ارگونومی و کاربرد آن در طراحی خودرو

اگر به محصولات و کالاهایی که در محیط زندگیتان وجود دارد خوب بنگرید، متوجه خواهید شد که بیشتر این محصولات در واقع برای کمک به انسان و راحت تر و سریع تر انجام دادن وظایف روزانه شان پدید آمده اند.
از آن جایی که در بیشتر این موارد، این انسان است که از این وسایل و ابزارها استفاده می کند بنابراین طراحان و مهندسین باید برای اطمینان یافتن از راحتی، ایمنی، کارایی و سلامت استفاده از این کالاها حتما توانایی‌ها و محدودیت های فیزیکی و بدنی انسان را در طراحی و ساخت وسایل در نظر بگیرند. طبعا اتومبیل نیز به عنوان یک وسیله نقلیه از این قاعده مستثنی نیست. اگر به اتومبیل از دیدگاه یک ایستگاه کاری که در آن راننده باید برای هدایت و کنترل خودرو، کارها و عملیات مختلفی را همچون خواندن عقربه ها و علائم و درجات هشدار دهنده، فشردن پدال گاز و ترمز و کلاچ، عوض کردن و انتخاب دنده مناسب، پیچاندن فرمان و ... انجام دهد، نگاه کنیم آنگاه به خوبی درک خواهیم کرد که برای ایمنی و راحتی راننده و تامین جانی سرنشینان خودرو و سایر افراد دیگری که به نحوی با اتومبیل در ارتباط هستند – همچون عابران پیاده، دوچرخه سواران، موتور سیکلت رانان و ... – چه بسیار نکات ظریف و دقیق و حساس ارگونومیکی باید در خودرو رعایت شوند.
طراحی از دیدگاه آنتروپومتری شامل انطباق و هماهنگی و ابعاد و اندازه های بدن با ابعاد و اندازه های محل کار یا ابزار وسیله مورد استفاده است. آنتروپومتری در واقع بخشی از دانش ارگونومی و شاخه‌ای از فیزیکال آنتروپومتری است که موضوع آن سنجش و اندازه‌گیری ابعاد و اندازه‌های ظاهری قسمت های مختلف بدن انسان است. چون دانستن ابعاد و اندازه های اعضای مختلف بدن برای طراحی ارگونومیکی بسیاری از وسایل زندگی ضروری است دانش آنتروپومتری نیز با اندازه گیری و ارائه اندازه های مختلف بدن ( مانند طول دست و پا، عرض شانه و کتف‌ها و ... ) و تعیین میدان حرکتی یا محدوده حرکت آنها به طراح کمک می کند تا به میزان زیادی بر ایمنی، سلامت و کارایی بازده طرح خود بیافزاید و از هر جهت یک طرح مناسب ارائه دهد.
موضوع اصلی علم ارگونومی یا مهندسی فاکتور های انسانی به بررسی روابط انسان با محیط کارش با هدف بهینه سازی شرایط زندگی و کاری او بر می گردد. یعنی ویژگی ها و توانایی های ارگانیزم انسانی به منظور تطبیق کار با انسان و بر عکس مورد بررسی و تحقیق قرار می گیرد.
ارگونومی دو هدف مهم دارد:
- هدف اول افزایش کارایی و بازده انجام کار و فعالیت های دیگر است. افزایش سهولت کاربرد، کاهش خطا و افزایش بهره وری در این مقوله می گنجند.
- هدف دوم تقویت بعضی از ارزش های انسانی مطلوب از جمله افزایش ایمنی، کاهش خستگی و تنش، افزایش راحتی، افزایش مقبولیت نزد کاربر، افزایش میزان رضایت شغلی و بهبود کیفیت زندگی است.
این دو عامل به ما نشان می دهند که در هر کاربرد خاص معمولا فقط دسته ای از اهداف بیشترین اهمیت را دارند و این اهداف عموما به هم وابسته است.
●کاربردهای ارگونومی
با توضیحاتی که داده شد دریافتیم عملکرد یک وسیله تنها نمی تواند ملاک قرار گیرد بلکه کالاها و محصولات ساخته شده باید برای استفاده انسان مطابق با نیازها، خواسته ها، راحتی و قابلیتهای او سازگار و هماهنگ گردند در این میان وظیفه متخصصان ارگونومی یا مهندسین فاکتورهای انسانی شامل مهیا کردن راحت ترین شرایط از نظر میزان سر و صدا، کاهش بار مغزی و فشار جسمی، میزان روشنایی، آب و هوا، اصلاح وضعیت کاری و کاهش نیرویی که صرف انجام دادن کارها می شود، ساده کردن اعمال حسی- روانی در خواندن و درک وسایل نشان دهنده به منظور درک انتقال سریع، بدون خطا و اشتباه و دقیق پیام ها و اخطارهای مورد نظر، راحت تر ساختن جابجایی و حرکت اهرم ها و دسته ها، در دسترس قرار دادن کلیدها و دکمه ها و سایر قسمت ها به ترتیب اهمیت و الویت منطقی، اجتناب از کوشش برای فراخوانی اطلاعات غیر لازم و مانند اینها می گردد؛ بنابراین برای اینکه یک تولید کننده بتواند جوابگوی تمام نیازهای افراد مختلف جامعه باشد، باید بداند که چند درصد از این افراد دارای چه خصوصیات و ویژگی های جسمانی هستند و برای این منظور باید از جمعیت مشتریان بالقوه محصول مورد نظر آمارگیری کرده و داده های بدست آمده را توسط کارشناسان تجزیه و تحلیل کند. این آمارگیری نیز باید از گروه های مختلف اجتماع انجام شود زیرا مثلا در یک جامعه، گروهی چاق، عده ای لاغر، بعضی بلندقد، دسته ای کوتاه قد و بالاخره برخی نیز در تمام این افراد متفاوت هستند و به همین دلیل گاهی ارائه یک محصول در بازار برای عده ای بالاتر از حد استاندارد و برای عده ای دیگر پایینتر از حد استاندارد قرار می گیرد. مثلا طی تحقیقی که در سال ۱۹۸۵ انجام شد، مشخص شد که یک طرح مطلوب و کاملا مناسب کلاه ایمنی که در اروپا با استقبال فراوانی مواجه شده بود، فقط برای حدود ۴۰ درصد از مردم سریلانکا قابل استفاده بوده است. همچنین وقتی استانداردهای آنتروپومتری آمریکا تعیین شد، این اندازه فقط برای ۹۰ درصد آلمانی‌ها، ۸۰ درصد فرانسوی‌ها، ۶۵ درصد هندی‌ها، ۴۵ درصد ژاپنی‌ها و ۱۰ درصد از ویتنامی‌ها مناسب بوده است.
به طور کلی اندازه گیری ابعاد بدن در دو وضعیت صورت می گیرد :
۱ – وضعیت ساکن ( ثابت )
۲ – وضعیت متحرک
در وضعیت ثابت اندازه گیری بدن در حالتی صورت می‌گیرد که بدن هیچ گونه حرکتی نداشته باشد و این اندازه گیری را اصطلاحا آنتروپومتری استاتیک می گویند. در وضعیت متحرک اندازه گیری ابعاد بدن در حالتی که بدن در حالت حرکت می باشد، صورت خواهد گرفت. این اندازه گیری آنتروپومتری دینامیک گفته می شود.
به طور کلی آنتروپومتری شامل اندازه گیری اندازه های مختلفی از طول بدن، وزن و حجم اندام ها، فضای حرکتی و زوایای حرکتی هر یک از این اندازه ها بوده و در نهایت تهیه آمار و اطلاعات منتج از آن در تعیین شکل و اندازه ابزار و وسایلی است که در محیط کار مورد استفاده این افراد قرار می گیرد.
به طور کلی آنتروپومتری در دو زمینه کاربرد دارد :
۱ – برای تطبیق و تناسب ماشین با انسان در جهت راحتی و افزایش راندمان کاربر
۲ – جهت استانداردسازی وسایل و تجهیزات مورد استفاده برای یک فرد یا کل جامعه
در این زمینه علاوه بر ابعاد بدن، نوع وسایل مورد استفاده، جنس، میزان تحمل نیرو و فشار و سایر فاکتورهای مربوط به انسان از قبیل سن، جنس، نژاد، ساختار بدنی ( ورزش، کار، چاق، لاغر )، نوع شغل، رژیم غذایی، وضعیت سلامتی، وضعیت بدن یا پوسچر ( Posture )، زمان (ابتدای روز، پایان روز)، تغییرات ارادی ( مثل منقبض کردن عضله )، لباس و تجهیزات فردی مورد توجه قرار می‌گیرد. که البته مهم‌ترین آنها سن، جنس و تفاوت های نژادی می باشد.
در بعضی شرایط فضای کار و تجهیزات منحصرا مختص یک استفاده‌کننده معین طراحی می شود مانند سفارش لباس به خیاط، مدل های لباس زنانه و صندلی اتومبیل‌های مسابقه که مواردی از این دست هستند.
در پروسه یک تحقیق ارگونومیکی به منظور طراحی یا بهسازی وسایل و ابزار کار پس از استخراج اطلاعات آنتروپومتریکی جامعه استفاده‌کنندگان از وسیله مورد تحقیق، بایُستی موضوعهای مورد استفاده در آن وسیله را فهرست کرده و با استدلال های علمی و منطقی آنها را ارزش‌گذاری کنیم. در این فصل، برای شناسایی موضوع‌های مهم مورد استفاده در خودرو به فعالیتهای اجرایی كه در داخل خودروی سواری انجام می شود توجه می کنیم. این فعالیتها عمدتا شامل مواردی همچون ورود ( خروج ) مناسب به ( از ) وسیله نقلیه، نشستن، هدایت و کنترل مناسب خودرو، دید مناسب به بیرون و درون، رفاه، ایمنی و ... می شود.
در اینجا، ویژگی های خودروی سواری را در چهار موضوع تشریح می کنیم:
۱. صندلی‌ها
۲. کنترل‌ها
۳. نمایشگرها
۴. برخی ویژگی های خاص
ولی قبل از آن کمی در مورد فضای داخلی و اندازه های آنها بحث می کنیم.
●طراحی فضای داخلی و اندازه های آن
به منظور طراحی یک خودرو ابتدا باید مشخص کرد که این وسیله نقلیه برای چه منظور طراحی می شود و چه اهداف و انتظاراتی را باید برآورده کند. به عبارت دیگر اول باید دید که چه نوع خودرویی و برای چه کاری قرار است طراحی شود زیرا پارامترهای طراحی انواع خودروها با هم تفاوت دارد. مثلا طراحی خودروی چهار نفره لوکس سدان با یک وانت، رودستر یا خودروی شاسی بلند (مانند پاترول ) فرق می‌کند و بر حسب مورد مسایل جداگانه‌ای را برای طراحی هر کدام باید در نظر گرفت .
پس از مشخص شدن نوع خودرو باید بررسی کرد که خودرو برای چه بازار، کشور و مردمی و با چه خصوصیات و ویژگی‌هایی در نظر گرفته شده است؛ چه رقبایی و با چه مشخصاتی در بازار وجود دارند و .... پس از تعیین خط‌مشی‌های موجود و بررسی و تجزیه و تحلیل عوامل موثر در طراحی و سنجش شرایط و امکانات موجود طراحی صورت می گیرد.
مثلا اگر بخواهیم برای مردم کشورمان یک خودروی کاملا ملی طراحی کنیم باید عواملی نظیر :
- متوسط تعداد افراد خانواده.
- متوسط درآمد خانواده
- نوع نیاز و استفاده از خودرو
- تعداد مسافرت های در طول سال
- اندازه های بدنی افراد جامعه
- عادت‌ها و ویژگی‌های سنتی و اخلاقی جامعه
- وضعیت ترافیکی خیابان‌ها و جاده‌ها
و غیره را حتما در نظر بگیریم و سپس اقدام به طراحی کنیم.
پس از آماده شدن چندین شکل و طرح ظاهری و به تصویب رسیدن یکی از آنها، ابعاد کلی اتومبیل (با توجه به عوامل فنی، انسانی، نیاز بازار و چند عامل دیگر در آن دخالت داده می شود و در این مرحله است که امکان اقدامات اصلاحی و تعدیل‌کننده وجود دارد. البته عکس این عمل نیز ممکن است و گاهی شکل و طرح خودرو بر اساس ابعاد و اندازه ها طرح می شود.●ارکان اصلی ابعاد خودرو
این ارکان عبارتند از : ارتفاع خودرو – فاصله عرضی بین مرکز دو تایر جلو – فاصله عرضی بین مرکز دو تایر عقب – عرض خودرو – فاصله طول بین مرکز دو تایر جلو و عقب – طول کلی خودرو – حداکثر فاصله غربیلک فرمان تا مرکز تکیه گاه صندلی راننده – ارتفاع سقف تا مرکز صندلی جلو – حداقل فاصله صندلی جلو و عقب – ارتفاع سقف تا مرکز صندلی عقب – فاصله بین دستگیره‌های درب جلو – فاصله بین درب های جلو – فاصله بین دستگیره‌های درب عقب – عرض داخلی خودرو در قسمت عقب – حداقل فاصله صندلی جلو و عقب.
از این دسته ابعاد یک سری مانند فاصله بین دو محور چرخ عقب و جلو به وسیله پارامترها و عوامل فنی و دسته دیگر به وسیله مطالعات آنتروپومتریکی، ملاحظات ایمنی و استراتژی های خاص خود کارخانه سازنده تعیین می‌شوند. در کارخانجات خودروسازی از جداول آنتروپومتری که قبلا به وسیله محاسبات آماری و مطالعات آناتومی تعیین شده‌اند استفاده می‌شود. در این جداول تمامی اندازه های مورد نیاز برای طراحی فضای داخلی (از قبیل صندلی‌ها، پدال‌ها، داشبورد، فضای خالی جلوی پای سرنشینان) و نیز اطلاعاتی مانند عرض کف پاها (برای طراحی پدال ها)، طول پا، عرض کتف ها و شانه‌ها، طول زانو و ... مربوط به اندازه های مردم کشورهای مختلف دنیا وجود دارد.
مثلا اگر قرار باشد کارخانه مرسدس بنز خودرویی را برای بازار آمریکا در نظر بگیرد از جداول آنتروپومتری مربوط به همان کشور برای طراحی استفاده می کند و به همین دلیل است که بنز سفارش آمریکا مثلا با بنزی که قرار است به ژاپن یا آفریقا صادر شود فرق می کند. البته لازم به ذکر است این اندازه ها را هنگام استفاده تا حدی تعدیل می کنند تا نیاز چندانی به انجام تغییرات عمده برای صادرات به کشورهای مختلف وجود نداشته باشد.
جداول فوق هر چند سال یک بار ( معمولا هر دهه) باید مورد تجدید نظر و باز بینی قرار گیرند زیرا قد و جثه افراد در کشورهای مختلف به خاطر تاثیر عوامل مختلف به مرور زمان تغییر می کند. مثلا طی چند سال گذشته ژاپنی‌ها به علت بهداشت و تغذیه مناسب بلند قدتر شده اند همچنین بر اساس مطالعات انجام شده توسط کارخانجات داخلی تولیدکننده کفش، پای ایرانی‌ها به طور متوسط نسبت به گذشته دو شماره بزرگتر شده است!
●طراحی فضای سر نشینان
به هنگام طراحی فضای سرنشین بهتر است که اندازه های بدن یک سرنشین نسبتا درشت هیکل و قدبلند در نظر گرفته شود و این فضا برای خودرو های سواری باید برای دو نفر و یا سه نفر در نظر گرفته شود و در نظر گرفتن یک فضای نا کافی بین دو نفر اشتباه است. همچنین فضای بین دو ردیف صندلی های جلو و عقب باید به گونه‌ای پیش بینی شود تا در هنگامی که صندلی جلو تا حد امکان عقب آمده باشد باز هم سرنشین عقبی راحت باشد. البته بسیاری از خودروهای اسپرت با مشکل کمبود فضای پای کافی برای سرنشینان عقبی مواجه هستند (حتی خودرویی مانند BMW سری ۳) و تنها راه برای حل این مشکل اضافه کردن طول خودرو است .
●صندلی راننده
توصیه شده است که جایگاه راننده حتما از محل نشستن سایر سرنشینان جدا باشد. با توجه به تفاوت مشخصات کارکردی راننده با سایر سرنشینان، اختصاص جایگاه مخصوص به راننده باعث می شود اشخاصشی که به عنوان راننده در خودرو حضور پیدا می کنند و دارای ابعاد و اندازه های فیزیکی متفاوتی هستند، براحتی بتوانند صندلی خودشان را جهت دسترسی مناسب و مؤثر روی کنترل ها و دیدن نمایشگرها تنظیم کنند. مرسوم است که در طراحی خودروهای سواری، صندلی عقب را به طور یکپارچه و غیر قابل تنظیم (با ابعاد و مشخصاتی که درصد رفاه بیشتری از استفاده‌کنندگان را تامین کند) و دو صندلی جلو (صندلی راننده و صندلی بغل دست راننده) را به طور مستقل و با فاصله افقی و زاویه پشتی قابل تنظیم در نظر می گیرند.
سطح تماس پشتی صندلی با پشت راننده باید کامل شود (انحناهای پشتی متناظر با انحناهای کمر راننده باشد ) تا با ایجاد اصطکاک مناسب، در هنگام چرخش خودرو مشکلی برای راننده پیش نیاید و همچنین خستگی کمر او نیز به علت عدم انجام کار استاتیکی کمتر شود.
در مورد پشتی صندلی، عرض و ارتفاع و شیب و نیز عرض و ارتفاع و شعاع انحنای برآمدگی آن شش عامل مهم هستند.
●تکنولوژی در ساخت صندلی خودرو
بسیاری از رانندگان همواره با صندلی های خودروی خود دچار مشکل هستند. چند سالی است که تولید کنندگان خودرو در صدد بر آمده اند که در طراحی صندلی خودروهای خود توجه بیشتری به ترکیب بدن داشته باشند و بدین ترتیب تا حدودی توانسته اند بر این مشکل غلبه کنند.
تکنولوژی ASCT که از پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های ارائه شده در زمینه ساخت صندلی خودرو می باشد مخفف کلمات تکنولوژی کنترل سطح خودرو است. تکنولوژی ASCT این امکان را به صندلی می دهد که همانند قالبی بدن شما را احاطه کند و در حقیقت در نقاطی از بدن شما ارتباط و اتصال ایجاد کند که توسط صندلی های معمولی غیر قابل دسترسی می باشد.چنین تکنولوژی در ابتدا از دستگاهی که برای کمک به صدمه دیدگان ناشی از سوختگی طراحی شده بود اقتباس گردید.
ASCT تشکیل شده است از یک سری سلول های پلی اورتان که توسط یک پمپ که با یک میکرو پردازنده کنترل می شود، باد می شود و بر روی هر نوع صندلی خودرو قابل نصب می باشد. وجود شیرهای ( سوپاپ های ) مخصوص در سیستم فشار وارده به سلول ها را بر اساس یک نقشه فشار الکترونیکی تنظیم می کند و این نقشه فشار ارتباط مستقیم با نحوه نشستن و قرار گرفتن شخص بر روی صندلی دارد.
ورقه ای که این سلول ها در آن قرار دارد تقریبا تمامی سطح صندلی خودرو را می پوشاند ولی نصب این صفحه آن را در فضایی بین بخش اسفنجی صندلی و روکش آن قرار می دهد. در آغاز کلیه سلول ها بیش از اندازه باد شده منتهی برای کسب بهترین حالت به تدریج فشار باد درون خود را کاهش می دهد. وظیفه پردازنده کنترل باد درون هر یک از سلول ها برای کسب حداکثر راحتی می باشد. در این سیستم با جابجا شدن و تکان خوردن راننده صندلی نیز با او حرکت می کند.
برای آزمایش چگونگی عملکرد این سیستم در شرایط مختلف در جاده های گوناگوشن یکی از آنها بر روی صندلی اتومبیل روور ۸۰۰ نصب گردید. در ابتدا احساس عجیبی به راننده دست می داد چرا که ابتدا صندلی باد می‌کرد و تبدیل به جسم سفتی می شد و سپس بطور آهسته به حالت قبلی خود تبدیل می شد.
تاثیر عملکرد سیستم در عبور از جاده‌های ناهموار و پیچ‌ها بسیار قابل توجه بود چون بطور دائم بخش‌هایی از صندلی با متورم شدن و جمع شدن، حداکثر راحتی را برای راننده بوجود می آوردند. ▪به اعتقاد طراح این سیستم : ASCT یک تکنولوژی بسیار بزرگ و با ارزش بوده و پتانسیل و قابلیت تکثیر شدن هر چه بیشتر را در آینده بسیار نزدیک دارا است و از این لحاظ می توان آنرا با بالشتک های ایمنی مخصوص تصادف مقایسه کرد که از ابتدای ظهور آنها تاكنون دچار تغییرات عمده ای شده اند و یکی از آخرین آنها کنترل میزان متورم شدن این بالشتک‌ها می‌باشد.
هر فردی که بر روی صندلی قرار می گیرد بسته به وزن و نحوه قرار گرفتن نقشه فشار الکترونیکی خاص خود را دارا می باشد. لذا همین امر تفاوت یک انسان معمولی و یک کودک را مشخص می‌کند.
از دیگر موارد اصلاحی که می توان برای این سیستم پیش‌بینی کرد در نظر گرفتن برنامه بیدار باش WAKE UP PROGRAM برای هنگامی است که سیستم تشخیص می‌دهد راننده مدت زمان نسبتا طولانی در حال رانندگی بوده است.
برای صندلی‌های اسپرت می‌توان مدل خاصی از این سیستم را طراحی کرد که راننده بتواند اقدام به پیمودن مسافت طولانی با سرعت زیاد بکند و حتی در هنگام پیاده شدن از خودرو بعد از مدت زمان طولانی بخش وسطی صندلی متورم شده و امکان پیاده شدن راحت راننده را فراهم می کند.
از دیگر جنبه‌هایی که می توان در آینده برای این تکنولوژی در نظر گرفت افزودن قابلیت ماساژ دادن تحت نام WOW CYCLE که می‌تواند بخش‌های مختلفی از بدن راننده را در حین رانندگی ماساژ بدهد و این امر می‌تواند خستگی ناشی از انجام یک رانندگی طولانی را تا حدودی کاهش دهد.
تکنولوژی ASCT می تواند تاثیرات اساسی در طراحی خودرو داشته باشد.آقای Mc Cord Vian برای سیستم فنر بندی مورد نیاز در صندلی های خودرو از نوعی مواد نایلونی به صورت شبکه استفاده کرده و دیگر نیازی به استفاده از مواد اسفنجی قطور نمی باشد و می توان ضخامت پشتی صندلی ها را تا ۵۰ میلیمتر کاهش داد که چنین کاهشی می تواند کمک چشمگیری به طراح در طراحی خودرو بنماید.
نخستین باری که ASCT به معرض دید گذاشته شد، در نمایشگاه خودروی آمستردام هلند بود که بر روی یک کادیلاک سویل نصب شده بود و بلافاصله نیز فروش آن آغاز شد. اما آقای برت Burt مطمئن است که می توان به زودی هزینه ساخت این تکنولوژی را به قدری پایین آورد که قابل نصب بر روی همه نوع خودرویی باشد. در حال حاضر برای نیل به چنین هدفی یک نمونه اولیه ساخته شده است. پیش‌بینی می‌شود با عمومیت یافتن مصرف چنین تکنولوژی دیگر نیازی به استفاده از مکانیزم‌های حافظه صندلی وجود نداشته باشد و وجود WOW CYCLE که همان ماساژ دادن راننده است لذت زیادی را به همراه خواهد داشت.

شهرام اسلامی

منبع : مجله گسترش صنعت