1、第 44 卷 第 12 期 包 装 工 程 2023 年 6 月 PACKAGING ENGINEERING 111 收稿日期：20230117 作者简介：邓博（1984），女，硕士，副教授，主要研究方向为工业设计。某型装备载车系统维修性人机工程设计研究 邓博1，甄伟2，薛慧聪1，刘帼君1(1.青岛工学院 机电工程学院，山东 青岛 266300；2.92212 部队，山东 青岛 266002)摘要：目的目的 某型装备载车系统为依据机动使用要求设计的特种车辆，为契合任务需要，在一定程度上提高其使用可用度，针对其维修性需求进行分析。方法方法 通过建立以维修性核心评价指标为中心的人机工程设计参数体系
2、，确定“简化及模块化设计、良好的可测试性及可达性、具有完善的防差错和识别标记的设计、保证维修的安全性”等人机工程设计原则，并对常用系统建模方法，如 PETRI 网、IDEF、UML和 eEPC 等进行比较，选用事件驱动过程链（eEPC）方法进行建模。结论结论 通过收集统计该型装备载车系统试验及试用阶段维修性相关数据，运用 eEPC 的流程模型开展针对性的分析与讨论，提出对其维修性人机工程设计改进的措施与建议，实现缩短其预防性维修时间、修复性维修时间，提高应急反应速度和装备任务可靠性。关键词：维修性；人机工程；事件驱动过程链 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(
3、2023)12-0111-07 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.12.011 Maintainability Ergonomic Design of a Certain Type Equipment Loaded Vehicle System DENG Bo1,ZHEN Wei2,XUE Hui-cong1,LIU Guo-jun1(1.Department of Mechanical Engineering,Qingdao Institute of Technology,Qingdao Shandong 266300,China;2.Unit 92212,PLA
4、,Qingdao Shandong 266002,China)ABSTRACT:A certain type of equipment-loaded vehicle system is a special vehicle designed according to the operating requirements of motor vehicles.The work aims to meet the demand of missions and tasks,improve its availability to a certain extent,and analyze its mainta
5、inability requirements.An ergonomic design parameter system focusing on the core evaluation index of maintainability was established.Ergonomic design principles such as simplified and modular design,good testability and accessibility,perfect error prevention and identification mark design,and ensuri
6、ng the safety of maintenance were determined.Common system modeling methods,such as Petri net,IDEF,UML and eEPC were com-pared.The event driven process chain(eEPC)method was selected for modeling.Collecting and counting the maintain-ability related data in the test and trial stage of this equipment-
7、loaded vehicle system,deploying targeted analysis and discussion through the eEPC process model,and giving measures and suggestions for the improvement of its maintain-ability ergonomic design can shorten the preventive maintenance time and repair maintenance time,and speed up emergency response and
8、 improve mission reliability.KEY WORDS:maintainability;ergonomics;event driven process chain(EPC)装备的载车系统是保障快速反应、远程机动的基础，对使用单位提高应急反应速度和装备任务可靠性有着至关重要的作用。区别于一般运输车辆保障，装备载车系统有着与装备整体一体化设计、维修关联性强、维修时限要求高等特点。因而开展装备载车系统维修性人机工程设计，降低对维修保障人力、物资、环境需求，提高故障维修速度、保证装备完好可用，有着极其重要的现实意义。112 包 装 工 程 2023 年 6 月 国外在装备维修性人
9、机工程学设计领域开展研究较早，并将相关要求以标准的形式予以明确规定，如美国国防部颁布的 MIL-STD-46855A军事装备和设施的人机工程要求、美国能源部颁布的 DOE-HDBK-1140易于维修的人的因素和工效学设计手册 等，国内近年来也制定了相关标准，如 GJB 2873-1997军事装备和设施的人机工程设计准则、GJB 3207-1998军事装备和设施的人机工程要求和GJB/Z 131-2002军事装备和设施的人机工程设计手册等1，并推进相关研究2-3。吸收相关文献内容及要求，并针对特定目标，以装备维修性分析为基础开展相关研究。1 装备载车维修性需求分析 维修性是设计时即赋予产品的，表
10、征其维修的方便、迅速和经济程度的重要固有特性，定义为：产品在规定的条件下和规定的时间内，按照规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复其规定状态的能力4。某型装备载车系统由动力系统（包括发动机、燃油系、进气系、润滑系、起动系等）、传动系统（包括变速器、分动器、传动轴、驱动桥等）、行走系统（包括车轮、悬架、车架等）、转向系统、制动系统、驾驶室、电气系统、上装接口部分等组成。需完成上装的负载机动功能，保证指定的环境适应性（海拔、温湿度、电磁辐射、霉菌环境等），且具备规定的机动性。相对于某型装备载车系统功能，其维修性要求规定的条件主要为：一是使用环境为野外环境，即为无专业厂房、修理车间的野外工作场所；二
11、是携带备件数量有限，通常限制为车载工具箱携带；三是负责的保障人员专业技能有限，通常视为只具备一般换件修理能力。规定的时间确定为 60 min 完成相关检查准备或排除一般故障，影响任务执行的致命性故障排除时间不大于 30 min，需严格执行。规定的程序和方法则为按照装备使用维护说明书确定的故障维修方法，使用随车工具进行换件修理。规定的状态确定为：平时情况下，通过维护、维修达到保持或恢复原有功能和执行规定任务的技术状态；特殊情况下维修方式可采取非标替代维修、拆拼维修等方式提高效率和保证总体效能。进一步确定该型载车维修性定量参数指标要求5。1）预防性维修实施。对载车系统通常情况下定期进行检查，根据工
12、作任务安排，每日不超过 60 min，执行任务前检查也按照日维护项目进行，检查维护人员以非专业的人员和司机为主。2）修复性维修实施。在野外环境使用车载备件维修的条件下，以排除影响装备功能的致命性故障为核心任务，维修通常由伴随保障的相关修理人员进行，为保证任务需要，抢修时间不超过 30 min。2 装备载车维修性人机工程设计及其参数体系 人机工程又称为人因工程、人机环境系统工程学、人类工效学等。与维修性相结合时，狭义内涵是“以人为本”6，为维修操作者创造一个安全、方便、有效的维修条件7；进一步拓展，可得出其广义内涵：以维修性要求为目标，从产品初始阶段就进行设计和约束，确保对维修人员友好，便于维护
13、和维修实施。本文以此内涵将维修性相关设计要素进行全面考虑，并进行其人机工程设计特性研究。根据以上内涵定义和数据分析，得到较好的载车系统维修性人机工程设计，应尽可能简化系统的维护科目、缩短系统的维修时间、降低维修保障要求、减少供应保障需求，进而确定其维修性人机工程相关设计原则如下。1）简化及模块化设计。过于复杂的结构，不仅影响系统的可靠性，而且会增加维修保障人员的工作量，简化设计可使维修时易于排查、拆卸、复位，大幅地减少维修时间；采用模块化设计，可简化维修工作成为换件修理，特别是当采取速解接口时，可进一步降低对维修人力的要求，提高维修速度。2）良好的可测试性及可达性。指的是在进行系统维修时，通过
14、设备自带的 BIT 或预留测试接口，使易于发现故障部件（部位），提高故障定位速度，且较易接近维修部件/部位，不需要拆卸或搬动其他部件。包含有视觉可达、实体可达和充足操作空间，相关设计需考虑特殊情况下的可达性，如冬季衣着较厚，或夏季避免接触高温部位，在相关研究中，可达性仿真工作已经有较多的成果8-10。3）具有完善的防差错和识别标记的设计。其中包括了接口的区别及特殊部位的长期有效标记，减少在应急维修的情况下，人为错误的产生，提高人员在进行重点操作时的注意力。4）保证维修的安全性。防止维修时伤害有关人员、装备的设计，特别是区别于使用安全性要求，必须考虑故障时不完整状态的运转安全，部分故障后带电、带
15、载操作可能导致的严重后果，需要在相关说明书中警示，并尽可能地保证设备故障后的自归零特性。在野外使用条件下通常不具备贵重件修复条件，因而贵重件可修复性相关内容不列入维修性人机工程相关设计研究。提高标准化和互换性程度指标与人机工程关联不是十分紧密，也不列入本文探讨范围。以维修性的核心评价指标 MTTR（平均修复时间）和 MPMT（预防性维修时间）11作为维修性人机工程设计的评价指标，以相关设计原则转换的定性指标为设计要素，构建其参数体系，见图 1。第 44 卷 第 12 期 邓博，等：某型装备载车系统维修性人机工程设计研究 113 图 1 维修性人机工程设计参数体系 Fig.1 Parameter
16、 system of maintainability ergonomic design 3 维修性人机工程设计建模方法 维修性人机工程的设计与实施是一项复杂的系统工程，在进行规划及实施过程中，首先遇到的问题是如何描述系统，即系统建模问题。为更全面把握本质，避免由于考虑问题不全面而造成模型失真，需选择一套全方位的系统分析框架和建模方法12。目前，国内外学者对建模理论已经进行了比较系统的研究，主要应用的有如 PETRI 网方法、IDEF 方法、UML方法和 eEPC 方法等。1）PETRI 网方法。一种描述复杂系统动态行为的图形化、数学化建模工具，采用一种被称为 Petri网的模型来描述计算机系统事件之间的因果关系13，兼顾了严格语义和图形语言两个方面，可较好地描述复杂系统中常见的同步、并发、冲突、资源共享等 现象14。2）IDEF 方法。最初的 IDEF 方法是在美国空军ICAM 项目中建立的，并随着信息系统的相继开发，又开发出了方法族：数据建模（IDEF1X）15、过程描述获取方法（IDEF3）、面向对象的设计方法（IDEF4）、实体描述获取方法（IDEF5）、网络设计方法（IDEF1