PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 98 Transport 2013 Iwona Grabarek Politechnika Warszawska, Wydzia Transportu ZASADY PROJEKTOWANIA ERGONOMICZNEGO W PROJEKCIE ECO-MOBILNO R kopis dostarczono, maj 2013 Streszczenie: Projekt Eco-Mobilno realizowany na Wydziale Transportu dotyczy innowacyjnych systemów transportowych, wspomagaj cych mobilno ludzi. W referacie przedstawiono wybrane aspekty projektowania ergonomicznego w dwóch z pi ciu realizowanych zada. Zasady ergonomiczne w tym zakresie dotycz procesu dostosowania wymiarowego pojazdów do u ytkowników o ró nej sprawno ci fizycznej. W referacie okre lono metodyk bada, przeanalizowano uzyskane wyniki oraz przedstawiono ich wykorzystanie w projektowanych konstrukcjach. S owa kluczowe: mobilno, ergonomia, rodki transportu, osoby niepe nosprawne 1. WST P Projekt Eco-Mobilno z za o enia ma charakter interdyscyplinarny. W pi ciu zadaniach projektowane s ró ne systemy zwi kszaj ce mobilno ludzi. W obecnej rzeczywisto ci jest to niezwykle istotny problem, ze wzgl du na niekorzystne zmiany demograficzne w krajach gospodarczo rozwini tych. Nast pi o zmniejszenie tempa przyrostu naturalnego, przy jednoczesnym przed u eniu ycia. Zjawisko to generuje du liczb osób starszych o okre lonych, specyficznych mo liwo ciach i ograniczeniach, a co za tym idzie, pojawia si konieczno dostosowania otoczenia do ich potrzeb. Jednym z g ównych zada ergonomii w tej sytuacji jest aktywny udzia w eliminowaniu barier architektonicznych i komunikacyjnych. Projekt Eco-Mobilno wpisuje si w dzia ania minimalizuj ce przede wszystkim bariery komunikacyjne, zwi kszaj c tym samym mobilno osób o ró nej sprawno ci. Grupa potencjalnych u ytkowników projektowanych konstrukcji to nie tylko osoby starsze z ograniczon sprawno ci wynikaj c z wieku, oraz osoby z nabyt niepe nosprawno ci w wyniku nieszcz liwych wypadków, ale równie osoby ca kowicie sprawne. We wszystkich zadaniach projektu uwzgl dniono wymagania ergonomiczne, lecz szczególnie istotn rol odegra y 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 dotycz cych 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 z o ony z dwóch podstawowych podsystemów: ludzkiego i technicznego, czyli systemu cz owiek maszyna, czy te uogólniaj c: cz owiek-obiekt techniczny [4]. Kszta towanie rodków transportu zgodnie z wymaganiami psychofizjologicznymi cz owieka decyduje o ich jako ci ergonomicznej. Specyfika rodków transportu sprawia, e proces projektowania ergonomicznego odbywa si dwutorowo. Z jednej strony realizowane s wymagania zwi zane ze stanowiskiem pracy operatora (tzn. kierowcy, maszynisty, pilota), a z drugiej strony wymagania dotycz ce przestrzeni pasa erskiej. Oczekiwania obu grup u ytkowników nie zawsze s jednakowe, jednak e spotykaj si na wspólnej p aszczy nie, jak jest bezpiecze stwo rodków transportu. Zatem analizie i projektowaniu podlegaj uk ady: operator rodek transportu oraz pasa er rodek transportu [2]. Sformu owanie wymaga ergonomicznych w stosunku do projektowanych nowych rodków transportu wymaga krótkiej ich charakterystyki [3]. Personal Rapid Transit (PRT) to zero-emisyjny, inteligentny system transportowy, cz cy cechy indywidualnego i masowego transportu miejskiego typu point to point lub door to door, na który sk adaj si ma e pojazdy (czteroosobowe) poruszaj ce si zdalnie po lekkiej infrastrukturze najcz ciej szynie napowietrznej. Podró odbywa si od stacji pocz tkowej do stacji docelowej bez przystanków po rednich, a pojazdy nie stanowi adnej bariery dla osób niepe nosprawnych ruchowo. W przypadku tego systemu, cz owiek pe ni funkcj pasa era, a bezza ogowy pojazd wymaga jedynie od niego wykonania prostych czynno ci w zakresie obs ugi monitora dotykowego (interfejsu), niezb dnych dla wyznaczenia punktu docelowego podró y. Innowacyjno miejskiego elektrycznego eco-samochodu wynika z jego dostosowania zarówno do kierowców sprawnych, jak i poruszaj cych si za pomoc wózków inwalidzkich. Konstrukcja wn trza kabiny, a szczególnie fotela kierowcy i pulpitu sterowania, pozwala na kierowanie samochodem przez osob z ograniczon sprawno ci ko czyn dolnych, bez konieczno ci przesiadania si z wózka na fotel kierowcy. Cz owiek w eco-samochodzie mo e pe ni funkcj kierowcy i pasa era. Przyst puj c do projektowania kabin obu pojazdów: PRT i eco-samochodu, sformu owano zadania do realizacji, uwzgl dniaj ce podstawowe postulaty ergonomii: dostosowanie antropometryczne obu rodków transportu do potencjalnych u ytkowników,
Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie Eco-Mobilno 195 zapewnienie funkcjonalno ci pojazdów (sprawno, niezawodno, atwo u ytkowania), zapewnienie komfortu i bezpiecze stwa podró owania, uzyskanie akceptacji i zadowolenia u ytkowników. Nieod cznym elementem jako ci ergonomicznej ka dego pojazdu jest prawid owe, z punktu widzenia norm higienicznych, ukszta towanie rodowiska materialnego w kabinie pojazdu, k ad c szczególny nacisk na: drgania, ha as, o wietlenie, mikroklimat. Rozwi zanie ka dego z wymienionych zada jest mo liwe przy wykorzystaniu dok adnie okre lonych kryteriów ergonomicznych. 3. METODYKA BADA W za o eniach przyj to zró nicowan grup u ytkowników z punktu widzenia wymiarów, wieku, zdolno ci ruchowych. Dok adne poznanie ró nic i potrzeb tych osób pozwoli o na uwzgl dnienie uzyskanej wiedzy w konstrukcji obu pojazdów. Zaprojektowanie funkcjonalnych i ergonomicznych pojazdów wymaga o przeprowadzenia wielu analiz i bada, m.in.: bada ankietowych, w których osoby niepe nosprawne stanowi y grup ekspertów, analizy wymiarowej przestrzeni kabin z punktu widzenia pasa erów, czyli weryfikacji antropometrycznej, analizy mo liwo ci obs ugi manualnej interfejsu pasa era, analizy pola widzenia kierowcy w odniesieniu do ró nych wymiarów kierowców, analizy mo liwo ci sterowania eco-samochodem tylko przy pomocy ko czyn górnych, mo liwo ci atwego wsiadania i wysiadania z pojazdów. Gotowe makiety: mobilna eco-samochodu i stacjonarna pojazdu PRT, poddane zostan weryfikacji z punktu widzenia atwo ci i intuicyjno ci ich obs ugi, przez grupy u ytkowników ró ni cych si wiekiem i sprawno ci. Badaniami ankietowo-ekspertowymi obj to dwie grupy osób poruszaj cych si na wózkach inwalidzkich aktywnych. Pierwszy etap bada przeprowadzono w O rodku Fundacji Aktywnej Rehabilitacji w Warszawie. W badaniach wzi o 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 ch opiec. Niedow adowi ko czyn dolnych cz sto towarzyszy ograniczenie sprawno ci ko czyn górnych, zatem istotne by o ustalenie poziomu tej sprawno ci. Respondenci swój poziom sprawno ci z tego zakresu okre lili w nast puj cy sposób: ca kowita sprawno 3 osoby niewielkie trudno ci w wykonywaniu czynno ci ruchowych 6 osób, du e trudno ci w wykonywaniu czynno ci ruchowych ko czynami górnymi 3 osoby.
196 Iwona Grabarek Respondenci drugiego etapu rekrutowali si spo ród osób wytypowanych przez Fundacj Aktywnej Rehabilitacji i ankiety rozpowszechnione zosta y drog elektroniczn. W badaniach wzi o udzia 15 osób w przedziale wiekowym od 26 do 45 lat, w tym 3 kobiety i 12 m czyzn. Z danych dotycz cych poziomu sprawno ci czynno ci ruchowych ko czyn górnych oraz mo liwo ci wykonywania czynno ci manipulacyjnych wynika, e badana grupa reprezentuje szerszy zakres mo liwo ci, czego dowodem mi dzy innymi jest posiadanie prawa jazdy przez 11 m czyzn na 12 oraz 1 kobiet na 3. Generalnie wnioski z tej cz ci ankiety mo na podsumowa stwierdzeniem, e wi kszo badanych ma niewielkie utrudnienia w wykonywaniu czynno ci ko czynami górnymi i maj oni mo liwo wykonywania prawie wszystkich czynno ci manipulacyjnych, W weryfikacji antropometrycznej zastosowano metod bezpo redni oraz fantomów komputerowych, b d cych elementem programu Catia. W analizach wykorzystano zarówno wymiary najmniejszych osobników (C 5, jak i najwi kszych, czyli C 95 ). W tym przypadku najwi ksz analizowan osob by 95-centylowy m czyzna, siedz cy na wózku o wysoko ci siedziska 52 cm. Projekt interfejsu w kabinie pojazdu PRT wymaga wst pnej analizy wymiarów i dost pno ci obszarów dotykowych na monitorze, umo liwiaj cych jego obs ug równie osobom z mniejsz sprawno ci ko czy górnych. Natomiast projekt pulpitu sterowniczego w eco-samochodzie wymaga okre lenia zakresu jego regulacji, uwzgl dniaj cej najmniejszych u ytkowników, siedz cych na fotelu kierowcy i najwi kszych, siedz cych na najwy szym wózku inwalidzkim. W artykule przedstawiono wyniki bada i wnioski dotycz ce uwarunkowa wymiarowych obu kabin. 4. ANALIZA WYNIKÓW BADA Istotnym elementem projektowania maj cego na celu dostosowanie pojazdu do mo liwo ci u ytkowników jest po czenie wst pnych za o e konstrukcyjnych i zasad ergonomii, z oczekiwaniami sformu owanymi przez respondentów. Aby zapewni wysoki poziom funkcjonalno ci i u yteczno ci kabiny pojazdu PRT i eco-samochodu, wzi to pod uwag zagadnienia zwi zane z: wchodzeniem i opuszczaniem kabiny, umiejscowieniem /mocowaniem wózka w kabinie, konstrukcj siedze, dost pno ci interfejsu/urz dze sterowniczych, obs ug interfejsu/urz dze sterowniczych, rozmieszczeniem pozosta ych urz dze, widoczno ci, komfortem podró y /wygoda, atwo, estetyka/, poczuciem bezpiecze stwa. Wst pne za o enia funkcjonalne pojazdu PRT i eco-samochodu przedstawiono w tablicy 1.
Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie Eco-Mobilno 197 Wst pne za o enia funkcjonalne pojazdu PRT i eco-samochodu Tablica 1 PRT Max 4 osoby Sterowanie zdalne /brak operatora/ Jeden kierunek jazdy Eco-samochód Max 3 osoby Kierowca sprawny na fotelu lub z ograniczon sprawno ci ko czyn dolnych, siedz cy na wózku inwalidzkim Dowolny kierunek jazdy Podró na siedz co Dwie osoby przodem, dwie ty em Drzwi z jednej strony Wszystkie osoby siedz przodem do kierunku jazdy Drzwi z trzech stron 4.1. ANALIZA WYNIKÓW BADA EKSPERTOWYCH DLA POJAZDU PRT Analiza opinii ekspertów z grupy osób niepe nosprawnych umo liwi a uszczegó owienie za o e, u atwiaj cych dostosowanie wymiarowe pojazdu PRT do osób o ró nej sprawno ci [5]. Ankietowane osoby sformu owa y nast puj ce postulaty w tym zakresie: pasa er na wózku powinien mie zapewnion powierzchni manewrow dla ustawienia wózka w wyznaczonym miejscu (min. 120x100 cm), maksymalna szeroko odst pu mi dzy peronem a kabin powinna wynosi nie wi cej ni 10 cm, wjazd/wyjazd wózka ty em 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 pod ogi), interfejs oraz urz dzenia alarmowe, przekazuj ce informacj od pasa era do centrali sterowania, urz dzenia klimatyzacji i wentylacji oraz urz dzenia czno ci z central, powinny by umieszczone w optymalnym zasi gu r k. 4.2. ANALIZA WYNIKÓW BADA EKSPERTOWYCH DLA ECO-SAMOCHODU Analiza opinii ekspertów z grupy osób niepe nosprawnych równie umo liwi a uszczegó owienie za o e w stosunku do eco-samochodu. Ankietowane osoby formu o-
198 Iwona Grabarek wa y m.in. nast puj ce postulaty: optymalna szeroko wjazdu/wyjazdu wózka z kabiny 100 cm - 110 cm, maksymalny k t pochylni umo liwiaj cy wjazd wózka 20 0, grubo p yty pod ogowej samochodu mo liwa do pokonania przez wózek bez dodatkowej pochylni równa 10-12 cm, elementy chwytne u atwiaj ce 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 pod ogi powinna wynosi 120x100 cm, wózek mocowany do pod ogi, dodatkowe podparcie pleców i g owy podczas jazdy, przy ca kowitej sprawno ci d oni mo na zastosowa kierownic integruj c w sobie wiele funkcji sterowniczych. 4.3. ANALIZA WYMIAROWA KABIN POJAZDU PRT I ECO-SAMOCHODU Projektuj c przestrze i rozmieszczenie elementów wyposa enia w kabinie pojazdu PRT wzi to pod uwag nast puj ce aspekty antropometryczne [1]: zajmowan pozycj podczas jazdy, zasi gi ko czyn górnych, zapewnienie komfortowej jazdy, wymiary potencjalnych u ytkowników, zarówno osób sprawnych, jak i poruszaj cych si na wózkach inwalidzkich, pole widzenia kierowcy. Wnioski sformu owane przez osoby z niepe nosprawno ciami w badaniach ankietowoekspertowych zosta y wykorzystane w projektowaniu wn trz obu kabin, czyli PRT i eco-samochodu. 4.3.1. PRT weryfikacja antropometryczna Korzystaj c z fantomów komputerowych wyznaczono obszary dost pne dla wszystkich pasa erów, korzystaj cych z pojazdu PRT. Warto podkre li, e podczas jazdy wózek wraz z pasa erem jest unieruchomiony w osi pojazdu (przodem lub ty em do kierunku jazdy), co zaznaczono schematycznie na rys. 1. Zapewnienie dost pno ci do monitora lub interfejsu najmniejszej osobie siedz cej na wózku, czyli C 5, jest w tym przypadku warunkiem koniecznym i wystarczaj cym. Zainstalowanie dwóch monitorów na przeciwleg ych cianach pozwoli na ich obs ug przy pomocy prawej r ki, w zale no ci 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 ty em do kierunku jazdy b) usytuowanie wózka przodem do kierunku jazdy Rys. 2. Obszar zasi gu ko czyn górnych najmniejszej kobiety na wózku i usytuowanie monitorów /rys. Rumianek P./ Okre lenie obszaru zasi gu ko czyn górnych dla najmniejszej osoby siedz cej na wózku inwalidzkim (C5 5 centyl kobieta) umo liwi o prawid owe umiejscowienie monitorów interfejsu pasa era, zarówno w przypadku usytuowania wózka przodem, jak i ty em do kierunku jazdy, co przedstawiono na rys. 2.
200 Iwona Grabarek 4.3.2. Eco-samochód weryfikacja antropometryczna Jedn z cech odró niaj c projektowany eco-samochód od typowych samochodów osobowych jest wysoko fotela kierowcy. Projektuj c przestrze kabiny samochodu, uwzgl dniono zarówno najmniejszych osobników, czyli kobiet C 5, siedz c na fotelu kierowcy, jak i m czyzn C 95, siedz cego na najwy szym wózku inwalidzkim. Zgodnie z obowi zuj cymi normami, zakres wysoko ci siedziska w wózkach wynosi 40 52 cm. Za o ono wysoko fotela kierowcy równ 40 cm. Oznacza to, e maksymalna ró nica w wysoko ci fotela i wózka wynosi 12 cm. W zaprojektowanym rozwi zaniu fotel kierowcy nie posiada regulacji wzd u 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 posiadaj c wzd u n, jak i pionow regulacj, dostosowuje swoje po o enie do kierowców o ró nych wymiarach. Po o enie kierownicy uwzgl dnia równie k ty komfortu podczas sterowania, mierzone mi dzy ramieniem i przedramieniem kierowcy. Rys. 3 przedstawia zakres regulacji kierownicy, obejmuj cy obszar mi dzy analizowanymi dwoma skrajnymi przypadkami usytuowania u ytkowników, przy czym kierownica jest sta ym elementem pulpitu. Rys. 3. Obszar regulacji po o enia kierownicy /rys. Barwicki M. / Umo liwienie kierowania samochodem z pozycji wózka inwalidzkiego aktywnego wymaga o opracowania specjalnej konstrukcji fotela kierowcy. Fotel ten, z jednej strony dostosowany jest pod wzgl dem 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 sta ego podparcia pleców i g owy, w celu zapewnienia bezpiecze stwa. To, czego kierowcy z niepe nosprawno ciami nie zapewnia wózek, musi by zrealizowane w inny sposób, a w przypadku projektowanego samochodu, wykorzystywano w tym celu oparcie z o onego fotela kierowcy. Oparcie spe nia jeszcze dodatkow funkcj daje mo liwo mocowania do niego osoby na wózku, za pomoc pasów bezpiecze stwa. Funkcja ta realizowana jest dzi ki innowacyjnej konstrukcji, która pozwala dosun wózek inwalidzki, mimo wystaj cej z ty u pó ki wzmacniaj cej jego
Zasady projektowania ergonomicznego w projekcie Eco-Mobilno 201 konstrukcj i r czek usytuowanych w oparciu wózka. Dodatkowe mocowanie wózka realizowane jest automatycznie przy pomocy mechanizmu umiejscowionego w pod odze. Rysunek 4 przedstawia pozycj kierowcy na wózku inwalidzkim aktywnym, podpartym przy pomocy z o onego fotela sprawnego kierowcy, posiadaj cego regulowany zag ówek. Rys. 4. Pozycja kierowcy siedz cego na wózku inwalidzkim podpartego z o onym fotelem /rys. Barwicki M. / Kolejnym zagadnieniem istotnym dla kierowcy jest zapewnienie mu odpowiedniego pola widzenia. Powinno ono umo liwi odbiór informacji nap ywaj cych z otoczenia (droga, znaki drogowe, inni u ytkownicy dróg) oraz odbiór sygna ów z pulpitu sterowniczego. W przypadku konstrukcji tego samochodu, nale a o uwzgl dni umiejscowienie fotela w osi pojazdu oraz znaczn ró nic mi dzy skrajnymi po o eniami oczu V 1 i V 2. Rysunek 5 przedstawia wielko pola widzenia, które w efekcie warunkowa o kszta t i wielko szyby przedniej, jak równie po o enie pulpitu z urz dzeniami sygnalizacyjnymi i sterowniczymi. a) b) Rys. 5. a) Pole widzenia w p aszczy nie strza kowej b) Maksymalne pole widzenia w rzucie uko nym /rys. Barwicki M. / Legenda: obszar wewn trzny pole widzenia, wyznaczone przy nieruchomej g owie i ga kach ocznych, obszar rodkowy pole widzenia uwzgl dniaj cy ruch ga ek ocznych, obszar zewn trzny pole widzenia uwzgl dniaj ce ruch ga ek ocznych i g owy
202 Iwona Grabarek PODSUMOWANIE Sformu owanie wymaga z zakresu ergonomii i bezpiecze stwa oraz zastosowanie ich w fazie koncepcyjnej jest niezwykle istotne dla zapewnienia niezawodnego i komfortowego transportu pasa erów. Du a ró norodno wymiarowa potencjalnych u ytkowników i brak odpowiednich danych niew tpliwie nie u atwia projektowania zapewniaj cego wysok jako ergonomiczn i u ytkow pojazdu. Pojawiaj ce si trudno ci nale y pokonywa, prowadz c szerokie konsultacje i badania spo eczne, a uzyskane wyniki wykorzystywa jako kolejne ród o danych, pozwalaj ce w wi kszym stopniu na dostosowanie pojazdu do pasa erów. Projekt Eco-Mobilno, realizowany jest w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, poddzia anie 1.3.1 i wspó finansowany z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego Bibliografia 1. Gedliczka A., Atlas miar cz owieka. Dane do projektowania i oceny ergonomicznej. CIOP, Warszawa 2001 2. Grabarek I.: Ergonomia rodków transportu - rzemios o, nauka, sztuka. Prace Naukowe Transport, z.71, Warszawa 2009, s.57-73, 3. Grabarek I., Choroma ski 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. Keywords: mobility, ergonomics, means of transport, disabled people