Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie ECO

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 98
Transport
2013
Iwona Grabarek
Politechnika Warszawska, Wydzia Transportu
ZASADY PROJEKTOWANIA ERGONOMICZNEGO
W PROJEKCIE ECO-MOBILNO
Rkopis dostarczono, maj 2013
Streszczenie: Projekt Eco-Mobilno realizowany na Wydziale Transportu dotyczy innowacyjnych
systemów transportowych, wspomagajcych mobilno ludzi. W referacie przedstawiono wybrane
aspekty projektowania ergonomicznego w dwóch z piciu realizowanych zada. Zasady
ergonomiczne w tym zakresie dotycz procesu dostosowania wymiarowego pojazdów do
uytkowników o rónej sprawnoci fizycznej. W referacie okrelono metodyk bada,
przeanalizowano uzyskane wyniki oraz przedstawiono ich wykorzystanie w projektowanych
konstrukcjach.
Sowa kluczowe: mobilno, ergonomia, rodki transportu, osoby niepenosprawne
1. WSTP
Projekt Eco-Mobilno z zaoenia ma charakter interdyscyplinarny. W piciu
zadaniach projektowane s róne systemy zwikszajce mobilno ludzi. W obecnej
rzeczywistoci jest to niezwykle istotny problem, ze wzgldu na niekorzystne zmiany
demograficzne w krajach gospodarczo rozwinitych. Nastpio zmniejszenie tempa
przyrostu naturalnego, przy jednoczesnym przedueniu ycia. Zjawisko to generuje du
liczb osób starszych o okrelonych, specyficznych moliwociach i ograniczeniach, a co
za tym idzie, pojawia si konieczno dostosowania otoczenia do ich potrzeb. Jednym
z gównych zada ergonomii w tej sytuacji jest aktywny udzia w eliminowaniu barier
architektonicznych i komunikacyjnych. Projekt Eco-Mobilno wpisuje si w dziaania
minimalizujce przede wszystkim bariery komunikacyjne, zwikszajc tym samym
mobilno osób o rónej sprawnoci. Grupa potencjalnych uytkowników projektowanych
konstrukcji to nie tylko osoby starsze z ograniczon sprawnoci wynikajc z wieku, oraz
osoby z nabyt niepenosprawnoci w wyniku nieszczliwych wypadków, ale równie
osoby cakowicie sprawne.
We wszystkich zadaniach projektu uwzgldniono wymagania ergonomiczne, lecz
szczególnie istotn rol odegray one w trzech z nich, tzn. w projektowaniu:
194
Iwona Grabarek
• zdalnie sterowanego systemu publicznego transportu PRT (Personal Rapid Transit),
• ekologicznego miejskiego samochodu,
• innowacyjnego wózka inwalidzkiego,
czyli w zadaniach dotyczcych rodków transportu.
W artykule przedstawiono metodyk, zakres i wyniki bada, w odniesieniu do dwóch
pierwszych rodków transportu.
2. OBIEKT PROJEKTOWANIA ERGONOMICZNEGO
Obiektem projektowania ergonomicznego jest zawsze system zoony z dwóch
podstawowych podsystemów: ludzkiego i technicznego, czyli systemu czowiek –
maszyna, czy te uogólniajc: czowiek-obiekt techniczny [4].
Ksztatowanie rodków transportu zgodnie z wymaganiami psychofizjologicznymi
czowieka decyduje o ich jakoci ergonomicznej. Specyfika rodków transportu sprawia,
e proces projektowania ergonomicznego odbywa si dwutorowo. Z jednej strony
realizowane s wymagania zwizane ze stanowiskiem pracy operatora (tzn. kierowcy,
maszynisty, pilota), a z drugiej strony wymagania dotyczce przestrzeni pasaerskiej.
Oczekiwania obu grup uytkowników nie zawsze s jednakowe, jednake spotykaj si na
wspólnej paszczynie, jak jest „bezpieczestwo rodków transportu”. Zatem analizie
i projektowaniu podlegaj ukady: operator – rodek transportu oraz pasaer – rodek
transportu [2].
Sformuowanie wymaga ergonomicznych w stosunku do projektowanych nowych
rodków transportu wymaga krótkiej ich charakterystyki [3].
Personal Rapid Transit (PRT) – to zero-emisyjny, inteligentny system transportowy,
czcy cechy indywidualnego i masowego transportu miejskiego typu „point to point” lub
„door to door”, na który skadaj si mae pojazdy (czteroosobowe) poruszajce si zdalnie
po lekkiej infrastrukturze – najczciej szynie napowietrznej. Podró odbywa si od stacji
pocztkowej do stacji docelowej bez przystanków porednich, a pojazdy nie stanowi
adnej bariery dla osób niepenosprawnych ruchowo. W przypadku tego systemu, czowiek
peni funkcj pasaera, a bezzaogowy pojazd wymaga jedynie od niego wykonania
prostych czynnoci w zakresie obsugi monitora dotykowego (interfejsu), niezbdnych dla
wyznaczenia punktu docelowego podróy.
Innowacyjno miejskiego elektrycznego eco-samochodu wynika z jego dostosowania
zarówno do kierowców sprawnych, jak i poruszajcych si za pomoc wózków
inwalidzkich. Konstrukcja wntrza kabiny, a szczególnie fotela kierowcy i pulpitu
sterowania, pozwala na kierowanie samochodem przez osob z ograniczon sprawnoci
koczyn dolnych, bez koniecznoci przesiadania si z wózka na fotel kierowcy. Czowiek
w eco-samochodzie moe peni funkcj kierowcy i pasaera.
Przystpujc do projektowania kabin obu pojazdów: PRT i eco-samochodu,
sformuowano zadania do realizacji, uwzgldniajce podstawowe postulaty ergonomii:
• dostosowanie antropometryczne obu rodków transportu do potencjalnych
uytkowników,
Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie Eco-Mobilno
195
• zapewnienie funkcjonalnoci pojazdów (sprawno, niezawodno, atwo
uytkowania),
• zapewnienie komfortu i bezpieczestwa podróowania,
• uzyskanie akceptacji i zadowolenia uytkowników.
Nieodcznym elementem jakoci ergonomicznej kadego pojazdu jest prawidowe,
z punktu widzenia norm higienicznych, uksztatowanie rodowiska materialnego w kabinie
pojazdu, kadc szczególny nacisk na: drgania, haas, owietlenie, mikroklimat.
Rozwizanie kadego z wymienionych zada jest moliwe przy wykorzystaniu
dokadnie okrelonych kryteriów ergonomicznych.
3. METODYKA BADA
W zaoeniach przyjto zrónicowan grup uytkowników z punktu widzenia
wymiarów, wieku, zdolnoci ruchowych. Dokadne poznanie rónic i potrzeb tych osób
pozwolio na uwzgldnienie uzyskanej wiedzy w konstrukcji obu pojazdów.
Zaprojektowanie funkcjonalnych i ergonomicznych pojazdów wymagao przeprowadzenia
wielu analiz i bada, m.in.:
• bada ankietowych, w których osoby niepenosprawne stanowiy grup ekspertów,
• analizy wymiarowej przestrzeni kabin z punktu widzenia pasaerów, czyli
weryfikacji antropometrycznej,
• analizy moliwoci obsugi manualnej interfejsu pasaera,
• analizy pola widzenia kierowcy w odniesieniu do rónych wymiarów kierowców,
• analizy moliwoci sterowania eco-samochodem tylko przy pomocy koczyn
górnych,
• moliwoci atwego wsiadania i wysiadania z pojazdów.
Gotowe makiety: mobilna eco-samochodu i stacjonarna pojazdu PRT, poddane zostan
weryfikacji z punktu widzenia atwoci i intuicyjnoci ich obsugi, przez grupy
uytkowników rónicych si wiekiem i sprawnoci.
Badaniami ankietowo-ekspertowymi objto dwie grupy osób poruszajcych si na
wózkach inwalidzkich aktywnych.
Pierwszy etap bada przeprowadzono w Orodku Fundacji Aktywnej Rehabilitacji
w Warszawie. W badaniach wzio udzia 12 osób, w tym:
• 2 kobiety w wieku 24 i 30 lat
• 10 mczyzn w wieku: 20-30 lat – 3 osoby, 30-40 lat – 4 osoby, powyej 40 lat –
2 osoby oraz 13-letni chopiec.
Niedowadowi koczyn dolnych czsto towarzyszy ograniczenie sprawnoci koczyn
górnych, zatem istotne byo ustalenie poziomu tej sprawnoci. Respondenci swój poziom
sprawnoci z tego zakresu okrelili w nastpujcy sposób:
• cakowita sprawno – 3 osoby
• niewielkie trudnoci w wykonywaniu czynnoci ruchowych – 6 osób,
• due trudnoci w wykonywaniu czynnoci ruchowych koczynami górnymi –
3 osoby.
196
Iwona Grabarek
Respondenci drugiego etapu rekrutowali si sporód osób wytypowanych przez
Fundacj Aktywnej Rehabilitacji i ankiety rozpowszechnione zostay drog elektroniczn.
W badaniach wzio udzia 15 osób w przedziale wiekowym od 26 do 45 lat, w tym 3
kobiety i 12 mczyzn. Z danych dotyczcych poziomu sprawnoci czynnoci ruchowych
koczyn górnych oraz moliwoci wykonywania czynnoci manipulacyjnych wynika, e
badana grupa reprezentuje szerszy zakres moliwoci, czego dowodem midzy innymi jest
posiadanie prawa jazdy przez 11 mczyzn na 12 oraz 1 kobiet na 3. Generalnie wnioski
z tej czci ankiety mona podsumowa stwierdzeniem, e wikszo badanych ma
niewielkie utrudnienia w wykonywaniu czynnoci koczynami górnymi i maj oni
moliwo wykonywania prawie wszystkich czynnoci manipulacyjnych,
W weryfikacji antropometrycznej zastosowano metod bezporedni oraz fantomów
komputerowych, bdcych elementem programu Catia. W analizach wykorzystano
zarówno wymiary najmniejszych osobników (C5 , jak i najwikszych, czyli C95 ).
W tym przypadku najwiksz analizowan osob by 95-centylowy mczyzna, siedzcy
na wózku o wysokoci siedziska 52 cm. Projekt interfejsu w kabinie pojazdu PRT
wymaga wstpnej analizy wymiarów i dostpnoci obszarów dotykowych na monitorze,
umoliwiajcych jego obsug równie osobom z mniejsz sprawnoci koczy górnych.
Natomiast projekt pulpitu sterowniczego w eco-samochodzie wymaga okrelenia zakresu
jego regulacji, uwzgldniajcej najmniejszych uytkowników, siedzcych na fotelu
kierowcy i najwikszych, siedzcych na najwyszym wózku inwalidzkim. W artykule
przedstawiono wyniki bada i wnioski dotyczce uwarunkowa wymiarowych obu kabin.
4. ANALIZA WYNIKÓW BADA
Istotnym elementem projektowania majcego na celu dostosowanie pojazdu do
moliwoci uytkowników jest poczenie wstpnych zaoe konstrukcyjnych i zasad
ergonomii, z oczekiwaniami sformuowanymi przez respondentów. Aby zapewni wysoki
poziom funkcjonalnoci i uytecznoci kabiny pojazdu PRT i eco-samochodu, wzito pod
uwag zagadnienia zwizane z:
• wchodzeniem i opuszczaniem kabiny,
• umiejscowieniem /mocowaniem wózka w kabinie,
• konstrukcj siedze,
• dostpnoci interfejsu/urzdze sterowniczych,
• obsug interfejsu/urzdze sterowniczych,
• rozmieszczeniem pozostaych urzdze,
• widocznoci,
• komfortem podróy /wygoda, atwo, estetyka/,
• poczuciem bezpieczestwa.
Wstpne zaoenia funkcjonalne pojazdu PRT i eco-samochodu przedstawiono
w tablicy 1.
Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie Eco-Mobilno
197
Tablica 1
Wstpne zaoenia funkcjonalne pojazdu PRT i eco-samochodu
PRT
Eco-samochód
Max 4 osoby
Max 3 osoby
Sterowanie zdalne /brak operatora/
Kierowca sprawny na fotelu lub z
ograniczon sprawnoci koczyn dolnych,
siedzcy na wózku inwalidzkim
Jeden kierunek jazdy
Dowolny kierunek jazdy
Podró na siedzco
Dwie osoby przodem, dwie tyem
Wszystkie osoby siedz przodem do kierunku
jazdy
Drzwi z jednej strony
Drzwi z trzech stron
4.1. ANALIZA WYNIKÓW BADA EKSPERTOWYCH
DLA POJAZDU PRT
Analiza opinii ekspertów z grupy osób niepenosprawnych umoliwia
uszczegóowienie zaoe, uatwiajcych dostosowanie wymiarowe pojazdu PRT do osób
o rónej sprawnoci [5]. Ankietowane osoby sformuoway nastpujce postulaty w tym
zakresie:
• pasaer na wózku powinien mie zapewnion powierzchni manewrow dla
ustawienia wózka w wyznaczonym miejscu (min. 120x100 cm),
• maksymalna szeroko odstpu midzy peronem a kabin powinna wynosi nie
wicej ni 10 cm,
• wjazd/wyjazd wózka tyem lub przodem z kabiny wymaga wysuwanej platformy,
• preferowane ustawienie wózka w kabinie w czasie jazdy powinno by zgodne
z kierunkiem jazdy i twarz do kierunku jazdy,
• wózek powinien by mocowany do oparcia (ewentualnie równie do podogi),
• interfejs oraz urzdzenia alarmowe, przekazujce informacj od pasaera do centrali
sterowania, urzdzenia klimatyzacji i wentylacji oraz urzdzenia cznoci z central,
powinny by umieszczone w optymalnym zasigu rk.
4.2. ANALIZA WYNIKÓW BADA EKSPERTOWYCH
DLA ECO-SAMOCHODU
Analiza opinii ekspertów z grupy osób niepenosprawnych równie umoliwia
uszczegóowienie zaoe w stosunku do eco-samochodu. Ankietowane osoby formuo-
198
Iwona Grabarek
way m.in. nastpujce postulaty:
• optymalna szeroko wjazdu/wyjazdu wózka z kabiny – 100 cm - 110 cm,
• maksymalny kt pochylni umoliwiajcy wjazd wózka – 200,
• grubo pyty podogowej samochodu moliwa do pokonania przez wózek bez
dodatkowej pochylni – równa 10-12 cm,
• elementy chwytne uatwiajce wjazd wózka umieszczone po obu bokach drzwi i nad
drzwiami,
• otwieranie drzwi pojazdu przy pomocy pilota,
• usytuowanie miejsca kierowcy w osi samochodu,
• minimalna powierzchnia manewrowa podogi powinna wynosi 120x100 cm,
• wózek mocowany do podogi,
• dodatkowe podparcie pleców i gowy podczas jazdy,
• przy cakowitej sprawnoci doni mona zastosowa kierownic integrujc w sobie
wiele funkcji sterowniczych.
4.3. ANALIZA WYMIAROWA KABIN POJAZDU PRT
I ECO-SAMOCHODU
Projektujc przestrze i rozmieszczenie elementów wyposaenia w kabinie pojazdu
PRT wzito pod uwag nastpujce aspekty antropometryczne [1]:
• zajmowan pozycj podczas jazdy,
• zasigi koczyn górnych,
• zapewnienie komfortowej jazdy,
• wymiary potencjalnych uytkowników, zarówno osób sprawnych, jak i poruszajcych si na wózkach inwalidzkich,
• pole widzenia kierowcy.
Wnioski sformuowane przez osoby z niepenosprawnociami w badaniach ankietowoekspertowych zostay wykorzystane w projektowaniu wntrz obu kabin, czyli PRT
i eco-samochodu.
4.3.1. PRT – weryfikacja antropometryczna
Korzystajc z fantomów komputerowych wyznaczono obszary dostpne dla wszystkich
pasaerów, korzystajcych z pojazdu PRT. Warto podkreli, e podczas jazdy wózek
wraz z pasaerem jest unieruchomiony w osi pojazdu (przodem lub tyem do kierunku
jazdy), co zaznaczono schematycznie na rys. 1. Zapewnienie dostpnoci do monitora lub
interfejsu najmniejszej osobie siedzcej na wózku, czyli C5 , jest w tym przypadku
warunkiem koniecznym i wystarczajcym. Zainstalowanie dwóch monitorów na
przeciwlegych cianach pozwoli na ich obsug przy pomocy prawej rki, w zalenoci od
usytuowania wózka w stosunku do kierunku jazdy. Rysunek 1 przedstawia, wykonany
w programie Catia, projekt konfiguracji siedze w kabinie i usytuowanie wózka.
Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie Eco-Mobilno
199
a)
b)
Rys. 1. Usytuowanie wózka inwalidzkiego w kabinie pojazdu PRT /rys. Rumianek P./
a) usytuowanie wózka tyem do kierunku jazdy
b) usytuowanie wózka przodem do kierunku jazdy
Rys. 2. Obszar zasigu koczyn górnych najmniejszej kobiety na wózku i usytuowanie monitorów
/rys. Rumianek P./
Okrelenie obszaru zasigu koczyn górnych dla najmniejszej osoby siedzcej na
wózku inwalidzkim (C5 – 5 centyl kobieta) umoliwio prawidowe umiejscowienie
monitorów interfejsu pasaera, zarówno w przypadku usytuowania wózka przodem, jak
i tyem do kierunku jazdy, co przedstawiono na rys. 2.
200
Iwona Grabarek
4.3.2. Eco-samochód – weryfikacja antropometryczna
Jedn z cech odróniajc projektowany eco-samochód od typowych samochodów
osobowych jest wysoko fotela kierowcy. Projektujc przestrze kabiny samochodu,
uwzgldniono zarówno najmniejszych osobników, czyli kobiet C5, siedzc na fotelu
kierowcy, jak i mczyzn C95, siedzcego na najwyszym wózku inwalidzkim. Zgodnie
z obowizujcymi normami, zakres wysokoci siedziska w wózkach wynosi 40 – 52 cm.
Zaoono wysoko fotela kierowcy równ 40 cm. Oznacza to, e maksymalna rónica
w wysokoci fotela i wózka wynosi 12 cm. W zaprojektowanym rozwizaniu fotel
kierowcy nie posiada regulacji wzdunej i pionowej. Zarówno kierowca na wózku
aktywnym, jak i kierowca na fotelu zajmuj to samo miejsce w strukturze przestrzennej
kabiny. Ma to swoje konsekwencje w konstrukcji pulpitu, który posiadajc wzdun, jak
i pionow regulacj, dostosowuje swoje pooenie do kierowców o rónych wymiarach.
Pooenie kierownicy uwzgldnia równie kty komfortu podczas sterowania, mierzone
midzy ramieniem i przedramieniem kierowcy. Rys. 3 przedstawia zakres regulacji
kierownicy, obejmujcy obszar midzy analizowanymi dwoma skrajnymi przypadkami
usytuowania uytkowników, przy czym kierownica jest staym elementem pulpitu.
Rys. 3. Obszar regulacji pooenia kierownicy /rys. Barwicki M. /
Umoliwienie kierowania samochodem z pozycji wózka inwalidzkiego aktywnego
wymagao opracowania specjalnej konstrukcji fotela kierowcy. Fotel ten, z jednej strony
dostosowany jest pod wzgldem wymiarów do potencjalnych, sprawnych kierowców, a z
drugiej – wymiarów kierowców na wózkach aktywnych. Konstrukcja wózka aktywnego
charakteryzuje si niskim oparciem, natomiast jazda samochodem, a tym bardziej jego
kierowanie, wymaga staego podparcia pleców i gowy, w celu zapewnienia bezpieczestwa. To, czego kierowcy z niepenosprawnociami nie zapewnia wózek, musi by
zrealizowane w inny sposób, a w przypadku projektowanego samochodu, wykorzystywano
w tym celu oparcie zoonego fotela kierowcy. Oparcie spenia jeszcze dodatkow funkcj
– daje moliwo mocowania do niego osoby na wózku, za pomoc pasów
bezpieczestwa. Funkcja ta realizowana jest dziki innowacyjnej konstrukcji, która
pozwala dosun wózek inwalidzki, mimo wystajcej z tyu póki wzmacniajcej jego
Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie Eco-Mobilno
201
konstrukcj i rczek usytuowanych w oparciu wózka. Dodatkowe mocowanie wózka
realizowane jest automatycznie przy pomocy mechanizmu umiejscowionego w pododze.
Rysunek 4 przedstawia pozycj kierowcy na wózku inwalidzkim aktywnym, podpartym
przy pomocy zoonego fotela sprawnego kierowcy, posiadajcego regulowany zagówek.
Rys. 4. Pozycja kierowcy siedzcego na wózku inwalidzkim podpartego zoonym fotelem
/rys. Barwicki M. /
Kolejnym zagadnieniem istotnym dla kierowcy jest zapewnienie mu odpowiedniego
pola widzenia. Powinno ono umoliwi odbiór informacji napywajcych z otoczenia
(droga, znaki drogowe, inni uytkownicy dróg) oraz odbiór sygnaów z pulpitu
sterowniczego. W przypadku konstrukcji tego samochodu, naleao uwzgldni
umiejscowienie fotela w osi pojazdu oraz znaczn rónic midzy skrajnymi pooeniami
oczu V1 i V2. Rysunek 5 przedstawia wielko pola widzenia, które w efekcie
warunkowao ksztat i wielko szyby przedniej, jak równie pooenie pulpitu
z urzdzeniami sygnalizacyjnymi i sterowniczymi.
a)
b)
Rys. 5. a) Pole widzenia w paszczynie strzakowej
b) Maksymalne pole widzenia w rzucie ukonym /rys. Barwicki M. /
Legenda: obszar wewntrzny – pole widzenia, wyznaczone przy nieruchomej gowie i gakach
ocznych,
obszar rodkowy– pole widzenia uwzgldniajcy ruch gaek ocznych,
obszar zewntrzny – pole widzenia uwzgldniajce ruch gaek ocznych i gowy
202
Iwona Grabarek
PODSUMOWANIE
Sformuowanie wymaga z zakresu ergonomii i bezpieczestwa oraz zastosowanie ich
w fazie koncepcyjnej jest niezwykle istotne dla zapewnienia niezawodnego i komfortowego transportu pasaerów. Dua rónorodno wymiarowa potencjalnych uytkowników
i brak odpowiednich danych niewtpliwie nie uatwia projektowania zapewniajcego
wysok jako ergonomiczn i uytkow pojazdu. Pojawiajce si trudnoci naley
pokonywa, prowadzc szerokie konsultacje i badania spoeczne, a uzyskane wyniki
wykorzystywa jako kolejne ródo danych, pozwalajce w wikszym stopniu na
dostosowanie pojazdu do pasaerów.
Projekt Eco-Mobilno
, realizowany jest w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna
Gospodarka, poddziaanie 1.3.1 i wspófinansowany z Europejskiego Funduszu Rozwoju
Regionalnego
Bibliografia
1. Gedliczka A., Atlas miar czowieka. Dane do projektowania i oceny ergonomicznej. CIOP, Warszawa
2001
2. Grabarek I.: „Ergonomia rodków transportu - rzemioso, nauka, sztuka”. Prace Naukowe Transport, z.71,
Warszawa 2009, s.57-73,
3. Grabarek I., Choromaski W. Innovative environmental design in means and systems of transport with
particular emphasis on the human factor., Advances in Human Aspects of Road and Rail Transportation,
edited by Neville A. Stanton, CRS Press Taylor &Francis Group, (2012), pp.273-282, ISBN 978-1-43987123-2
4. Tytyk E.: Projektowanie ergonomiczne. PWN, Warszawa, 2001
THE ERGONOMIC DESIGNING RULES IN THE PROJECT ECO-MOBILITY
Summary: The project Eco-Mobility has been carried out at the Faculty of Transport and concerns the
innovative transport system , which supporting mobility of people. Selected aspects of ergonomic designing,
applying in two of five realized tasks, have been presented in this paper. The ergonomic rules relate to the
process of the vehicle dimensional adaptation to the users with different physical efficiency. The research
methodology, the analysis of receiving data and their application in the new construction of vehicles have
been presented.
Keywords: mobility, ergonomics, means of transport, disabled people