工程学的机载显控台结构设计［Ｊ］．电 子机械工程，２０１０，２６（４）：２８—３０．