PRZYSTOSOWANIE SYMULATORA PODNOŚNIKOWEGO WÓZKA JEZDNIOWEGO DO BADAŃ ZACHOWAŃ OPERATORÓW WÓZKA W SYTUACJI ZAGROŻENIA KOLIZJĄ

Transkrypt

1 Mgr inż. Antoni SAULEWICZ Centralny Instytut Ochrony Pracy Państwowy Instytut Badawczy Mgr inż. Dariusz FILIPEK Centralny Instytut Ochrony Pracy Państwowy Instytut Badawczy PRZYSTOSOWANIE SYMULATORA PODNOŚNIKOWEGO WÓZKA JEZDNIOWEGO DO BADAŃ ZACHOWAŃ OPERATORÓW WÓZKA W SYTUACJI ZAGROŻENIA KOLIZJĄ Streszczenie: W artykule przedstawiono istotne zmiany w symulatorze podnośnikowego wózka jezdniowego wprowadzone w celu przystosowania symulatora do badań zachowania operatorów wózka w sytuacji zagrożenia kolizją z pieszym. Przedstawiono również niektóre wyniki badań pilotażowych wykonanych po wprowadzeniu zmian w symulatorze. ADAPTING A FORK-LIF TRUCK SIMULATOR TO TESTING THE BEHAVIOUR OF TRUCK OPERATORS EXPOSED TO A COLLISION HAZARD Abstract: This paper presents the main alterations of a fork-lift truck simulator introduced to adapt it to testing the behavior of fork-lift truck operators exposed to the hazard of a collision with a pedestrian. It also presents selected results of pilot tests that followed the adaptation of the simulator. Słowa kluczowe: symulator podnośnikowego wózka jezdniowego, operator wózka podnośnikowego, sytuacja zagrożenia kolizją, badania Keywords: fork-lift truck simulator, fork-lift truck operator, exposure to a collision hazard, testing 1. WPROWADZENIE Podnośnikowe wózki jezdniowe czołowe są bardzo wygodnym sprzętem, ale mogą stwarzać duże ryzyko wypadkowe. Według opinii wielu badaczy, potwierdzonych w praktyce i wykorzystanych w wytycznych dotyczących bezpieczeństwa użytkowania wózków, opracowanych przez instytucje rządowe np. w USA [1] czy w Australii [2], na wielkość ryzyka wypadkowego najbardziej wpływają następujące czynniki: organizacja ruchu podnośnikowych wózków jezdniowych, zachowanie operatorów wózków, właściwości wózków. Artykuł niniejszy dotyczy zachowań operatorów wózków w sytuacji zagrożenia kolizją z osobą pieszą, np. jak w sytuacjach zilustrowanych na rys. 1 a) i b). 737

2 a) b) Rys. 1. Sytuacje zagrożenia kolizją z wózkiem a) w jednym z przedsiębiorstw w USA (fotografia dzięki uprzejmości firmy CISCO-Eagle z USA); b) w jednym z przedsiębiorstw w Polsce Sytuacje zagrożenia przedstawione na rysunkach 1 a) i b) zdarzają się, niestety, dość często. Według danych UDT [3] w Polsce w roku 2011, w sytuacjach podobnych, pięć osób doznało poważnych obrażeń ciała, przy czym w trzech przypadkach w wyniku kolizji wózka z osobą pieszą, a w dwóch w wyniku kolizji dwóch wózków. Na rysunku 2, operator dojeżdżając do skrzyżowania dróg z ograniczoną widocznością, nie stosował hamowania. Prawdopodobnie operator ten nie zdaje sobie sprawy, ile wynosi droga zatrzymania wózka poruszającego się z prędkością 7 km/h. Znajomość drogi zatrzymania wózka poruszającego się z różną prędkością jest niezbędna nie tylko dla operatorów wózków, ale i do prawidłowej organizacji ruchu wózków w transporcie wewnątrzzakładowym. Badania zachowań kierowców w podobnych sytuacjach, z uwzględnieniem różnej prędkości jazdy wózka, są zaplanowane w CIOP-PIB w bieżącym roku. Będą one wykonane z wykorzystaniem symulatora podnośnikowego wózka jezdniowego istniejącego w CIOP-PIB i stosowanego w wielu badaniach, np. dotyczących widoczności otoczenia przez operatora wózka [4]. W artykule niniejszym przedstawiono przystosowanie symulatora podnośnikowego wózka do zaplanowanych badań oraz niektóre wyniki badań pilotażowych wykonanych po przystosowaniu symulatora do tych badań. 2. ISTOTNE ZMIANY WPROWADZONE W SYMULATORZE Na rysunku 2 przedstawiono symulator podnośnikowego wózka jezdniowego w CIOP-PIB. Jest to symulator zbudowany w technice rzeczywistości mieszanej, tzn. środowisko, w którym porusza się wózek, jest generowane komputerowo, natomiast wszystkie elementy sterownicze są identyczne jak w podnośnikowym wózku czołowym Still RX 50. Symbolem 1 zaznaczono infohełm operatora, natomiast symbolem 2 monitor. Obraz w infohełmie jest ten sam jak na monitorze, ale w wersji stereoskopowej. Dźwięk w infohełmie jest w wersji stereofonicznej. W symulatorze jest stosowana aplikacja użytkowa wykonana w programie Quest 3D VR Edition. Modele są wykonane w programie 3D Studio. W przypadku wystąpienia kolizji wózka z człowiekiem, aplikacja zatrzymuje się na krótko, a na ekranie w tym czasie występuje żółte tło i odpowiedni komunikat. 738

3 Rys. 2. Symulator wózka podnośnikowego w CIOP-PIB 2.1. Przystosowanie środowiska symulatora do badań W ramach przystosowania symulatora zmodyfikowano aplikację użytkową oraz zmieniono środowisko wirtualne w symulatorze. Na rysunku 3 przedstawiono zmieniony fragment środowiska wirtualnego, w którym symuluje się sytuacje zagrożenia. Jest to część tzw. obszaru produkcji, w którym znajdują się zaznaczone schematycznie różne urządzenia produkcyjne i wyposażenie. Rys. 3. Fragment środowiska wirtualnego, przystosowanego do potrzeb badań W przedstawionej na rysunku 3 części środowiska wirtualnego przewidziano także miejsce parkingowe oznaczone literą P, przeznaczone do parkowania wózka. Z miejsca tego wózek może wykonywać również przejazdy wokół maszyn i urządzeń produkcyjnych oznaczonych czerwonymi prostokątami. Literą F zaznaczono miejsce zatrzymywania się wózka w celu wprowadzenia zmian w warunkach badań. Trasę wózka w tych przejazdach oznaczono linią 739

4 zieloną. Wzdłuż tej drogi umieszczono cztery pary wirtualnych postaci ludzkich (oznaczonych literami A z odpowiednimi indeksami), z których jedna postać może w sposób nieoczekiwany wkroczyć na drogę przed wózkiem, stwarzając sytuację zagrożenia. Na rysunku 4 przedstawiono jedną parę wirtualnych postaci. Symbol d ilustruje odległość od końców wideł wózka, do wybranej postaci wirtualnej, w jakiej postać ta, jeśli jest uaktywniona, wkroczy na jezdnię przed wózkiem. Rys. 4. Wirtualne postacie przed nadjeżdżającym wózkiem w środowisku wirtualnym 2.2. Modyfikacja menu symulatora Na rysunku 5 przedstawiono, opracowane w ramach zadania, dodatkowe menu w zmodyfikowanym symulatorze. Menu to służy do wyboru warunków badań, np. wyboru aktywnej pary postaci wirtualnych od A1 do A4, aktywnej postaci wirtualnej z każdej z par od A1 do A4; odległości wybranej postaci od końców wideł wózka, w metrach, w jakiej wybrana postać uaktywni się i wkroczy na jezdnię przed nadjeżdżającym wózkiem; wartości maksymalnej lub roboczej prędkości ruchu wózka, w km/h; wartości prędkości ruchu uaktywnionej postaci wirtualnej, w m/s System akwizycji danych w zmodyfikowanym symulatorze System akwizycji danych w zmodyfikowanym symulatorze rejestruje, między innymi, następujące dane: czas (w sekundach); prędkość jazdy wózka (w km/h); uaktywnienie pedału hamulca głównego w wyniku działania stopy kierowcy na ten pedał (w układzie 0,1); uaktywnienie pedału gazu w wyniku działania stopy kierowcy na pedał gazu (w układzie 0,1); współrzędne położenia każdej z wirtualnych postaci ludzkich (w metrach); prędkość ruchu każdej z uaktywnionych wirtualnych postaci (w m/s); szerokość drogi wózka (w metrach); współrzędne położenia wózka (w metrach); odległość d (w metrach), aktywnej postaci wirtualnej od końców wideł wózka (wg rysunku 4); wystąpienie kolizji wózka z wirtualną postacią ludzką (w układzie 0,1); długość drogi hamowania wózka (w metrach) od naciśnięcia na pedał hamulca głównego do zatrzymania się wózka; liczba błędów popełnionych przez kierowcę wózka podczas jazdy (narastająco). Podczas badań w symulatorze: w jego menu są ustalane warunki badań, 740

5 podczas jazdy wózka drogą, która jest zaznaczona na rysunku 4 linią zieloną, kierowca jedzie środkiem drogi. W ustalonych w menu odległościach d aktywna postać wirtualna wkracza na drogę przed nadjeżdżającym wózkiem. Operator wózka, aby uniknąć kolizji, przenosi szybko stopę z pedału gazu na pedał hamulca, aby zatrzymać wózek. System akwizycji symulatora rejestruje dane. Program Fraps rejestruje przebieg zdarzeń podczas jazdy wózka. Rys. 5. Menu symulatora do wyboru parametrów badań 3. NIEKTÓRE WYNIKI BADAŃ PILOTAŻOWYCH Głównym celem badań pilotażowych było określenie warunków badań właściwych. Położenie wirtualnych postaci może być częściowo zasłonięte dla operatora wózka przez elementy konstrukcji kokpitu kierowcy. Ponadto, początek wkraczania wirtualnych postaci na jezdnię najlepiej rozpoznawać po rozpoczęciu ruchu ich stóp. A więc nie każda odległość d aktywnej postaci od końca wideł jest tak samo przydatna do celów badań. Ponadto, na przebieg zdarzenia w sytuacji zagrożenia ma wpływ również prędkość poruszania się wirtualnych postaci. Na ruch symulatora w czasie jego hamowania ma również wpływ kolizja wózka z postacią wirtualną czy elementem infrastruktury. W celu wyboru warunków badań właściwych, a więc np. odległości d, prędkości ruchu postaci wirtualnych oraz w celu oceny wpływu kolizji na sposób określania drogi hamowania przeprowadzono badania pilotażowe. W badaniach uczestniczyło sześciu doświadczonych operatorów podnośnikowych wózków jezdniowych w wieku do 55 roku życia i aktualnie wykonujących zawód operatora wózka. Każdy z operatorów uczestniczył w badaniach w pięciu dniach, przy czym, ze względu na wpływ środowiska wirtualnego, w pierwszym dniu pół godziny, zaś 741

6 w pozostałych dniach po 45 minut. Ponadto, po około 15 minutach jazdy następowała przerwa. Z tego samego powodu, wyników z pierwszego dnia nie analizowano Odległość d przeszkody od poruszającego się wózka W ocenie odległości położenia przeszkody od wózka ważne są ww. czynniki. W tablicy 1 podano określone w badaniach zalecane wartości odległości d. Tablica 1. Zalecane wartości odległości d Wartość odległości d, w metrach 6,4 6,0 5,9 5,5 5,2 5,0 4,6 4,2 4,0 3,6 3,2 8,1 do 12 do 6 Prędkość wózka, 6,1 8 w km/h 3.2. Czas ryzyka ttc i czas reakcji t rk kierowcy Do analiz wygodnie jest stosować wielkość o symbolu ttc (skrót angielskiego określenia time to collision), zwaną w literaturze polskiej czasem ryzyka [5]. Jest to czas, mierzony od chwili dostrzeżenia przeszkody przez operatora, po upływie którego mogłaby nastąpić kolizja z przeszkodą. W tym przypadku ttc można obliczyć ze wzoru ttc = d/v 0 [s]; (1) w którym d [m] jest odległością przeszkody od wózka; V 0 [m/s] jest prędkością wózka w momencie dostrzeżenia przeszkody przez kierowcę. Czas reakcji kierowcy, t rk [s], jest określany na podstawie danych z systemu akwizycji danych symulatora, z niepewnością ± 0,08 [s]. Jest to czas liczony od momentu wchodzenia postaci wirtualnej na jezdnię do chwili naciśnięcia przez kierowcę na pedał hamulca głównego. Taka definicja czasu reakcji różni się od definicji stosowanej przez psychologów lub rzeczoznawców techniki samochodowej. Niniejsza definicja wynika ze stosowania innego bodźca przy określaniu czasu reakcji aniżeli w przypadku pomiaru tego czasu w laboratorium i jest przeznaczona do celów analizy specyficznych warunków ruchu podnośnikowych wózków jezdniowych w aspekcie bezpieczeństwa. Na rysunku 6 przedstawiono otrzymany przedział wartości t rk dla stosowanego przedziału wartości ttc. ttc [0,96-4,59 s] trk [0,64-1,12 s] Przedział wartości ttc i trk Rys. 6. Przedziały wartości ttc i t rk 742

7 Wyniki analizy statystycznej istotności między czasem ryzyka ttc a czasem reakcji t rk Z użyciem programu komputerowego SPSS wersja 11.5 określono wartość współczynnika Pearsona, dotyczącego między ttc a t rk w odniesieniu do poszczególnych operatorów uczestniczących w badaniach od 2. do 5. dnia badań. Stosowano następujące poziomy istotności : p < 0,01 istotność statystyczna; 0,01 < p < 0,05 tendencja statystyczna; p > 0,05 istotności statystycznej. Wyniki zamieszczono w tablicach 2 i 3. Tablica 2. Wartości współczynnika Pearsona dotyczącego ttc i t rk 1 osoba 2 osoba 3 osoba 4 osoba 5 osoba 6 osoba 2 dzień 0,571 0,461 0,369 0,709 0,554 0,294 3 dzień 0,357 0,362 0,414 0,124 0,529 0,101 4 dzień 0,320 0,311 0,217 0,585 0,462 0,157 5 dzień 0,243 0,431 0,268 0,018 0,312 0,147 Tablica 3. Istotność statystyczna między ttc i t rk 1 osoba 2 osoba 3 osoba 4 osoba 5 osoba 6 osoba 2 dzień korelacja korelacja korelacja korelacja korelacja korelacja 3 dzień korelacja korelacja korelacja korelacja 4 dzień korelacja korelacja tendencja korelacja korelacja 5 dzień korelacja tendencja korelacja Znaczenie użytych określeń: korelacja korelacja istotna statystycznie; tendencja korelacja na poziomie tendencji statystycznej; istotnej statystycznie Droga S rk wózka, przebyta w czasie reakcji t rk operatora wózka W tym przypadku można ją obliczyć według wzoru: S rk = V 0 t rk [m]; (2) w którym V 0 prędkość wózka, w m/s, w momencie dostrzeżenia przeszkody przez operatora; t rk czas reakcji operatora, w sekundach; jest określany na podstawie danych z systemu akwizycji danych symulatora. Dla zakresu prędkości wózka od 6 km/h do 12 km/h i dla najkrótszego t rk równego 0,64 s, przedział obliczonych wartości S rk wyniósł od 1,07 m do 2,13 m, zaś dla t rk równego 1,12 s przedział ten wyniósł od 1,87 m do 3,73 m. 743

8 3.4. Droga S h hamowania wózka Okazało się, że w przypadku wystąpienia kolizji, droga S h hamowania wózka zależy także od przebiegu kolizji i wtedy może być obarczona znacznym błędem. Dlatego wygodniej jest nie przyjmować wartości drogi hamowania z systemu akwizycji danych symulatora, ale obliczać ją z uwzględnieniem wartości prędkości V o ruchu wózka w momencie dostrzeżenia przeszkody przez operatora. W przypadku średniej wielkości wózków (np. Still R50) można stosować następujący wzór na drogę hamowania [6]: S h = 0,35 V 0 + V 0 2 /15,0972 (3) We wzorze tym V 0 [m/s] jest prędkością wózka w momencie dostrzeżenia przeszkody przez operatora. Obliczona według tego wzoru wartość drogi hamowania dotyczy wózków bez ładunku. Jest to najkrótsza droga hamowania, ponieważ np. podczas przewożenia ładunku nie należy stosować gwałtownego hamowania ze względu na możliwość spadnięcia ładunku. Dla zakresu prędkości od 6 km/h do 12 km/h długość drogi hamowania wynosiła od 0,77 m do 1,9 m, a więc zarówno dla najkrótszego, jak i dla najdłuższego t rk zarówno przy prędkości 6 km/h jak i 12 km/h droga hamowania była krótsza od S rk. Mając obliczone S rk i drogę hamowania S h, można łatwo obliczyć całkowitą drogę zatrzymania S z = S rk + S h wózka dla każdej prędkości. Dla najkrótszego czasu reakcji t rk równego 0,64 s zawierała się ona w przedziale od 1,84 m do 4,03 m, zaś dla t rk równego 1,12 s w przedziale od 2,64 m do 5,63 m. Informacja dotycząca długości drogi zatrzymania przy różnej prędkości wózka jest przydatna zarówno dla operatorów wózków, jak i dla organizatorów ruchu. 4. DYSKUSJA OTRZYMANYCH WYNIKÓW Otrzymane wyniki badań potwierdziły przydatność parametru ttc, obejmującego zarówno prędkość ruchu wózka, jak i odległość wózka od przeszkody. Jest to wielkość stosunkowo nowa i wyniki jej stosowania aktualnie są bardziej interesujące w aspekcie poznawczym. Prawdopodobnie ograniczona liczba danych dotyczących ttc i czasu reakcji t rk nie dostarczyły przekonywujących informacji na temat istnienia lub u ewentualnej między tymi wielkościami. Obliczając drogę wózka w czasie reakcji operatora na pojawienie się przeszkody, pominięto możliwe zmniejszenie się prędkości wózka w stosunku do wartości V o.wynika to stąd, że nie były dostępne wiarygodne dane ani w przypadku wózków z napędem elektrycznym, ani spalinowym. Założenie to nie spowoduje powstania wyników, których stosowanie mogłoby wpłynąć na pogorszenie bezpieczeństwa. Artykuł niniejszy powstał w wyniku realizacji drugiego etapu projektu badawczego nr 04.A.29 pt. Badania i opracowanie rozwiązań organizacyjnych zmniejszających ryzyko wypadkowe wynikające z ruchu podnośnikowych wózków jezdniowych w transporcie wewnątrzzakładowym w ramach programu wieloletniego pn. Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy realizowanego w CIOP-PIB w latach

9 LITERATURA [1] Rod R., Blagojevich J.L.: Forklift Safety Guide, Printed by the Authority of State Illinois, USA, 2012 Forklift Safety Guide ACT WorkCover, Canberra City, Australia, [2] Analiza nieszczęśliwych wypadków i niebezpiecznych uszkodzeń urządzeń technicznych za rok 2011, UDT, Warszawa, marzec 2012 r. [3] Saulewicz A. i inni: Określenie zmian widzialności otoczenia przez operatorów podnośnikowych wózków jezdniowych w aspekcie ryzyka wypadkowego, Sprawozdanie etapowe projektu 4R15, CIOP-PIB, Warszawa, [4] Lozia Z.: Symulatory jazdy samochodem, WKŁ, Warszawa, [5] Saulewicz A. i inni: Sprawozdanie etapowe realizacji zadania 04.A.29, etap 2. Opracowanie wytycznych dotyczących organizacji ruchu podnośnikowych wózków w transporcie wewnątrzzakładowym. Modyfikacja symulatora podnośnikowego wózka jezdniowego. CIOP-PIB, Warszawa,

10 746