Как спроектировать оборудование для шахт для повышения доступности и комфорта оператора
Проектирование оборудования для шахт с акцентом на доступность и комфорт оператора имеет важное значение для повышения безопасности, эффективности и благополучия работников. По мере того, как операции по добыче становятся более сложными и расширяются глубже под землей, физические и когнитивные требования, предъявляемые к операторам, усиливаются. Оборудование, которое плохо спроектировано, может привести к хроническим травмам, снижению производительности и более высоким показателям текучести кадров. Напротив, оборудование, спроектированное с эргономическими принципами и инклюзивными стандартами проектирования, может трансформировать опыт оператора, уменьшая ошибки, связанные с усталостью, снижая затраты на травму и повышая общую производительность. Эта статья расширяет исходное содержание, чтобы предоставить всеобъемлющее руководство для производителей, инженеров и операторов шахт, которые хотят построить и выбрать оборудование, которое отдает приоритет человеческому элементу.
Понимание важности доступности и комфорта в горном оборудовании
Горнодобывающая промышленность исторически была сосредоточена на долговечности и производительности машин, часто с вторичным учетом для оператора-человека. Однако человеческие потери от этого пренебрежения значительны. По данным Национального института охраны труда и здоровья (NIOSH), нарушения опорно-двигательного аппарата (MSD) являются одними из наиболее распространенных травм в горнодобывающей промышленности, что приводит к потере рабочих дней и постоянной инвалидности. Длительное воздействие вибрации всего тела из пересеченной местности, неудобные позы, необходимые для достижения контроля, и плохое сидение способствуют этим результатам.
Доступность и комфорт не просто приятные для человека функции; они непосредственно влияют на безопасность. Комфортный оператор с меньшей вероятностью будет отвлекаться на боль или усталость, что приведет к более быстрому времени реакции и лучшей ситуационной осведомленности. Кроме того, доступное оборудование позволяет более широкой рабочей силе эксплуатировать машины, включая пожилых работников, инвалидов и менее физически крепких людей. Это становится все более важным, поскольку горнодобывающая промышленность сталкивается с нехваткой рабочей силы и нуждается в сохранении опытного персонала дольше. Инвестирование в эргономичный и доступный дизайн, поэтому стратегическое бизнес-решение, которое уменьшает претензии на травмы, улучшает время безотказной работы и повышает удовлетворенность работников.
Основные принципы проектирования доступного горного оборудования
Проектирование действительно доступного и удобного горного оборудования требует соблюдения нескольких основных принципов. Они должны быть интегрированы с самых ранних этапов концепции, а не модернизированы после производства.
Эргономичный дизайн
Эргономика — это наука о подгонке задачи человеку. В горнодобывающем оборудовании это означает регулируемые сиденья, которые вмещают 5-го процентиля самку в 95-й процентиль самца (антропометрические данные варьируются в зависимости от популяции), элементы управления, размещенные в зоне оптимального охвата, не требующие растяжения плеч или спины, и приборы, которые легко читаются при слабом освещении. Настройка является критической — подход, подходящий для всех, последовательно терпит неудачу. Такие функции, как пневматическая поясничная поддержка, подогреваемые / вентилируемые сиденья и регулируемые подлокотники, могут иметь глубокие изменения в течение 12-часовой смены. Системы демпфирования вибрации, включая сиденья подвески для полёта по воздуху и кабины с вибрацией, уменьшают передачу вибрации всего тела оператору, что связано с расстройствами поясницы и проблемами пищеварения.
Универсальная доступность
Универсальный дизайн выходит за рамки эргономики, гарантируя, что оборудование может использоваться операторами с различными физическими способностями. Это включает в себя операторов с ограниченной подвижностью, пониженной прочностью захвата или нарушениями зрения / слуха. Например, вход в кабину должен облегчаться широкими шагами с нескользящими поверхностями, захватными полосами на оптимальных высотах и широко открытыми дверями. Внутри элементы управления должны быть работоспособны с минимальной силой - джойстики с пропорциональным управлением предпочтительнее тяжелых рычагов . Визуальные дисплеи должны иметь высококонтрастные интерфейсы и быть читаемыми при ярком солнечном свете. Звуковые сигналы должны сопровождаться визуальными индикаторами для операторов с нарушениями слуха. Командные сигналы также могут помочь операторам с ограниченной подвижностью рук. Соблюдение стандартов, таких как ISO 9241-11 (пригодность) и рекомендации Закона об инвалидах (ADA) - адаптированные для майнинга - обеспечивает прочную основу
Особенности безопасности, интегрированные с доступностью
Безопасность и доступность взаимозависимы. До аварийных остановок необходимо легко добраться из естественной позы оператора, не требуя от них растягивания или стояния. Чистые, цветные вывески и интуитивно понятные схемы управления снижают когнитивную нагрузку и предотвращают ошибки. Системы обнаружения близости, камеры заднего вида и 360-градусная видимость (через зеркала или системы мониторинга камеры) помогают операторам избежать столкновений. Освещение внутри и снаружи кабины должно быть регулируемым для уменьшения бликов и теней. Размещение огнетушителей и аптечек первой помощи должно быть в пределах досягаемости, не выходя из сиденья. Кроме того, операторы должны быть в состоянии быстро выйти из кабины в чрезвычайной ситуации — разработка системы дверной ручки и защелки для легкой однорукой работы жизненно важна.
Простота обслуживания для обеспечения устойчивой доступности
Доступность должна выходить за рамки кабины оператора. Персоналу технического обслуживания необходим легкий доступ к компонентам двигателя, фильтрам и гидравлическим системам для выполнения рутинных проверок без искажения их тел или использования небезопасных лестниц. Проектирование оборудования с навесными панелями, выдвижными лотками и четко обозначенными точками обслуживания сокращает время простоя и предотвращает травмы, связанные с обслуживанием. Модульные конструкции компонентов позволяют быстро заменять изношенные детали, сохраняя оборудование доступным и удобным для операторов на протяжении всего жизненного цикла. В соответствии с ISO 12100 (Безопасность машин) задачи технического обслуживания должны быть сделаны более безопасными и легкими на этапе проектирования. Этот принцип согласуется с комфортом оператора, поскольку хорошо обслуживаемая машина сохраняет свои эргономичные функции дольше (например, подвеска сиденья, климат-контроль).
Стратегии проектирования для лучшего комфорта оператора
Хотя основные принципы обеспечивают основу, конкретные стратегии проектирования могут значительно повысить комфорт, особенно во время длительных смен в суровых подземных или поверхностных средах.
Рабочее пространство Customization
Кабина оператора является основным рабочим пространством. Каждый элемент должен быть регулируемым: сиденье (высота, наклон, поясница, вперед/зад), рулевая колонка или консоль джойстика (наклон и телескопический), педали ног (угол и сопротивление) и подлокотники. Идеальная компоновка размещает все первичные элементы управления в пределах «зоны удара» - области между средней частью бедра и средней частью груди оператора, когда он сидит естественным образом. Вторичные элементы управления (например, для огней, HVAC, радио) должны быть сгруппированы на отдельной панели или интегрированы в сенсорный экран, который может быть перемещен. Интерфейсы сенсорного экрана должны иметь тактильную обратную связь или физические кнопки переключения для критических функций , чтобы избежать сбоев в пыльных или влажных условиях. Уровни шума в кабине должны быть ниже 85 дБА с использованием разрушающих звук материалов и избыточных уплотнений - NIOSH рекомендует еще более низкие уровни для предотвращения потери слух
Климатический контроль и качество воздуха
Подземные среды могут быть чрезвычайно горячими, влажными, пыльными и заполненными выхлопными газами дизельного топлива. Надежная система HVAC с высокоэффективной фильтрацией твердых частиц воздуха (HEPA) и положительным давлением предотвращает попадание загрязняющих веществ в кабину. Операторы должны иметь возможность независимо регулировать температуру и скорость вентилятора для своего рабочего пространства. В поверхностном майнинге необходима изоляция кабины от тепла и холода. Застекленные окна с защитой от ультрафиолета и тонированием уменьшают усиление солнечного тепла и блики. Автоматизированные системы климат-контроля, которые поддерживают установленную температуру, могут уменьшить отвлечение.
Вибрация и снижение шока
Вибрация всего тела является основным фактором, способствующим дискомфорту и долгосрочным травмам. Стратегии проектирования включают использование сидений для проезда по воздуху, которые изолируют пассажира от вибрации шасси, первичных систем подвески на самом шасси (особенно для грузовых автомобилей и погрузчиков) и вибрационных поглощающих материалов в интерфейсах пола и управления. Передовые конструкции сидений теперь включают активную подвеску, которая электронно регулирует демпфирование в режиме реального времени . Кроме того, правильный выбор шин и инфляционное давление могут уменьшить передачу вибрации. Для непрерывных шахтеров или сверл, изолирование станции оператора от рамы машины с резиновыми креплениями или спиральными пружинами является обычной практикой.
Видимость и освещение
Плохая видимость заставляет операторов неуклюжих поз — наклоняться вперед, сжимать шею или скручиваться. Обеспечить большие окна с минимальными искажениями, расположенные для уменьшения слепых пятен. В подземных шахтах внешнее освещение должно освещать рабочее лицо и окрестности. Внутри кабины регулируемое целевое освещение для панели управления и общий диммируемый окружающий свет помогают уменьшить напряжение глаз. Системы монитора камеры должны иметь экраны с высоким разрешением, считываемые при дневном свете с антибликовыми покрытиями. Ночная помощь или инфракрасные камеры могут дополнительно улучшить видимость в условиях низкой освещенности.
Нормативно-правовые стандарты и отраслевые руководства
Дизайнеры должны знать об обязательных и добровольных стандартах, которые регулируют комфорт и доступность оператора. В Соединенных Штатах Управление по безопасности и гигиене труда (MSHA) устанавливает требования к безопасному доступу к оборудованию (например, поручни, шаги) и эргономике, хотя многое остается на усмотрение производителя. Общие отраслевые стандарты Управления по безопасности и гигиене труда (OSHA) также применяются во многих контекстах. На международном уровне Международная организация по стандартизации (ISO) предоставляет подробные руководящие принципы: ISO 9241-11 об удобстве использования, ISO 15066 о совместных роботах (для будущего автономного оборудования) и ISO 12100 о безопасности машин. . Кроме того, ISO 2631-1 касается пределов воздействия вибрации всего тела. Соблюдение этих стандартов не только повышает комфорт, но и помогает производителям демонстрировать должную осмотрительность в случае претензий на травмы. Национальный институт по безопасности и гигиене труда (NIOSH) публикует обширные исследования по эргономике горных работ, включая страницу ресурса
Тематические исследования и лучшие практики
Несколько производителей оборудования для майнинга впервые улучшили доступность и комфорт. Например, в корпусах операторов Caterpillar есть кабины с под давлением с фильтрацией HEPA, подогреваемыми и охлаждаемыми сиденьями и рулевое управление джойстиком, которое уменьшает усилие управления. Их крупнейшие грузовики для майнинга теперь включают дополнительный джойстик, установленный на сиденье, который заменяет обычное рулевое колесо, что позволяет улучшить эргономику и видимость. [[FLT: 2]] Komatsu использует конструкцию кабины с регулируемым сиденьем подвески, телескопическое рулевое управление и низкий уровень шума - способствуя удержанию оператора в операциях с длинными стенками. Sandvik внедрил голосовые управления для нескольких погрузчиков, позволяя операторам изменять настройки, не снимая руки с органов управления. Эти инновации не просто улучшают комфорт; они приводят к измеримым повышениям производительности. Одно исследование, процитированное NIOSH, показало, что улучшенное сидение и вибрационная изоляция уменьшили вари
Наилучшие практики распространяются на модернизацию старого оборудования. Многие шахты успешно устанавливают сиденья для переезда после выхода на рынок, добавляют резиновое матирование для снижения вибрации и заменяют рычаги управления сервоприводными джойстиками. Даже простые дополнения, такие как подставки для ног или противоусталые коврики, могут повысить комфорт. Однако наиболее эффективный подход заключается в том, чтобы с самого начала включать эти проектные решения через процесс проектирования, ориентированный на человека, который включает обратную связь оператора и обслуживания во время тестирования прототипа.
Будущие направления: автоматизация, экзоскелеты и дизайн, основанный на данных
Следующий рубеж в комфорте и доступности шахтного оборудования лежит в автоматизации и передовых вспомогательных технологиях. Автономные грузовые автомобили и буровые установки полностью удаляют оператора из кабины, что делает комфорт нерелевантным для этих задач. Однако многие машины по-прежнему требуют, чтобы операторы-люди выполняли задачи наземного уровня (например, скупинг, болты). Для этих полуавтономных функций, таких как автосортировка, предотвращение столкновений и удаленная телеоперация, уменьшают физическую нагрузку. Роль оператора смещается в надзор, который требует меньше повторяющихся физических усилий, но более высокой когнитивной бдительности. Конструкция комфорта должна тогда решать умственную усталость: регулируемое сидение для длительных стационарных периодов, достаточное пространство для ног и легкий доступ к вторичным экранам и элементам управления.
Еще одна новая тенденция - использование износостойких экзоскелетов , которые поддерживают майнеров во время обслуживания и эксплуатации, уменьшая физическую нагрузку на плечи, спины и колени. Хотя экзоскелеты не заменяют хорошо спроектированное оборудование, экзоскелеты могут смягчать стресс в таких задачах, как бурение сверху или тяжелая атлетика. Дизайнеры должны учитывать, как оборудование взаимодействует с этими устройствами - например, элементы управления с большими рукоятками, которые вмещают экзоскелетные перчатки.
Проектирование на основе данных также становится возможным. Оборудовав кабины датчиками, которые контролируют положение оператора, распределение давления сидений и частоту сердечных сокращений, производители могут собирать объективную обратную связь для уточнения эргономики. Отслеживание глаз может выявить, какие элементы управления трудно достичь или увидеть. Эта информация может стимулировать итерационные улучшения дизайна, которые уменьшают дискомфорт. Моделирование виртуальной реальности (VR) все чаще используется для тестирования различных макетов кабины перед созданием прототипов , значительно сокращая время и стоимость разработки.
Заключение
Проектирование оборудования для шахт с доступностью и комфортом оператора больше не является обязательным — это конкурентный дифференциатор и моральный императив. Более безопасные, более удобные операторы более продуктивны, делают меньше ошибок и дольше остаются в отрасли. Применяя принципы эргономичного дизайна, универсальной доступности, интегрированной безопасности и простоты обслуживания, производители могут создавать оборудование, которое уважает человека, который его эксплуатирует. Но нормативное соответствие стандартам MSHA, OSHA и ISO обеспечивает базовый уровень, но ведущие компании идут дальше, охватывая инновационные сидения, климат-контроль, снижение вибрации и цифровые интерфейсы. Поскольку отрасль движется к большей автоматизации и дизайну, ориентированному на данные, возможность создавать действительно ориентированное на человека оборудование для майнинга никогда не была больше. Инвестируйте сегодня в комфорт и доступность завтрашних шахтеров — их безопасность и производительность зависят от него.