ارزیابی و طراحی ارگونومیکی پست کاری اپراتور اتوبوس های درون شهری

آیدین اربابی

کارشناس ارشد در رشته مهندسی پزشکی – بیومکانیک

دکتر سید محمد رجائی

استادیار دانشکده مکانیک - دانشگاه علم و صنعت ایران

واژههای کلیدی

"پست کاری اپراتور اتوبوس" "استاندارد وضعیت بدن درحین رانندگی اتوبوس" "متغیرهای طراحی پست کاری اتوبوس" "توابع طراحی"

چکیده

مسئله اصلی در طراحی پست کاری راننده اتوبوس ، برقراری ارتباطی صحیح میان فرمان ، پدالها و صندلی می باشد ، زیرا موقعیت استقرار این اجزا در پست کاری ، تاثیر مستقیمی را بر روی وضعیت آناتومیکی راننده دارد و عدم برقراری تناسب میان مشخصات طراحی این مجموعه ها ، با مشخصات بیومکانیکی ، آنتروپومتریکی و آناتومیکی انسان ، موجب می شود تا مشکلات عدیده ای مانند: آسیب دیدگی ماهیچه های اسکلتی نواحی پائین کمر و گردن ، اپراتورهای اتوبوس را تهدید نمایند .

روشهائی که تاکنون در زمینه طراحی پست کاری اپراتور اتوبوس مورد استفاده قرار گرفته اند ، عمدتا" مبتنی بر نتایج حاصل از تجربیات بوده اند . اگرچه این روشها ، اطلاعاتی را در مورد موقعیت اندامهای اپراتور در پست کاری ، فراهم می کنند ولی هیچگونه اشاره ای به رابطه هندسی موجود میان موقعیت اندامهای اپراتور و عناصر پست کاری ، ندارند [1 . [در این مقاله روش طراحی جدیدی مبتنی بر وابستگی های درونی موجود در بین مجموعه های پست کاری ، مطرح شده است . در روش ارائه شده ، طراحی به کمک توابعی انجام می شود که با توجه به روابط هندسی موجود میان متغیرهای طراحی مجموعه های پست کاری و ابعاد آنتروپومتریکی ، تعریف می شوند . مزیت این روش ، انعطاف پذیری بالای توابع طراحی استخراج شده نسبت به اطلاعات آنتروپومتریکی می باشد . این مشخصه ، امکان استفاده از روش طراحی مورد بحث را برای هر جمعیت آنتروپومتریکی فراهم می سازد.

مقدمه

غیبتها و بیماریهای غیر معمول زیادی در میان راننده های اتوبوس رخ مـی دهنـد کـه تعـداد آنهـا در برخـی از مـوارد ، در مقایـسه بـا دیگرکارهای صنعتی بیشتر از سه برابرمی باشد[2 . [عوامل زیادی در افزایش بیش از اندازه نرخ ناخوشی و صدمه دیدگی در بین اپراتورهای اتوبوس دخیل هستند که تمامی آنها از رعایت نکردن اصول ارگونومیکی در طراحی پست کاری اپراتور ، سرچشمه می گیرنـد . رایـج تـرین بیماری که اپراتورهای اتوبوس از آن رنج می برند ، آسیب دیدگ ی ماهیچه های اسکلتی ناحیه گردن و پائین کمر می باشـد[2 . [مطالعـات نشان داده اند که 5/80 درصد از راننده های اتوبوس ، در طول دوران کاری خود ، درجاتی از گردن درد و کمر درد را تجربه مـی کننـد ، در حالیکه این آمار در دیگر کارگران حدود 50 در صد می باشد[3 . [همچنین اپراتورهای اتوبوس در مقایـسه بـا دیگـر کـارگران ، 20 درصـد بیشتر از کمردرد رنج می برند[3 . [قرارگیری مداوم بدن در وضعیتهای نادرست آناتومیکی ، تلاشهای بـیش از حـد ماهیچـه ای ، نشـستن طولانی مدت در یک موقعیت ثابت و قرار گرفتن طولانی مدت بدن در معرض ارتعاشات و شوک ، همگـی موجـب فعالیـت بـیش از انـدازه ستون فقرات کمری و دیگر ساختمانهای حمایت کننده آن شده و درد در ناحیه پائین کمر ، کمربند شانه ای و پاها را باعث می شوند . با توجه به اهمیت موضوع ، بر آن شدیم تا روش طراحی را ارائه دهیم که با بکار بستن آن بتـوان بـر تمـامی مـشکلا تی کـه در حـال حاضر اپراتورهای اتوبوس از آنها رنج می برند ، فائق آمد .

فرایند روش طراحی ارائه شده

به علت وجود پیچیدگی در طراحی پست کاری اپراتور اتوبوس ، نیاز به یـک مجموعـه مراحـل دقیـق و سیـستماتیک در طـی طراحـی پست کاری راننده اتوبوس احساس می شد . به منظور ادغام کردن دانش ارگونومی و اصـول طراحـی ارگونـومیکی ، از یـک روش طراحـی سیستماتیک استفاده نمودیم که شامل سه فاز مجزا بود . در فازهای اول و دوم ، مقدمات طراحی آماده شدند و در فاز نهائی ، توابع طراحـی به کمک نتایج حاصل از فازهائی ابتدائی استخراج گردیدند. در ادامه ، روند طی شده برای تعریف توابع طراحی ، به اختصار مورد بررسی قرار خواهد گرفت :

مرحله اول : جمع آوری اطلاعات مورد نیاز طراحی

1 -استاندارد وضعیت بدن در حین رانندگی اتوبوس

پیش از شروع به طراحی پست کاری اپراتور اتوبوس ، تعریف استانداردی که در آن وضعیت صحیح اسـتاتیکی 2 بـدن بـه هنگام رانندگی اتوبوس مشخص شده باشد ، بسیار ضروری بود .

این استاندارد باید بگونه ای تعریف می شد تا این اطمینان را در طراح بوجود می آورد که با اعمال آن در طراحی ، اپراتور اتوبوس قـادر خواهد بود تمامی وظایف خود را بخوبی و با دسترسی آسان به تمامی کنترلها و پدالهای پائی (پدالهای گاز و ترمـز) انجـام دهـد . همچنـین برای تدوین چنین استانداردی ، فاکتورهای بیومکانیکی (ستون فقرات ، گردن ، شانه و بازوهـا) و ماهیچـه هـای اسـکلتی نیـز بایـد لحـاظ می گردیدند [3 ، [زیرا موقعیت مفاصل بدن در این استاندارد ، تاثیر بسزائی را بر روی توانائی های ماهیچه ای راننده داشتند و مقدار نیروی لازم جهت انجام وظایف را مشخص می کردند. در واقع این استاندارد باید در نواحی حرکتی راحت مفاصل بدن تعریف می گردید . جدول 1 دامنه حرکتی راحت مفاصل تحتانی بدن و استاندارد وضعیت بدن در حـین راننـدگی اتوبـوس را نـشان مـی دهـد . همچنـین شکل 1 ، استاندارد تعریف شده را بصورت تصویری نمایش می دهد .

جدول 1 -دامنه حرکتی راحت مفاصل تحتانی بدن و استاندارد وضعیت بدن در حین رانندگی اتوبوس [2[

لازم بذکر است که دامنه حرکتی راحت مفاصل بدن ، برابر با حد وسط حداکثر حدود حرکتی مفاصل بدن در نظر گرفته شد و زاویه هر یک از مفاصل بدن در این استاندارد ، بر پایه دامنه حرکتی راحت مفاصل تعیین گردید .

2 -تعریف متغیرهای طراحی پست کاری اپراتور اتوبوس

اقدام بعدی در زمینه طراحی پست کاری اتوبوس ، تعریف متغیرهای طراحی و یا بعبارتی مجهولات طراحی بود . به ایـن منظـور ، ابتـدا پست کاری راننده اتوبوس را به 7 مجموعه اصلی صندلی ، فرمان ، پدالها ، پنلهای ابزاری ، آئینه ها ، شیشه جلوی اتوبوس و پـست کـاری محیطی راننده تقسیم نمودیم . سپس هر یک از این مجموعه ها را به زیر مجموعه های کوچکتر دیگـری تقـسیم کـردیم تـا بتـوانیم بـا جزئیات بیشتری به طراحی خود ادامه دهیم . بعنوان مثال می توان به صندلی اپراتور اشاره کرد که بـه چهـار زیرمجموعـه تکیـه گـاه سـر ، پشتی،کفی وکمربند تقسیم گردید . علاوه بر این تقسیم بندی ها ، 14 نسبت ابعادی نیز (شامل طول ، عرض ، دامنه تنظیم ، زاویه ، جنس ، قطر ، ضخامت ، شکل ، فاصله و...) به منظور توصیف هر چه دقیقتر متغیرهای طراحی مورد استفاده قرار گرفتند .

پس از تقسیم بندی پست کاری اپراتور اتوبوس به مجموعـه هـا و زیرمجموعـه هـا و سـپس نـسبت دادن نـسبتهای ابعـادی بـه ایـن زیرمجموعه ها ، 242 متغیرطراحی برای طراحی پست کاری اپراتور اتوبوس مشخص گردیدند ، کـه جـدول2 نمونـه ای از ایـن متغیرهـای طراحی تعریف شده را نشان می دهد همچنین به منظور رجوع ساده تر به متغیرهای طراحی ، یک کد به هر متغیر اختصاص داده شد .

جدول 2 -نمونه ای از متغیرهای طراحی تعریف شده پست کاری اپراتور اتوبوس

3 -دسته بندی متغیرهای طراحی بر اساس مشخصات طراحی

در طول تعریف متغیرهای طراحی ، این نکته کاملا" مشهود بود که مقدار برخی از متغیرها ، بر اساس اصول ارگونومیکی و برخی دیگـر بر اساس مفاهیم مکانیکی و یا برخی تنها بر اساس اصول زیبائی تعیین خواهند شد . بعنوان مثال ، تعیین قطـر فرمـان (TW1، (بایـد بـر اساس یک آنالیز ارگونومیکی صورت می پذیرفت ، در حالیکه ضریب میرائی صندلی (SP19، (به کمک آنالیز مکانیکی بدست می آمد و یا پوشش صندلی (SB14 ، (تنها با توجه به ذوق و سلیقه طراح انتخاب می گردید .

ز اینرو ، برای اینکه تمرکز خود را تنها بر روی متغیرهائی معطوف نمائیم که مقدار آنها باید بر پایه اصول ارگونومیکی تعیین مـی شـد ، متغیرها را با توجه به مشخصات طراحیشان به سه گـروه متغیرهـای طراحـی ارگونـومیکی (ED ، (متغیرهـای طراحـی مکـانیکی (MD (و متغیرهای طراحی زیبائی (AD (تقسیم نمودیم .

4 -دسته بندی متغیرهای طراحی بر اساس نوع رابطه

به منظور در نظرگرفتن روابط پیچیده موجود در میان متغیرهای طراحی ، متغیرها را با توجه به تاثیرگذار بودن بر روی دیگر متغیرها و یا تاثیرپذیر بودن از سایر متغیرها ، به چهار گروه متغیرهای طراحی ساده ، پیچیده ، کلیدی و وابسته تقسیم نمودیم.

متغیرهای طراحی ساده ، متغیرهائی بودند که رابطه بسیار کمی با دیگر متغیرها داشتند و بطور مستقل طراحی می شدند . به عبـارتی در طراحی این دسته از متغیرها ، نیازی به استفاده از ابعاد سایر متغیرها نبود . بعنوان مثال، طول صفحه پدال ترمز (PB1 ، (به عنـوان یـک متغیر طراحی ساده در نظر گرفته شد چراکه برای طراحی آن ، کافی بود تا فقط ابعاد آنتروپومتریکی افراد را مد نظر قرار داد .

در مقابل ، متغیرهای طراحی پیچیده ، متغیرهائی بودند که با دیگر متغیرها رابطه پیچیده ای داشتند و برای طراحـی آنهـا مـی با یـست تلاش و دقت زیادی را صرف می کردیم (در این تحقیق به متغیرهای طراحی پیچیده ، پرداخته نشده است) .

متغیرهائی در گروه متغیرهای طراحی کلیدی قرار گرفتند که تاثیر بسزائی بر روی دیگر متغیرها داشتند ، ولی بسیار کم تحت تاثیر دیگر متغیرها قرار می گرفتند . از سوئی دیگر متغیرهای طراحی وابسته ، متغیرهائی بودند که تاثیر اندکی بـر روی متغیرهـای دیگـر داشـتند ، در حالیکه مقدارشان وابستگی شدیدی به تعداد بسیاری از متغیرهای طراحی دیگر داشت . بعنوان مثـال ، زاویـه افقـی کفـی صـندلی (SP9، ( بعنوان متغیر طراحی کلیدی در نظر گرفته شد ، زیرا مقدار این متغیر بر روی بسیاری از متغیرهای طراحی مانند : دامنه تنظـیم زاویـه کفـی صندلی (SP10 (و زاویه افقی صفحه پدال ترمز (PB6 (و غیره تاثیرگذار بود . بطور عکس ، زاویه افقی صفحه پدال ترمز (PB6 ، (بعنوان متغیر طراحی وابسته در نظر گرفته شد ، زیرا مقدار این متغیر تنها بر روی تعداد اندکی از دیگر متغیرهای طراحی تاثیرگذار بود ، در حالیکـه برای محاسبه مقدار آن نیازمند استفاده از مقادیر بسیاری از متغیرهای طراحی دیگر بودیم .

در جدول3 نمونه ای از متغیرهای طراحی گروه بندی شده بر اساس مشخصات طراحی و نیز بر پایه رابطه با دیگر متغیرها ، بـه نمـایش . 4 گذاشته شده است

مرحله دوم : آنالیز شدت روابط مابین متغیرهای طراحی تعریف شده

در فاز دوم طراحی ، آنالیزی به منظور سنجش شدت روابط میان متغیرهای طراحی انجام گرفت . هدف از این آنالیز ، مـشخص کـردن میزان تاثیرگذاری و یا تاثیرپذیری متغیرهای طراحی هر یک از مجموعه های پست کاری راننده بود ، تا بتوانیم بر اساس نتایج بدست آمده ، تقدم مجموعه های پست کاری از لحاظ طراحی را تعیین نمائیم .

نتایج حاصل از آنالیز (نمودار 2 (نشان می داد که صندلی یک مجموعه بسیار مهم طراحی است ، زیرا متغیرهای طراحی این مجموعـه ، تاثیر بسیاری را بر روی ابعاد طراحی دیگر مجموعه های پست کاری اتوبوس داشتند . بنابراین ، بسیار ضروری بود تا بـا دقـت بیـشتری بـه آنالیز ابعادی صندلی بپردازیم تا بدین ترتیب بتوانیم نتایج صحیح تری را در طراحی بدست آوریم .

با توجه به نتایج حاصله (نمودار 2 ، (کاملا" آشکار بود که موقعیت استقرار فرمان ، پدالها ، پنلهای ابزاری و آئینه ها ، به میـزان زیـادی وابسته به ابعاد طراحی صندلی می باشد و از طرفی دیگر ، شیشه جلوی اتوبوس و پست کاری محیطی اپراتور اتوبوس بطور مستقل طراحـی می گردند . لذا باید طراحی از صندلی آغاز و به پست کاری محیطی ختم می گردید

جدول 3 -نمونه ای از متغیرهای طراحی دسته بندی شده بر اساس مشخصات طراحی و نوع رابطه با دیگر متغیرها

مرحله نهائی : استخراج توابع طراحی

در فاز آخر روش طراحی ارائه شده ، توابع طراحی- بر اساس نتایج حاصله از مراحل اولیه طراحی- استخراج شدند . تـابع طراحـی یـک متغیر طراحی ، تابعی است که رابطه هندسی میان آن متغیر و متغیرهای طراحی و آنتروپومتریکی کـه بـا آن در ارتبـاط هـستند را نمـایش می دهد (همانطور که پیشتر به آن اشاره گردید ، ممکن بود مقدار یک متغیر طر احی ، تاثیرگذار بر روی دیگر متغیرها و یا وابسته بـه دیگـر متغیرهای طراحی باشد و یا به عبارت ساده تر ، ممکن بود برای تعیین مقدار یک متغیر ، نیازمند استفاده از مقادیر سایر متغیرها باشیم ). مزیت توابع طراحی در این است که هیچ ابهامی در طراحـی نهـائی وجـود نخواهـد داشـت ، زیـرا هـر یـک از متغیرهـای طراحـی پست کاری با تعریف روابط هندسی که میان متغیرهای طراحی و آنتروپومتریکی وجود دارند ، تعیین شـده انـد . بـه کمـک توابـع طراحـی استخراج شده ، می توان طراحی انجام گرفته را برای هر جمعیت آنتروپومتریکی براحتی تکرار نمود ، زیـرا تنهـا نیـاز اسـت کـه اطلاعـات آنتروپومتریکی مربوط به آن جمعیت را در توابع طراحی وارد کرد .

روند استخراج توابع طراحی

روندکلی استخراج تابع طراحی یک متغیر طراحی ، بدین شرح بود که در قدم اول ، متغیرهای طراحی که با متغیر مـورد نظـر در ارتبـاط بودند ، تعیین گشتند (با توجه به آنالیز شدت روابط انجام گرفته در فاز دوم طراحی ) . در قدم دوم ، ناحیه ای از پست کاری اپراتور که متغیر طراحی مورد نظر در آن واقع بود ، بوسیله یک رسم هندسی به نمایش در آمد و سپس بر اساس رسـم هندسـی انجـام گرفتـه ، مـشخص گردید که برای استخراج تابع طراحی متغیر مورد نظر ، باید از کدام ابعاد آنتروپومتریکی استفاده شـود (در اسـتخراج توابـع طراحـی برخـی از متغیرها ، نیازی به استفاده از اطلاعات آنتروپومتریکی نبود) . در نهایت بر اساس رسم هندسی صورت گرفتـه ، یـک معادلـه ریاضـی (تـابع طراحی) استخراج گردید .

در طول تحقیق ، توابع طراحی بیش از 53 متغیر طراحی استخراج گردیدند ، که اکثر این متغیرها ، متغیرهای کلیدی و وابسته بودند . در جداول 5 و4 ، روند استخراج توابع طراحی دو متغیر طراحی نشان داده شده است.

جدول 4 -فرایند استخراج تابع طراحی متغیر طراحی SP10

شکل3 – ترسیم هندسی جهت استخراج تابع طراحی متغیرSP10] 2

نتیجه گیری

پست کاری اپراتور اتوبوس ، یک منطقه کاریست که در آن ، راننده مستقیما " با مجموعه هائی از قبیـل: صـندلی، فرمـان و پـدالها در تماس می باشد . اگر پست کاری اپراتور اتوبوس بدون توجـه بـه مشخـصات انـسانی طراحـی شـود ، اثـرات منفـی ناخواسـته ای ، چـون : ناراحتی های ماهیچه ای و آسیبهای جسمی را بدنبال خواهد داشت . بنابراین برای جلـوگیری از چنـین مـشکلاتی ، بکـارگیری یـک روش ارگونومیکی صحیح در طراحی پست کاری اتوبوس ، امری ضروری بنظر می رسد . در این مقاله ، سعی کردیم تا گزارشی از یک تحقیق انجام گرفته در زمینه طراحی ارگونومیکی پست کاری اتوبوس را ارائـه دهـیم . در روش طراحی ارائه شده ، که شامل چندین مرحله بود ، ابتدا استاندارد وضعیت بدن در حین راننـدگی اتوبـوس و سـپس متغیرهـای طراحـی تعریف شدند . در مرحله دوم ، شدت روابط میان متغیرهای طراحی تعریف شده ، تعیین گردیدند تا بدین ترتیب طراحی با تمرکز بیشتری بـر روی متغیرهائی که اهمیت بیشتری دارند ، دنبال شود . از آنجائیکه موضوع اصلی در طراحی پست کاری اپراتور اتوبوس ، مشخص کردن رابطه میان صندلی ، فرمان و پداله ا بـود ، در مرحلـه پایانی ، توابع طراحی بر پایه اطلاعات جمع آوری شده در مراح ل پیشین طراحی و با توجه به روابط هندسی موجود میان متغیرهای طراحـی و ابعاد آنتروپومتریکی ، استخراج شدند . این توابع ، انعطاف پذیری روش طراحی ارائه شده را افزایش می دهند ، چراکه مـی تـوان تنهـا بـا وارد کردن ابعاد آنتروپومتریکی افراد هر جامعه در این توابع ، طراحی متناسب با مشخصات انسانی آن جامعه را انجام داد .

منابع و مراجع

1 اربابی ، آیدین ، پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی پزشکی "بهینه سازی کابین اتوبوس از طریق طراحی ارگونومیکی" ، اسفند 1383

"Bus Operators Workstation Ergonomic Evaluation and design"| Sponsored by the Federal Transit Administration and Conducted by the Transportation Research Board (US)| February1997

"Buses and Coaches: Design and Construction"| Published by International Transport Workers Federation| 2004

John Potter| "Bus cab Ergonomic Design"| Auckland Tramways Union| 2002

Harry Saporta| "Durable Ergonomic seating for Urban Bus Operators"| Oregon OSHA Redesign Program| November 2000

Rolland D.King| "Bus Occupant Safety "| Published by Transportation Research Board National Research Council| 1996

Professor M A J Kompier| "Bus Drivers: Occupational Stress and Stress Prevention"| Published by International Labor Office| 1996