Эргономичность микропроцессорных приборов безопасности грузоподъемных кранов

В.А. Коровин, доктор технических наук, генеральный директор НПП «Резонанс»,
К.В. Коровин, кандидат технических наук, заместитель генерального директора НПП «Резонанс» по качеству и развитию

Оснащение грузоподъёмных кранов современными микропроцессорными многофункциональными приборами безопасности является одним из наиболее эффективных направлений снижения аварийности и травматизма при выполнении грузоподъёмных работ. Эти приборы реализуют функции защиты крана от перегрузки, от столкновений с препятствиями при работе в стеснённых условиях (функции координатной защиты) и защиты от опасного приближения к линии электропередачи.

Однако установка прибора безопасности на грузоподъёмный кран вовсе не гарантирует, что его потенциальные возможности по защите крана будут реализованы в полном объеме. Достаточно часто встречаются аварии, обусловленные «человеческим фактором», в том числе «необученностью крановщика работе с прибором».

Это вполне объяснимо. Если, например, крановщик сознательно не вводит или не умеет вводить в прибор безопасности параметры координатной защиты, то этот прибор принципиально не может обеспечить защиту крана от столкновений с препятствиями. Равным образом, если перед началом работы на кране крановщиком в прибор безопасности неправильно введены режимы работы стрелового оборудования или опорного контура, например, не учтено, что кран работает с гуськом или при не полностью выдвинутых опорах, то прибор безопасности не может обеспечить защиту крана от перегрузки и опрокидывания. Если прибор имеет плохо читаемые индикаторы, то это затрудняет реальную оценку текущих режимов работы крана и, соответственно, снижает вероятность своевременного выявления и предупреждения крановщиком потенциально опасных ситуаций.

Иными словами, для обеспечения безопасной работы крана необходимы не только реализация в приборе безопасности функций защиты крана, предусмотренных Правилами ПБ 10-382—00 или соответствующими техническими регламентами, но и эффективное использование крановщиком возможностей этого прибора. Это предопределяет необходимость оптимизации взаимодействия системы «крановщик — прибор безопасности». Сказанное относится, в первую очередь, к исполнению и алгоритмам функционирования органов управления и индикации, размещенных на лицевой панели электронного блока прибора безопасности, расположенного в кабине крана в рабочей зоне крановщика.

Проектирование приборов безопасности, в общем случае, должно предусматривать реализацию требований к ним, сформированных на основе исследования внутренних средств деятельности крановщика (его опыта, знаний, навыков, восприятия, мышления, памяти и т. д.) и согласования их с внешними средствами (органами ручного управления, алгоритмами работы прибора, элементами индикации и т. д.) в соответствии с основной целью функционирования создаваемой системы — повышением безопасности производства грузоподъёмных работ.

Важность учета этих требований возрастает с увеличением грузоподъёмности и сложности крана. Это обусловлено возрастанием как «цены», так и вероятности ошибки крановщика при управлении таким краном. Кроме того, увеличение стоимости крана по мере роста его грузоподъёмности снижает экономические ограничения при выборе используемых органов управления и индикации.

Размышления о наилучшей организации взаимодействия «машины» и «человека» в системе защиты и управления краном неизбежно приводят к выводу, что технический уровень прибора безопасности в части его органов управления и индикации — его лицевой панели, во многом определяет множество мелких деталей. Это тот случай, когда слова знаменитого Микеланджело Буонарроти, сказанные в отношении искусства, в полной мере применимы и к технике: «Не пренебрегайте мелочами, поскольку от мелочей зависит совершенство, а совершенство — это не мелочь».

Прибор безопасности должен удовлетворять нескольким главным критериям качества, минимальный набор которых, в плане его эргономичности, в первом приближении содержит:

  • адекватность (точность) и однозначность информации о параметрах работы крана, отображаемой на его лицевой панели, исключающей возможность предоставления крановщику ложной информации и введения его в заблуждение;
  • простота считывания информации и управления прибором;
  • достаточная полнота информации, предоставляемой крановщику;
  • обеспечение достаточной скорости считывания информации крановщиком;
  • адекватность и достаточная скорость изменения отображаемой информации в динамических режимах работы крана.

В качестве исходной базы для сравнения лицевых панелей различных приборов безопасности и анализа путей их совершенствования рассмотрим прибор безопасности короткобазового колесного крана LW 250M-2 компании Komatsu выпуска 1992г. (рис.1). Лицевая панель этого прибора достаточно полно отражает уровень развития зарубежных приборов безопасности тех лет и в различных вариантах, не отличающихся общим подходом к исполнению органов управления и индикации, получила широкое распространение еще до создания отечественных микропроцессорных приборов безопасности. Она широко описана в технической литературе и в многочисленных патентах — JP 7081887 (1995 г.), US 5823370 (1995 г.) и т. д.

Лицевая панель прибора безопасности Komatsu LW 250M-2

Рис. 1. Лицевая панель прибора безопасности крана Komatsu LW 250M-2 (1992 г.)

Основная площадь лицевой панели прибора компании Komatsu (см. рис.1) занята мнемосхемой крана, на которой размещены дискретные индикаторы-светодиоды, сигнализирующие о положении опор, о режиме работы с гуськом, о срабатывании ограничителя подъема крюка и т. д.

На этой же мнемосхеме расположены семисегментные жидкокристаллические (ЖК) индикаторы, отображающие в цифровой форме текущий и максимально возможный вес поднимаемого груза, длину и угол наклона стрелы, текущий и максимально возможный вылет и угол наклона гуська. Такое расположение цифровых индикаторов, в сочетании с поясняющими надписями и разметочными линиями в виде размеров крана, позволяет крановщику однозначно идентифицировать назначение каждого индикатора и однозначно считывать соответствующую информацию.

Около цифровых индикаторов расположены кнопки ввода параметров координатной защиты. Если крановщику необходимо ввести, например, ограничение по вылету, то он нажимает кнопку около индикатора, отображающего вылет, и текущее значения вылета запоминается как максимально возможное. Введение каждого параметра координатной защиты отображается включением светодиода, расположенного рядом с кнопкой ввода этого параметра.

Рабочая зона крана с введенными ограничениями по координатной защите и положение стрелового оборудования отображаются на графическом ЖК дисплее, расположенном выше мнемосхемы крана.

Применение ЖК индикаторов с подсветкой обеспечивает хорошую видимость отображаемой информации при любых уровнях внешней освещенности. Для предупреждения крановщика о возникновении опасной ситуации дополнительно предусмотрено аварийное красное световое табло «!» («опасно», «стоп»).

Отображение информации на цифровых индикаторах не в полной мере соответствует требованиям к скорости её считывания в динамичных режимах работы крана. Этот недостаток компенсируется наличием линейного индикатора наиболее важного параметра работы крана — уровня его загрузки. Текущее значение загрузки крана по грузовому моменту в процентах от максимально допустимого значения выводится на линейный ЖК индикатор, расположенный в верхней части лицевой панели. Это позволяет крановщику оперативно оценить уровень загрузки крана, в том числе и боковым зрением, практически не отвлекаясь от наблюдения за рабочей зоной крана.

Описанная лицевая панель отличается повышенной насыщенностью органов управления и индикации, что скептикам дает основания говорить об «индикаторном перенаселении». Однако одновременное отображение всех необходимых крановщику параметров работы крана, а также зон ограничений по координатной защите на графическом дисплее, обеспечивает однозначность, полноту и простоту считывания отображаемой информации крановщиком. Высокая информативность этой лицевой панели исключает необходимость переключений отображаемых на индикаторах параметров в процессе подъема и перемещения груза. Лицевая панель этого прибора интуитивно понятна крановщику и проста в работе, поскольку назначение каждого индикатора или каждой кнопки ясно без изучения инструкции по эксплуатации крана.

Поэтому эта лицевая панель, ввиду её высокой эргономичности, в различных вариантах исполнения широко применялась на зарубежных кранах, выпускаемых в первую половину 90-х годов прошлого века. Её фактически можно считать промышленным стандартом тех лет. Лицевые панели множества других приборов, созданных в то время и, отчасти, в наши дни, нередко представляют собой упрощенные варианты исполнения описанной лицевой панели.

Действительно, если рассмотреть, например, прибор безопасности AML M1 компании Tadano и его аналог в части лицевой панели — прибор АС-АОГ-01м, установленный в 2006 году на опытном образце кране КС-55717 «Ивановец» (рис.2), то нетрудно заметить, что их основное отличие от прибора компании Komatsu (рис.1) заключается в отсутствии графического дисплея.

Лицевые панели АС-АОГ-01м и AML M1

Рис. 2. Лицевые панели приборов безопасности АС-АОГ -01м и AML M1 компании Tadano.

Это хотя и снижает эргономичность лицевой панели, но отчасти может быть оправдано стремлением снизить сложность и стоимость прибора. Кроме того, исключение графического дисплея позволило уменьшить размеры прибора безопасности по ширине и расположить его в удобном для наблюдения месте — у стойки кабины. Узкий корпус прибора обеспечивает минимальное уменьшение обзорности рабочей зоны крана (рис.2).

Дальнейшее упрощение лицевой панели прибора компании Komatsu (рис.1), реализовано в наиболее распространенных на Украине (рис 3)

Прибор безопасности ПЗК-10

Рис. 3. Прибор безопасности ПЗК-10.

и в России (рис. 4) приборах безопасности за счет исключения линейного индикатора загрузки крана и сокращения количества цифровых индикаторов.:

Прибор безопасности ОНК-140

Рис. 4. Прибор безопасности ОНК-140.

Поскольку на лицевых панелях этих приборов количество цифровых индикаторов меньше числа отображаемых параметров работы крана, эти параметры отображаются поочередно. Соответственно, необходимы как ручное переключение режимов индикации, так и индикация выбранной группы индицируемых параметров.

В приборах компании Komatsu (рис. 1), AML M1 компании Tadano и АС-АОГ-01м (рис. 2), например, на крюке мнемосхемы крана „висят“ два цифровых индикатора, один с надписью «Q» и «Qmax». Для крановщика понятно, что эти индикаторы показывают текущий и максимально возможный вес поднимаемого груза.

В то же время на известных в России и на Украине приборах безопасности (рис. 3,4) значения Q и Qmax можно посмотреть только по очереди. Для этого нужно предварительно посмотреть на светодиоды в нижней части лицевой панели прибора и выяснить, какая именно группа индицируемых параметров отображается на индикаторах и, при необходимости, переключить эту группу. Само же расположение индикатора не связано с мнемосхемой крана и не отражает его назначение.

При таком исполнении лицевой панели, крановщику, чтобы считать на цифровом индикаторе значение какого-либо параметра работы крана, необходимо:

  • отыскать взглядом нужный цифровой индикатор, отображающий, кроме прочих, тот параметр работы крана, считывание которого необходимо крановщику;
  • перевести взгляд в другую область лицевой панели прибора, найти индикатор признака назначения параметра, отображаемого цифровым индикатором, и считать его состояние;
  • убедиться, что необходимый крановщику параметр в настоящее время действительно отображается на индикаторе;
  • вернуться взглядом к полю цифрового индикатора и считать состояние нужного параметра.

Если нужный параметр работы крана в данный момент времени на лицевой панели прибора безопасности не отображается, то дополнительно необходимо:

  • переключить режим индикации параметров, освободив для этого руку от управления краном;
  • перевести взгляд на индикатор признака назначения отображаемых параметров, считать его состояние и убедиться, что информация о нужном параметре работы крана в настоящее время выведена на цифровой индикатор.

Все эти операции требуют неоправданно больших затрат времени, недопустимых в динамичных режимах работы крана. Тем более — в экстремальных ситуациях.

Не менее важно, что по ошибке крановщика или по причине сбоя в работе прибора может произойти случайное переключение признака назначения параметра, отображаемого на индикаторе. В процессе работы крановщик может случайно перепутать этот признак, либо ошибочно не принять его во внимание. В этих случаях крановщик, считывая показания цифрового индикатора, получит информацию об ином параметре работы крана, вводящую его в заблуждение. Подобное построение лицевой панели прибора безопасности, когда без анализа вспомогательной индикации невозможно установить, какой именно параметр работы крана отображается на том или ином индикаторе, по нашему мнению, недопустимо.

Тем более недопустимо построение прибора, когда индикация автоматически изменяется в зависимости от режима работы крана, а индикаторы параметров работы крана и индикаторы, идентифицирующие эти параметры, располагаются в различных зонах передней панели прибора безопасности.

Любой прибор, допускающий такую неоднозначность считывания, является потенциальным источником ложной информации для крановщика и не должен использоваться на грузоподъемных кранах.

По нашим наблюдениям, для удобства считывания информации с индикаторов, размер символов по вертикали должен быть не менее 9–12 мм. Площади лицевых панелей приборов безопасности (рис.3, 4) достаточно велики и позволяют разместить на них отдельные индикаторы с такими размерами для одновременного отображения, по меньшей мере, наиболее важных параметров работы крана. Поэтому в данном случае «экономию» на эргономичности лицевой панели за счет сокращения количества цифровых индикаторов, которая усложнила считывание информации крановщиком и привела к возможности неоднозначного этого считывания, нельзя считать оправданной.

Дополнительно следует отметить неоправданность применения в некоторых приборах боковой подсветки ЖК индикаторов вместо задней, что ухудшает считывание информации при слабой внешней освещенности. Встречается также ручное включение этой подсветки отдельной кнопкой, что неудобно для крановщика.

При выборе необходимого набора индикаторов в процессе проектирования лицевой панели прибора существует трудно устранимое противоречие. С одной стороны, переключение групп или видов отображаемых параметров не всегда возможно в динамичных режимах работы крана, затрудняет работу с прибором и может привести к неверному считыванию информации крановщиком. С этой точки зрения желательно одновременное отображение на индикаторах максимально возможного количества параметров работы крана, необходимых для работы крановщика. Но с другой стороны, увеличение количества одновременно отображаемых параметров приводит к тому, что в каждом отдельно взятом режиме работы крана находятся такие параметры, информация о которых не нужна крановщику и только затрудняет работу с прибором.

Поиск рациональных путей разрешения этого противоречия может базироваться на понимании того, что лицевая панель прибора безопасности — не единственный и, в большинстве случаев, не главный источник информации для крановщика. Важнейшие данные об окружающей обстановке крановщик получает через визуальное наблюдение рабочей зоны крана. Поэтому, наряду с отображением наиболее важных параметров работы крана с достаточной степенью полноты, целесообразно минимизировать предоставление ненужной информации, затрудняющей считывание и отвлекающей крановщика от наблюдения за операциями подъема и перемещения груза. При таком подходе, в каждом режиме работы крана на лицевой панели желательно отображать только ту информацию и формировать только те аварийные и предупредительные сигналы, которые необходимы крановщику в этом режиме работы крана.

Из этого следует, что отображение различных параметров на одном и том же индикаторе все же является оправданным. Но они должны отображаться в виде, не допускающем неоднозначности считывания информации и её двоякого толкования.

Возможным практическим решением этой проблемы является вывод на индикаторы значений параметров работы крана одновременно с их обозначениями и размерностью, например в виде «Мз = 23 %», «Q = 7,15 т», «Qm = 16,6 т» и т.д. Для этого необходим переход от цифровых индикаторов к буквенно-цифровым (символьным) или графическим.

Пример такого прибора — ОГМ240-02 (НПП «Резонанс», г. Челябинск) (рис. 5) с двухстрочным ЖК-дисплеем, на котором одновременно отображаются все наиболее важные параметры работы крана.

Прибор безопасности ОГМ240-02

Рис. 5. Блок индикации прибора безопасности ОГМ240-02

На лицевой панели этого прибора сохранена мнемосхема крана с обозначениями параметров, отображаемых на символьном дисплее. На ней расположены также дискретные индикаторы-светодиоды, сигнализирующие о положении опор, выбранном стреловом оборудовании, о достижение предельного подъема крюка и т. д.

Лицевая панель такого прибора понятна и удобна для крановщика. Однако в этом случае мнемосхема используется, в основном, при отображении дискретных параметров стрелового оборудования и опорного контура крана, значения большинства которых в процессе работы крана остаются неизменными. Их постоянное отображение не является необходимым и в определенной степени отвлекает внимание крановщика от контроля действительно важных параметров. Поэтому изображение мнемосхемы крана на лицевой панели прибора безопасности в таком виде вряд ли можно считать оправданным.

Специалисты, придерживающиеся иного мнения, могут обосновывать целесообразность постоянного отображения этой информации возможностью выявления крановщиком ошибок ввода в прибор безопасности параметров стрелового оборудования или положения опор крана непосредственно в процессе его работы. Но эти ошибки можно исключить другими способами. Например, путем обязательного вывода на индикаторы информации о введенных параметрах стрелового оборудования и положения опор перед началом работы крана с их обязательным подтверждением крановщиком.

Возможно также автоматическое выявление ошибок этого ввода микропроцессорным вычислителем на основании характера изменения параметров работы крана, характеризующих его нагрузку и пространственное положение грузоподъёмного оборудования. В частности, сопоставляя изменения угла наклона стрелы и грузового момента, нетрудно выявить грубые ошибки измерения длины стрелы и, соответственно, проверить правильность ввода крановщиком в прибор безопасности признака наличия или отсутствия гуська (патент RU 2335451).

Информацию о дискретных параметрах можно вывести на тот же символьный дисплей. Например, при достижении верхнего предельного положения грузозахватного органа, сообщение об этом можно в текстовой форме вывести на дисплей, осуществив автоматическую смену отображаемых на нем параметров. В этом случае отдельный дискретный индикатор его предельного положения не понадобится.

В итоге, исключение отображения параметров, не нужных крановщику в каждом отдельно взятом режиме работы крана, приводит не только к сокращению числа устройств индикации, но и к нецелесообразности приведения мнемосхемы крана на лицевой панели прибора безопасности (сказанное не относится к схематичному изображению крана на экране графического дисплея).

Наиболее важным параметром работы крана является степень его загрузки по грузовому моменту — Мз (%). Даже однозначная и совершенно точная информация о величине загрузки крана, полученная крановщиком после того, как кран уже начал падать, — является не более чем немым укором. В этом плане приборы, использующие отображение этого параметра в цифровой форме, по скорости считывания информации крановщиком существенно проигрывают приборам, реализующим аналоговую форму предоставления информации.

Наилучшим вариантом является одновременное отображение степени загрузки крана как в цифровой форме, обеспечивающей хотя и не оперативное, но точное считывание значения её величины, так и в аналоговой форме, обеспечивающей необходимую оперативность этого считывания.

С этой точки зрения следует признать неоправданным исключение в приборах безопасности линейного индикатора уровня загрузки крана (рис.3—5). Зрительный «вес» ярко горящей цветной шкалы не только несоизмеримо больше «веса» цифровых одноцветных индикаторов, но и позволяет крановщику боковым зрением контролировать, по крайней мере, ориентировочное значение отображаемого параметра.

Подтверждением справедливости сказанного является тот факт, что большинство отечественных и зарубежных разработчиков и производителей приборов безопасности в новых образцах своих приборов вернулись к установке этого индикатора.

В приборе ОГМ240-14 (ООО НПП «Резонанс») все основные параметры работы крана, как и в приборе ОГМ240-02, одновременно отображаются на двухстрочном символьном ЖК дисплее вместе с поясняющими надписями. Дополнительно введено отображение степени загрузки крана по грузовому моменту при помощи линейки светодиодов с использованием понятных крановщику «цветов светофора» (рис.6).

Блок индикации прибора безопасности ОГМ240-14

Рис. 6. Блок индикации прибора безопасности ОГМ240-14.

Варианты оснастки, положение опор, кратность запасовки грузового полиспаста и другие параметры, не изменяющиеся в процессе работы крана, отображаются на этом же ЖК дисплее перед началом работы крана.

Линейный индикатор уровня загрузки крана может быть реализован с помощью символьного ЖК дисплея с увеличенным числом строк. Это техническое решение реализовано в приборах RL420 компании Guardian Instrument (рис.7), DS350 и DS150 с панелью «Hirschmann maestro» и т. д. В этих приборах применяется не двух-, а четырёхстрочные дисплеи, верхние строки которых используются для реализации линейного индикатора.

Прибор безопасности ОНК-160Б

Рис. 7. Прибор безопасности ОНК-160Б

Верхнее расположение линейного индикатора дополнительно увеличивает скорость считывания, поскольку позиционный анализатор человеческого мозга имеет свои предпочтения: верх более важен, чем низ, а право более важно, чем лево.

Существуют приборы безопасности аналогичного конструктивного исполнения, в котором на этом же дисплее отображается текущее время, причем цифрами такого же размера, что и основные параметры работы крана. В определенной степени это отвлекает внимание крановщика от считывания с дисплея основной информации. Крановщику, по нашему мнению, удобнее контролировать время не по показаниям дисплея прибора безопасности, а по часам на своей руке.

Что касается линейного индикатора уровня загрузки крана то, светодиодная линейка для крановщика, очевидно, более удобна, чем линейный индикатор монохромного ЖК дисплея. Уровень загрузки крана светодиодной линейкой отображается не только изменением длины светящегося участка, но и цветом, что существенно нагляднее. Такую линейку содержит лицевая панель прибора MARK 4Е/2 (рис.8) компании Krüger Systemtechnik — одного из лидеров приборостроения для строительно-дорожной техники.

В этом приборе на дисплее указаны лишь величины и размерности отображаемых параметров, а их вид приведен на пиктограммах, расположенных рядом с дисплеем. Это позволяет увеличить количество отображаемых параметров без увеличения числа строк и знакомест в дисплее, но делает предоставление информации менее наглядным. Кроме того, при переходе прибора безопасности в другой режим работы, происходит смена отображаемых на дисплее параметров. Однако пиктограммы остаются неизменными, что может привести к ошибкам считывания информации.

Прибор безопасности Kruger MARK 4E/2

Рис. 8. Прибор безопасности Krüger MARK 4Е/2

Эффективным путем устранения этого недостатка является применение графического дисплея. Примеры таких приборов безопасности — MARK 4К компании Krüger Systemtechnik (рис. 9):

Прибор безопасности Kruger MARK 4K

Рис. 9. Прибор безопасности Krüger MARK 4К

и прибор безопасности крана GR-300EX компании Tadano (рис.10):

Tadano GR-300EX

Рис. 10. Прибор безопасности грузоподъемного крана Tadano GR-300EX

На графическом дисплее вместе с цифровыми значениями отображаемых параметров можно показать пиктограммы этих параметров (рис.9), либо указать эти значения на схематичном изображении крана, поясняющем вид каждого параметра (рис.10).

Схематичное изображение крана на экране графического дисплея (рис.10), в отличие от мнемосхемы крана, нанесенной краской на лицевую панель прибора (рис.1—5), не является постоянным. Оно изменяется в зависимости от режима работы крана и, при необходимости, от реального положения его стрелового оборудования. Это обеспечивает универсальность этого устройства индикации, а также наглядность и информативность отображаемой информации.

При проектировании таких приборов следует учитывать, что информацию, считывание которой крановщиком должно осуществляться с минимальными задержками времени, целесообразно размещать на неизменных позициях экрана дисплея, чтобы крановщик был избавлен от необходимости поиска нужного ему параметра.

Не вызывает сомнений, что с течением времени, по мере снижения стоимости и улучшения эксплуатационных характеристик графических ЖК-дисплеев, они станут основными средствами отображения информации в приборах безопасности грузоподъёмных кранов. В частности, в ООО НПП «Резонанс», начиная с 2009 года, во всех вновь разрабатываемых приборах безопасности грузоподъемных кранов используются только графические дисплеи.

В ближайшие годы следует ожидать повсеместного распространения цветных графических дисплеев и реализации диалогового режима взаимодействия крановщика с прибором безопасности. На такой дисплей возможен вывод видеоизображений рабочей зоны крана от установленных на нем видеокамер, в том числе с автоматическим выбором того участка рабочей зоны крана, отображение которого наиболее информативно для данного режима работы крана или для текущего направления движения его стрелового оборудования.

Примером такого прибора является созданный ООО НПП «Резонанс» прибор безопасности с цветной графической панелью оператора БИ 05.01, продемонстрированный на выставке СТиТ-2008 (г. Москва) на стреловом кране КС-55733 (рис.11).

Прибор безопасности

Рис. 11. Панель оператора БИ 05.1 в системе безопасности крана КС-55733

В нем предусмотрены обработка и отображение сигналов с 2-х видеокамер обзора рабочей зоны крана и интерфейсы Bluetooth и USB для считывания регистратора параметров работы крана.

Отображение информации на дисплее и органы управления панели БИ 05.01 ориентированы на реализацию взаимодействия с крановщиком в диалоговом режиме с помощью поворотного командоконтроллера и минимального количества кнопок.

Японские краностроительные компании практически не занимаются патентованием своих технических решений в России. Но системы отображения информации с графическими дисплеями — редкое исключение из этого правила. Пример этому — патент компании Kato RU 2093452 (1988г.). Это подчеркивает особую важность применения графических ЖК дисплеев в плане повышения как эргономичности взаимодействия крановщика с прибором безопасности, так и конкурентоспособности грузоподъёмного крана в целом.

Некоторые специалисты полагают, что для работы в климатических условиях России более оправдано применение светодиодных индикаторов, и что ЖК дисплеи малопригодны из-за своей неработоспособности при низких температурах. Однако такое мнение вступает в прямое противоречие с многолетним опытом эксплуатации многих тысяч выпущенных приборов безопасности ОГМ240, в которых используется ЖК дисплей с диапазоном рабочих температур до — 20ºС в сочетании с дополнительным устройством его подогрева. Претензий потребителей в части работы дисплея при низких температурах не было зарегистрировано.

Для обеспечения нормального считывания информации со светодиодных цифровых и символьных индикаторов при любой внешней освещенности необходимо использовать дополнительные светофильтры, а также конструктивными мерами предотвращать их прямую солнечную засветку, либо использовать суперяркие индикаторы. В последнем случае, для предотвращения ослепления крановщика при работе в сумерках или в ночное время, необходима регулировка их яркости в зависимости от уровня внешней освещенности. Это, конечно, реализуемо, но приводит к дополнительным затратам. Поэтому, по нашему мнению, в лицевых панелях приборов безопасности светодиодную технологию целесообразно применять лишь для подсветки ЖК дисплеев и при реализации единичных индикаторов. Малый размер единичных индикаторов-светодиодов позволяет получить высокую яркость при небольшом световом потоке, что необходимо как для работы в условиях повышенной внешней освещенности, так и для исключения ослепления крановщика.

В дополнение к визуальным средствам отображения информации, могут использоваться речевые информаторы-сигнализаторы. Пример такого прибора безопасности — АЗК110 для кранов-трубоукладчиков, который серийно выпускается с 1998 года.

Из самой сути приборов безопасности следует, что все отключения приводов крана происходят именно в моменты достижения предельных нагружений или граничных пространственных положений стрелового оборудования крана.

Скачкообразное отключение привода тяжело нагруженного крана, с учетом значительного веса движущихся конструкций, вызывает существенный пик их перенапряжения. Это далеко не всегда способствует улучшению текущего состояния крана, в том числе за счет возникновения колебаний, а при частых повторениях может привести к ускоренному износу и разрушению его конструкций.

Срабатывание координатной защиты при высоких угловых скоростях поворота платформы создает в шестернях опорно-поворотного устройства пиковые нагрузки, которые могут привести к излому зубъев. Грузы при этом могут раскачиваться с выходом в зоны, запредельные по моменту опрокидывания, а удары грузом по конструкциям крана, которые подлежат защите, могут перевести их в разряд предметов восстановления или ремонта.

В связи с этим, адекватность и достаточная скорость изменения отображаемой информации при изменении режимов и параметров работы крана должна предусматривать упреждающее информирование крановщика о возникновении потенциально опасных режимов работы крана.

В простейшем случае для этого должны быть установления дискретные индикаторы типа «предел», «внимание» и т. д., а в наилучшем случае — динамическое отображение движений механизмов крана на экране графического дисплея с указанием прогнозируемых опасных ситуаций.

Органы управления, расположенные на лицевых панелях приборов безопасности, выполняются, как правило, в виде пленочной клавиатуры (рис.1, 2, 4, 6–11) или обычных кнопок (рис.5).

По всеобщему признанию, наиболее удобным видом управления является однократное легкое нажатие с возвратной реакцией (тактильный эффект). Учитывая, что наши пальцы более чувствительны к малым перемещениям, нежели к большим (практически логарифмическая зависимость), идеальным представляется нажатие в диапазоне перемещения 0,3–1 мм и обратная реакция в виде характерного легкого щелчка-отдачи, сопровождающего как нажатие, так и отпускание кнопки, и хорошо слышимого в звуковом диапазоне.

Такими качествами обладают приборы безопасности с кнопками (рис.5). Пленочная клавиатура отличается большей технологичностью в изготовлении, дешевизной и удобством очистки от загрязнений в эксплуатации. Но малый ход клавиш и слабый тактильный эффект их срабатывания предопределяет её пониженную эргономичность.

По нашему мнению, лицевые панели приборов безопасности целесообразно проектировать из условия уменьшения количества воздействий крановщика на органы управления в процессе работы крана. Кроме того, малый тактильный эффект пленочной клавиатуры можно частично компенсировать кратковременным включением звукового сигнала, подтверждающего срабатывание клавиш.

Поэтому, в конечном счете, более перспективным представляется применение именно пленочной клавиатуры, а не отдельных кнопочных двухпозиционных переключателей и клавиш. Тем более, что под пленкой можно разместить тактовые переключатели или «хлопающие мембраны», что создаст тактильный эффект и позволит в одной конструкции совместить достоинства пленочных клавиатур и отдельных кнопок.

Исключением из этого правила может быть лишь многопозиционный многофункциональный переключатель-контроллер, реагирующий как на поворот его рукоятки, так и на нажатие (рис.11). Применение такого органа управления удобно для реализации диалогового режима работы, когда из множества режимов и параметров работы прибора или крана нужно выбрать нужный.

В случае использования в приборе безопасности графического дисплея возможна реализация принципиально иного принципа построения его органов управления, основанного на применении матричного резистивного или ёмкостного сенсорного экрана. На экран дисплея в этом случае выводятся изображения виртуальных кнопок с соответствующими пиктограммами или надписями.

Такое решение имеет ряд преимуществ по сравнению с механической клавиатурой. Во-первых, работа с сенсорным экраном поддерживает естественное желание оператора прикосновением к изображению на дисплее осуществить выбор соответствующей отображаемой функции или отображаемого параметра. И, во-вторых, вид и назначение отображаемых кнопок изменяются программно. Это дает возможность в любом режиме работы крана вывести на экран нужное количество любых кнопок с соответствующими пиктограммами или пояснениями в текстовой форме. Благодаря этому на лицевой панели минимизируется не только количество индикаторов, но и количество органов управления. Исключение кнопок, не нужных в данном режиме работы крана, дополнительно повышает эргономичность работы крановщика с прибором.

Подобное техническое решение приводит к интеграции органов управления и устройств индикации и, безусловно, является одним из перспективных направлением развития лицевых панелей приборов безопасности. Другое перспективное направление — это конструктивное разделение органов управления и индикации на различных панелях. В этом случае устройства отображения информации располагаются в зоне, наиболее удобной для визуального наблюдения, а органы управления — в зоне удобного доступа к ним, например, в подлокотниках кресла крановщика. Это техническое решение наиболее эффективно в случае интеграции прибора безопасности с системой управления крана, что приводит к радикальному улучшению эргономичности взаимодействия крановщика с многофункциональной системой защиты и управления. Но рассмотрение таких систем выходит за рамки настоящей статьи.

Выводы

  1. Конструкции лицевых панелей наиболее массовых российских приборов безопасности грузоподъёмных кранов выпуска конца 2000-х годов отражают технический уровень зарубежных приборов безопасности начала 90-х годов прошлого века.
  2. На лицевой панели прибора безопасности, с целью повышения её эргономичности, целесообразно ограничить количество устройств индикации из условия достаточной полноты отображаемой информации, обеспечив при этом адекватность (точность), однозначность, удобство и необходимое быстродействие считывания информации крановщиком.
  3. Приведение мнемосхемы крана на лицевой панели прибора безопасности нецелесообразно.
  4. В приборах безопасности целесообразно использовать графические дисплеи и организовать взаимодействие крановщика с прибором в диалоговом режиме.
  5. В качестве основных устройств индикации целесообразно использовать жидкокристаллические (ЖК) дисплеи, обеспечивающие возможность считывания выведенной на них информации при любой внешней освещенности. В экономичных приборах безопасности предпочтительно применение монохромных, а в приборах безопасности для кранов повышенной грузоподъемности или с кабинами повышенной комфортности — графических цветных ЖК дисплеев, в том числе обеспечивающих возможность вывода видеоизображений рабочей зоны крана.
    Светодиодную технологию целесообразно использовать для реализации лишь единичных индикаторов и подсветки ЖК дисплеев.
  6. В качестве органов управления целесообразно использовать, преимущественно, пленочную клавиатуру с размещенными под ней тактовыми переключателями или «хлопающими» мембранами, а в перспективе — сенсорный резистивный или ёмкостный экран графического дисплея, обеспечивающий интеграцию органов управлении и устройств индикации.
  7. Перспективным направлением повышения эргономичности приборов безопасности является конструктивное разделение панелей индикации и панелей управления. Реализация такого технического решения оправданна при интеграции приборов безопасности с системами управления грузоподъёмных кранов.

19 июля 2006 г.

 12 
 13 
 14 
 15 
 16 
 17 
 18 
 19 
 20 
    Оглавление


Тел./факс: +7 (351) 731-30-00, 222-47-77
ул. Машиностро­ителей, д.10-Б, Челябинск, 454119, Российская Федерация