起重机械操作中的人机协同优化研究

起重机械操作中的人机协同优化研究

程志勇

国家能源集团准能集团黑岱沟设备维修中心 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017000

摘要：起重机械操作的人机协同优化对提高作业效率与安全性至关重要。阐述当前人机协同现状，包括存在的问题如操作不协调、效率低下等。强调研究的意义在于提升作业质量、减少事故。通过分析人机各自特性，探讨优化的策略方向，为相关领域提供理论与实践参考。

关键词：起重机械；人机协同；操作优化；安全性；作业效率

引言：在现代工程建设与物流等领域，起重机械发挥着不可替代的作用。然而，其操作过程中的人机协同状况存在诸多挑战。一方面，操作人员技能与机械性能的适配性问题；另一方面，人机交互的高效性与安全性难以平衡。这不仅影响作业效率，更对人员与财产安全构成威胁，故开展人机协同优化研究意义重大。

1. 起重机械操作人机协同现状

1.1 人员操作能力的参差不齐

在起重机械操作领域，人员操作能力的参差不齐是一个显著的现状。不同的操作人员由于教育背景、工作经验、培训程度等方面的差异，在操作起重机械时表现出截然不同的水平。一些经验丰富且经过专业训练的操作员能够熟练、精准地操控机械，准确地完成吊装任务，确保操作过程中的安全性和高效性。然而，部分操作人员可能缺乏必要的理论知识和实践经验，在操作时容易出现失误，例如对起重重量的误判、操作速度控制不当等，这些失误不仅可能导致工作效率低下，更严重的是会威胁到施工现场的人员安全和财产安全。

1.2 机械性能与操作需求的差距

起重机械的性能与实际操作需求之间存在着不可忽视的差距。随着建筑工程、物流运输等行业的不断发展，对起重机械的操作需求日益多样化和复杂化。例如，在一些大型建筑项目中，需要起重机械能够吊起更重的物体、达到更高的高度、进行更精确的定位操作。然而，现有的一些起重机械在性能方面存在一定的局限性。部分机械的起重能力可能无法满足大型构件的吊装要求，或者在提升高度上存在限制，导致需要多次操作才能完成任务，降低了工作效率。另外，机械的稳定性、灵活性等性能指标也可能与复杂的操作环境和任务需求不相匹配，在狭小空间或复杂地形下难以顺利作业，这就迫切需要对机械性能进行优化以更好地适应操作需求。

1.3 人机交互模式的局限

当前，起重机械操作中的人机交互模式存在诸多局限。传统的人机交互主要依赖于简单的操作杆、按钮和仪表盘等设备，这种交互方式较为单一和简陋。操作人员需要通过观察仪表盘上的数值来获取机械的运行状态信息，如负载重量、起重臂角度等，但这些信息往往不够直观和全面。而且，在操作过程中，操作人员与机械之间的反馈机制不够及时和准确。例如，当机械出现轻微故障或异常时，操作人员可能无法及时察觉，从而错过最佳的处理时机。此外，在复杂的操作任务中，这种传统的人机交互模式难以满足操作人员对机械进行精细调整和精确控制的需求，限制了人机协同的效果，进而影响到整个起重作业的质量和安全性。

2. 人机协同优化的关键因素

2.1 操作人员的技能提升

操作人员的技能提升是人机协同优化的关键因素之一。首先，理论知识的学习对于操作人员至关重要。他们需要深入了解起重机械的工作原理、力学结构、安全规范等知识，这有助于他们在操作过程中更好地理解机械的运行机制，从而做出更合理的操作决策。例如，掌握力学原理可以让操作人员准确判断不同负载下机械的受力情况，避免超载操作。其次，实践操作技能的训练不可或缺。通过大量的实际操作练习，操作人员能够熟练掌握操作杆、按钮等控制设备的使用，提高操作的精准度和熟练度。

2.2 机械性能的优化适配

机械性能的优化适配在人机协同优化中占据着重要地位。一方面，要对起重机械的起重能力进行优化。根据实际工程需求，对机械的结构进行改进，采用更先进的材料和设计理念，提高其最大起重重量和提升高度，以满足日益增长的吊装需求。例如，新型高强度合金材料的应用可以在不增加机械体积的情况下提高起重能力。另一方面，机械的稳定性和灵活性也需要优化。通过改进机械的底盘设计、平衡系统等，增强其在不同地形和工作环境下的稳定性，确保操作过程中的安全性。同时，优化起重臂、回转机构等部件的设计，提高机械的灵活性，使其能够在狭小空间内准确作业。

2.3 人机交互界面的改进

人机交互界面的改进是实现人机协同优化的关键因素。首先，界面的可视化程度需要提高。将机械的各种运行状态信息以更直观的图形、图像形式呈现给操作人员，例如，用3D模型展示机械的结构和动作，用动态图表显示负载重量、起重臂角度等实时数据，这样操作人员可以更快速、准确地获取信息。其次，交互方式应更加多样化。除了传统的操作杆和按钮之外，可以引入触摸屏幕、语音控制等交互方式。触摸屏幕可以方便操作人员进行菜单选择、参数设置等操作，语音控制则可以让操作人员在双手忙碌时也能对机械进行控制，如发出“提升起重臂”“停止作业”等指令。

3. 人机协同优化的实现策略

3.1 制定科学的操作规范

制定科学的操作规范是实现人机协同优化的重要策略。操作规范应涵盖从起重机械的启动前检查、操作过程中的各项操作要求到作业完成后的维护等整个作业流程。在启动前，规范应明确规定操作人员需要对机械的关键部件，如起重臂、钢丝绳、制动装置等进行详细检查，确保机械处于良好的工作状态。在操作过程中，对于不同类型的起重作业，如吊装重物的重量范围、起吊高度、回转半径等都应有明确的操作标准，操作人员必须严格按照这些标准进行操作，以确保操作的安全性和准确性。例如，在吊装超重货物时，操作规范应规定必须采用特殊的起吊方式和辅助设备。

3.2 加强人员培训与机械维护

加强人员培训与机械维护是实现人机协同优化的有效策略。在人员培训方面，应建立全面、系统的培训体系。培训内容不仅要包括起重机械操作的基本技能，还要涉及安全知识、应急处理等方面。对于新入职的操作人员，要进行基础理论知识和基本操作技能的培训，使其具备初步的操作能力。而对于有一定经验的操作人员，则要定期开展进阶培训，如针对新型起重机械的操作培训、复杂工况下的操作技巧培训等。在机械维护方面，要建立完善的维护制度。定期对起重机械进行全面的检查和维护，包括机械部件的磨损情况、液压系统的工作状态、电气系统的性能等。

3.3 引入智能化技术辅助协同

引入智能化技术辅助协同是实现人机协同优化的前瞻性策略。智能化技术可以为起重机械操作带来诸多优势。例如，智能传感器技术的应用能够实时、精准地监测机械的各种运行参数，如负载重量、起重臂的应力状态等，并将这些数据传输给操作人员或控制系统。基于人工智能的控制系统可以根据这些数据进行分析和决策，如自动调整起重臂的角度、速度等操作参数，以确保操作的安全性和高效性。此外，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术也可以应用于人员培训和操作辅助。在培训中，通过VR技术可以模拟出各种复杂的操作场景，让操作人员身临其境地进行训练。

结束语：起重机械操作中的人机协同优化是一个持续发展的研究领域。通过对现状的剖析、关键因素的把握和实现策略的探讨，有助于提升起重机械操作的整体水平。这不仅能提高作业效率，更能保障人员与设备的安全，推动相关行业的健康稳定发展，未来还需不断探索创新。

参考文献

[1]蒋宇,白阳.房屋建筑工程起重机械管理的安全问题分析[J].建筑与预算,2023,(05):26-28.

[2]姜勇,赵帅.关于加强建筑起重机械安全管理的探讨[J].建筑,2022,(22):79-80.

[3]任宗强,陈淑娴.人机协同创新：面向智能制造的创新新范式[J].清华管理评论,2021,(11):24-31.