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 u ytkowników o ró nej 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 zao enia ma charakter interdyscyplinarny. W piciu zadaniach projektowane s ró ne 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 przedu eniu ycia. Zjawisko to generuje du liczb osób starszych o okrelonych, specyficznych mo liwociach 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 ró nej sprawnoci. Grupa potencjalnych u ytkowników 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:
• 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 zo ony 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 pasa erskiej. Oczekiwania obu grup u ytkowników nie zawsze s jednakowe, jednak e spotykaj si na wspólnej paszczy nie, jak jest „bezpieczestwo rodków transportu”. Zatem analizie i projektowaniu podlegaj ukady: operator – rodek transportu oraz pasa er – 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 pasa era, a bezzaogowy pojazd wymaga jedynie od niego wykonania prostych czynnoci w zakresie obsugi monitora dotykowego (interfejsu), niezbdnych dla wyznaczenia punktu docelowego podró y.
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 mo e peni funkcj kierowcy i pasa era.
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 u ytkowników,
• zapewnienie funkcjonalnoci pojazdów (sprawno, niezawodno, atwo u ytkowania),
• zapewnienie komfortu i bezpieczestwa podró owania, • uzyskanie akceptacji i zadowolenia u ytkowników.
Nieodcznym elementem jakoci ergonomicznej ka dego pojazdu jest prawidowe, z punktu widzenia norm higienicznych, uksztatowanie rodowiska materialnego w kabinie pojazdu, kadc szczególny nacisk na: drgania, haas, owietlenie, mikroklimat.
Rozwizanie ka dego z wymienionych zada jest mo liwe przy wykorzystaniu dokadnie okrelonych kryteriów ergonomicznych.
3. METODYKA BADA
W zao eniach przyjto zró nicowan grup u ytkowników z punktu widzenia wymiarów, wieku, zdolnoci ruchowych. Dokadne poznanie ró nic 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 pasa erów, czyli
weryfikacji antropometrycznej,
• analizy mo liwoci obsugi manualnej interfejsu pasa era,
• analizy pola widzenia kierowcy w odniesieniu do ró nych wymiarów kierowców, • analizy mo liwoci sterowania eco-samochodem tylko przy pomocy koczyn
górnych,
• mo liwoci 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 u ytkowników ró nicych 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 m czyzn w wieku: 20-30 lat – 3 osoby, 30-40 lat – 4 osoby, powy ej 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,
• du e trudnoci w wykonywaniu czynnoci ruchowych koczynami górnymi – 3 osoby.
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 m czyzn. Z danych dotyczcych poziomu sprawnoci czynnoci ruchowych koczyn górnych oraz mo liwoci wykonywania czynnoci manipulacyjnych wynika, e badana grupa reprezentuje szerszy zakres mo liwoci, czego dowodem midzy innymi jest posiadanie prawa jazdy przez 11 m czyzn na 12 oraz 1 kobiet na 3. Generalnie wnioski z tej czci ankiety mo na podsumowa stwierdzeniem, e wikszo badanych ma niewielkie utrudnienia w wykonywaniu czynnoci koczynami górnymi i maj oni mo liwo 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 m czyzna, siedzcy na wózku o wysokoci siedziska 52 cm. Projekt interfejsu w kabinie pojazdu PRT wymaga wstpnej analizy wymiarów i dostpnoci obszarów dotykowych na monitorze, umo liwiajcych jego obsug równie osobom z mniejsz sprawnoci koczy górnych. Natomiast projekt pulpitu sterowniczego w eco-samochodzie wymaga okrelenia zakresu jego regulacji, uwzgldniajcej najmniejszych u ytkowników, siedzcych na fotelu kierowcy i najwikszych, siedzcych na najwy szym 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 mo liwoci u ytkowników jest poczenie wstpnych zao e konstrukcyjnych i zasad ergonomii, z oczekiwaniami sformuowanymi przez respondentów. Aby zapewni wysoki poziom funkcjonalnoci i u ytecznoci 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 podró y /wygoda, atwo, estetyka/, • poczuciem bezpieczestwa.
Wstpne zao enia funkcjonalne pojazdu PRT i eco-samochodu przedstawiono w tablicy 1.
Tablica 1
Wst pne 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 umo liwia uszczegóowienie zao e, uatwiajcych dostosowanie wymiarowe pojazdu PRT do osób o ró nej sprawnoci [5]. Ankietowane osoby sformuoway nastpujce postulaty w tym zakresie:
• pasa er 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 pasa era 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 umo liwia uszczegóowienie zao e w stosunku do eco-samochodu. Ankietowane osoby
formuo-way m.in. nastpujce postulaty:
• optymalna szeroko wjazdu/wyjazdu wózka z kabiny – 100 cm - 110 cm, • maksymalny kt pochylni umo liwiajcy wjazd wózka – 200,
• grubo pyty podogowej samochodu mo liwa 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 mo na zastosowa kierownic integrujc w sobie wiele funkcji sterowniczych.
4.3. ANALIZA WYMIAROWA KABIN POJAZDU PRT
I ECO-SAMOCHODU
Projektujc przestrze i rozmieszczenie elementów wyposa enia w kabinie pojazdu PRT wzito pod uwag nastpujce aspekty antropometryczne [1]:
• zajmowan pozycj podczas jazdy, • zasigi koczyn górnych,
• zapewnienie komfortowej jazdy,
• wymiary potencjalnych u ytkowników, zarówno osób sprawnych, jak i porusza-jcych si na wózkach inwalidzkich,
• pole widzenia kierowcy.
Wnioski sformuowane przez osoby z niepenosprawnociami w badaniach ankietowo-ekspertowych 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 pasa erów, korzystajcych z pojazdu PRT. Warto podkreli, e podczas jazdy wózek wraz z pasa erem 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 zale noci od usytuowania wózka w stosunku do kierunku jazdy. Rysunek 1 przedstawia, wykonany w programie Catia, projekt konfiguracji siedze w kabinie i usytuowanie wózka.
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) umo liwio prawidowe umiejscowienie monitorów interfejsu pasa era, zarówno w przypadku usytuowania wózka przodem, jak i tyem do kierunku jazdy, co przedstawiono na rys. 2.
4.3.2. Eco-samochód – weryfikacja antropometryczna
Jedn z cech odró niajc 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 m czyzn C95,siedzcego na najwy szym wózku inwalidzkim. Zgodnie
z obowizujcymi normami, zakres wysokoci siedziska w wózkach wynosi 40 – 52 cm. Zao ono wysoko fotela kierowcy równ 40 cm. Oznacza to, e maksymalna ró nica w wysokoci fotela i wózka wynosi 12 cm. W zaprojektowanym rozwizaniu fotel kierowcy nie posiada regulacji wzdu nej 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 wzdu n, jak i pionow regulacj, dostosowuje swoje poo enie do kierowców o ró nych wymiarach. Poo enie 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 u ytkowników, przy czym kierownica jest staym elementem pulpitu.
Rys. 3. Obszar regulacji poo enia kierownicy /rys. Barwicki M. /
Umo liwienie 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 bezpie-czestwa. To, czego kierowcy z niepenosprawnociami nie zapewnia wózek, musi by zrealizowane w inny sposób, a w przypadku projektowanego samochodu, wykorzystywano w tym celu oparcie zo onego fotela kierowcy. Oparcie spenia jeszcze dodatkow funkcj – daje mo liwo 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
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 zo onego fotela sprawnego kierowcy, posiadajcego regulowany zagówek.
Rys. 4. Pozycja kierowcy siedzcego na wózku inwalidzkim podpartego zo onym fotelem /rys. Barwicki M. /
Kolejnym zagadnieniem istotnym dla kierowcy jest zapewnienie mu odpowiedniego pola widzenia. Powinno ono umo liwi odbiór informacji napywajcych z otoczenia (droga, znaki drogowe, inni u ytkownicy dróg) oraz odbiór sygnaów z pulpitu sterowniczego. W przypadku konstrukcji tego samochodu, nale ao uwzgldni umiejscowienie fotela w osi pojazdu oraz znaczn ró nic midzy skrajnymi poo eniami oczu V1 i V2. Rysunek 5 przedstawia wielko pola widzenia, które w efekcie
warunkowao ksztat i wielko szyby przedniej, jak równie poo enie pulpitu z urzdzeniami sygnalizacyjnymi i sterowniczymi.
a) b)
Rys. 5. a) Pole widzenia w paszczy nie 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,
PODSUMOWANIE
Sformuowanie wymaga z zakresu ergonomii i bezpieczestwa oraz zastosowanie ich w fazie koncepcyjnej jest niezwykle istotne dla zapewnienia niezawodnego i komforto-wego transportu pasa erów. Du a ró norodno wymiarowa potencjalnych u ytkowników i brak odpowiednich danych niewtpliwie nie uatwia projektowania zapewniajcego wysok jako ergonomiczn i u ytkow pojazdu. Pojawiajce si trudnoci nale y pokonywa, prowadzc szerokie konsultacje i badania spoeczne, a uzyskane wyniki wykorzystywa jako kolejne ródo danych, pozwalajce w wikszym stopniu na dostosowanie pojazdu do pasa erów.
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 978-1-4398-7123-2
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.
