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摘要：電子設備方艙是操作人員在戶外執行作業任務的工作環境，操作人員需長時間在其空間內作業。通常在電子設備方艙會擺放較多的設備顯示屏，極易造成操作人員眩光。本文依據艙室內光源位置與顯示屏夾角、工作人員的坐姿視高以及燈具安裝高度，以某電子設備方艙內燈光布局為例分析眩光的影響因素，并利用JACK軟件予以仿真驗證，最終提出照明優化設計方案，有效提升操作人員的舒適度。

關鍵詞：電子設備方艙；眩光；照明設計

電子設備方艙通常是電子設備系統和操作人員的主要載體，其內部空間狹窄閉塞，操作人員需長時間在該環境內進行高效而精準的工作[1]。當前在方艙設計中，普遍存在方艙內光分布不合理、光源對操作人員的眩光影響[2]。本文以某電子設備方艙內燈光布局形式為例，系統地闡述了方艙內照明及眩光的影響因素，并提出燈光合理的布局形式，從而改善眩光對于操作人員的影響，有效提升操作人員生理及心理的舒適性。

1電子設備方艙照明設計分析

1.1燈光布局分析

以某電子設備方艙內部設備布局為例，方艙近車頭端放置三聯雙顯顯控臺，單個顯控臺中兩臺顯示屏成上下排布，另一端頭放置機柜等相應設備。其中，艙內照明主要為方艙頂部內外雙層圓弧形布局的燈帶：內層為內凹式隱光LED燈帶，LED燈具安裝面為豎直方向；外層為直射LED燈帶，LED燈具安裝面為水平方向。方艙內空間尺寸狹小，且燈光安裝高度較低，同時設備顯示屏幕較多，因此極易造成眩光。為了提升操作人員的舒適性，方艙內照明需要照度充足且分布適宜。因此，方艙內照明首先應避免眩光，其次相應的工作區域應有合理的照明和均勻度。

1.2顯控臺眩光分析

顯控臺為產品運行時，工作人員的主要活動地點和操作對象，有必要進行眩光問題的人因分析。圖1所示為原始方案實物中出現的顯示屏眩光現象，由照片可知眩光會嚴重影響工作人員對顯示屏信息的識讀，進而影響視覺疲勞、降低操作效率。艙內照明對工作人員產生的眩光分為直接眩光和反射眩光[3]。該方艙中光源布置在操作人員的正上方和后上方，依據光源位置與視線夾腳的關系原理，其并不在視線夾角60°區域內，所以基本不存在直射眩光。當光源布局以及燈具選型不恰當時，顯示屏幕上會出現光源的反射影像，此光源就會對工作人員產生反射眩光。而光源布置位置與顯示屏幕夾角、工作人員的坐姿視高以及燈具安裝高度存在直接關系，如圖2所示。由圖可知，在α、β、L和H不變的情況下，若工作人員坐姿視高H1越小，則光源理想安裝區域L1和L2越小，即越容易產生反射眩光。

2照明仿真及計算分析

2.1JACK模擬仿真

本文運用JACK8.4人因功效仿真軟件，該軟件支持用戶在虛擬環境中定義精準的不同尺寸的數字人體，進而定義其完成制定的任務并分析相應的感受[4]。對艙室內反射眩光進行直觀的分析，首先開展人因工程建模，包括人（顯控臺操作人員）、機（顯控臺和顯示屏）、環境（電子方艙）三類模型，具體建模應嚴格遵循相關的指標要求。在JACK8.4中建立的場景模型。由圖2可知，人體模型的坐姿視高選擇較低百分位的參數有利于更全面的分析和規避眩光問題，故在場景模型中，參照相關標準內影響坐姿視高的所有5%分位參數，對人體模型進行編輯重建。最終，人體模型的坐姿視高H1=1157mm，眼球到顯控臺后端面為L=980mm。其次，對顯控臺最遠端的操作席位（遠離艙門端）進行仿真：操作人員平視前方時，主顯示屏出現大面積的光源反射影像（如圖3），其中內層隱光燈帶和外層直射燈帶的橫向部分（未考慮遮光角）的反射影像直接出現在屏幕正中；操作人員抬頭仰視時，次顯示屏上并未出現光源的反射影像（如圖3）。對中端和近端的兩個操作席位的反射眩光仿真結果與前述基本相同。經仿真結果驗證可知，操作人員在作業時燈光的反射區域主要集中于顯控臺的主顯示屏且影響較大，而次屏幕并未受到燈光反射影響。

2.2計算分析

為了進一步驗證JACK8.4的仿真結果，同時得出光源理想安裝區域L1和L2的參考尺寸，利用AutoCAD開展二維圖作圖求解。如圖4所示，依照方艙三維模型，并同樣以H1=1157mm，L=980mm作出二維圖，同時依據光的反射原理，以主顯示屏和次顯示屏的上沿為點劃線作圖，得出L1、L2區域。非L1和非L2的并集，即┐L1∪┐L2即為產生反射眩光的光源布置區域。由圖可知，艙頂現有光源遠離顯控臺端的大部分區域會在主顯示屏中產生反射眩光，而在次顯示屏上不會產生反射眩光。對于外層直射燈帶中的A部分，若不考慮燈具的遮光角，其在主顯示屏上會顯示全部反射影像，若考慮遮光角，則由圖測算，當燈具的遮光角不小于14°時，則A部分的光源基本不會在主顯示屏上產生反射眩光。

2.3結論

對于顯控臺反射眩光等人因問題，通過三維仿真分析和二維圖計算分析，得出如下結論：(1)由于方艙內空間尺寸狹小且屏幕較多，光源安裝高度較低，極易出現反射眩光，增加了操作人員的視覺疲勞從而降低工作效率；(2)經分析，方艙內對于操作人員的眩光有兩種，分別為靠近視線方向的光源直射光產生的直接眩光和燈光在顯示屏幕產生的反射眩光，經過仿真實驗可知，目前艙室內主要是反射眩光造成的視覺影響，因此僅針對反射眩光提示修改方案；(3)如圖4所示，L1和L2分別表示光源距控制臺的距離，如果光源布置在L1區域內，操作人員在作業時主屏幕和次屏幕將不會受到光源的反射影響，如果光源布置在┐L1∪┐L2區域，主屏幕必然會受到光源的影響。

3照明及燈光優化方案

方艙內操作人員需要連續長時間的在控制臺和工作臺進行細致而精密的操作，良好的燈光照明質量不僅可以提高操作人員在作業時的辨識能力，而且可以緩解視覺疲勞和提升工作效率[5]。經過實驗仿真計算分析可得，目前方艙內主要出現的問題是光源對操作人員產生眩光效應，在一定程度上影響了操作人員在作業中的生理和心理的舒適性。基于先前的仿真及計算分析并針對上述問題，提出了幾點改進意見。

3.1燈具的安裝區域

由圖10分析并測量可知L1=1915mm，故依據原有燈光布局，可確定C區域為理想燈具布置區域，如圖5所示。然而，若僅在C區域布置燈具，機柜區域照度會嚴重不足，影響機柜的前期安裝和后期的操作及維修。同時為了保證C操作人員能精準高效的完成作業任務，工作區域各作業面的照度均勻度必須達到一定的水平。因此，在優化了燈具遮光角和排列方式的前提下，應當在C區域和內飾板之間的區域額外布置燈具。

3.2燈具的遮光角

燈具遮光角指光源（LED燈珠）最邊緣一點與燈具開口邊緣的連線與水平線之間的夾角。遮光角是用來控制眩光，衡量燈具光度分布視覺舒適性的重要參數。若燈具安裝面為水平方向，結合LED燈具結構，建議將燈具的遮光角設計為較易實現的20°。基于上述前提，由圖5測算，增加的光源距離顯控臺最近的位置為圖中的D區域。此外可保留原照明布局中的A區域，并延長形成E區域。而對于原始方案中的內層隱光燈帶，依據遮光角原理，經測算LED燈珠下方的遮光板需凸出約220mm，才可避免主顯示屏上反射眩光的產生，而這樣會極大降低光源的照明效率。

3.3光源的排列方式

由于遮光角因素的存在，建議D、E區域中的LED燈珠安裝面應為水平方向，且燈珠排列方向應當與方艙的長側邊方向垂直。最終，方艙頂部照明改造建議方案如圖5所示，經JACK8.4部分仿真驗證，滿足避免反射眩光的要求。

4總結

本文基于某電子設備方艙內燈光的布局形式，通過對操作人員眼睛、顯示屏幕之間的相對位置與方艙頂部燈光對工作人員產生眩光效應的關系進行研究，并分析方艙內燈光眩光影響因素，最終確定出改進型燈光布局形式。經過JACK仿真實驗可知此改進方案可以有效避免顯控臺眩光，緩解操作人員因眩光造成的視覺疲勞。因此，該設計方案具有一定的可行性，對后續的電子設備方艙的工程實施建設具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]陳亭元．基于易用性原則的指揮控制艙設計研究[D]．西安工業大學，2019．

[2]吳姍，余隋懷，楊延璞，等．車載控制艙無眩光照明設計方法[J]．制造業自動化，2014（02）：35-38．

[3]趙邦．工作環境照明設計研究[J]．科技信息（學術版），2007（24）：1．

[4]于文愷，蒲海蓉．基于JACK的人因工程優化研究[J]，科技創新導報，2009（2）：10-11．

[5]石英．人因工程學[M]．北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2011．

作者：張怡 張亞玎 單位：中國電子科技集團公司第三十八研究所