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基于集成创新理论的矿用救生舱设计研究

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  摘要:在煤矿事故频发的背景下,矿用救生舱是被困矿工在井下避难时最有力的保障。这要求矿用救生舱具备更全面的功能、合理的空间配置及良好的舒适性。文章以集成创新理论为指导,调研分析国内矿用救生舱及用户需求,应用集成创新方法和人机工程学进行矿用救生舱优化设计,提出矿用救生舱优化设计原则,为未来矿用救生舱的设计提供可行思路。
  关键词:集成创新;矿用救生舱;用户需求
  中国分类号:TB472文献标识码:A
  文章编码:1672-7053(2020)01-0151-02
  目前,人们对于矿用救生舱的关注重点仍停留在技术层面,很少从用户的角度来思考问题,忽视了用户在救生舱内避险时的生理需求和心理需求。因此,通过集成创新理论中功能集成、空间集成及人机工程学对矿用救生舱进行革新,提高矿用救生舱的品质是十分必要的。
  1 矿用救生舱研究现状
  矿用救生舱又被称为矿用安全舱,指矿井下发生安全事故时,井下工作人员用于逃生、避难、等待救援,从而为后续救援行动赢得时间的密封装置。矿用救生舱对外能够抵御爆炸引起的塌陷和冲击波,隔绝有毒有害气体,对内为避险人员提供氧气、食物和水等生存必需品,去除有害气体,提供96h以上的生存环境,同时可以通过舱内通讯监测设备引导外界救援[1]。2010年智利33名矿工被成功营救的案例轰动世界,矿用救生舱在救援过程中起到举足轻重的作用,引起了各方重视,各国都进一步加大了对矿用救生舱的研究力度。十二五期间,“矿用可移动式救生舱”项目是国家重大科技计划中“遇险人员快速救护关键技术与装备研究”项目的子项目,科研主旨是研究矿业重大灾害应急救援的关键技术,为矿工在灾难环境下提供稳定、安全、可靠、保障齐全的生存空间,把灾害造成的损失降到最低。目前,国内已有超过30家企事业单位从事矿用救生舱的研究和生产,且队伍还在不断壮大。
  2 集成创新理论与方法
  2.1 集成创新理论
  集成创新的思想于1912年由经济学家约瑟夫·熊彼特提出,他把创新界定为“新的生产函数的建立”,即实现生产要素和生产条件的一种新组合[2]。集成创新就是将新的设计要素进行优化、搭配和整合,将元素按照最优化方案进行有效地组合,促使创新要素之间相互融合、渗透,提高创新系统的整体功能,形成独特的创新能力和竞争优势,实现完美的创新效果。
  2.2 集成创新方法
  功能集成:一方面,是指功能合并,將功能重复的部分合并成一个系统,以此来减少设备冗余、合理利用空间、降低学习和使用成本;另一方面,是指功能互补,具备不同功能的子系统既能单独工作,必要的时候也可以协调运作以应对突发事件。
  空间集成:指从用户需求出发,对空间进行合理配置,将原有及新增的部分视为一个系统进行设计、改造、布置。也可以理解为把不同类别、层次的空间要素进行合理搭配及整合,相互补充,实现新旧要素的融合,最终获得各自相关但又独立的新系统。
  3 矿用救生舱的存在问题与用户需求分析
  3.1 矿用救生舱的存在问题
  从中国矿业救生舱十大品牌企业中选取了5款当前国内市场上已经投入使用的矿用救生舱作为样本进行研究,发现普遍存在下列问题:
  1)空间利用不合理。生存舱是事故发生时避险人员休息、等待救援的主要场所,其中物品存储空间、生存设施及设备放置空间和人员可活动空间分配存在缺陷,导致避险人员休息时取用物品和使用舱内设备不方便。
  2)环境差。从表1可以看出,大部分矿用救生舱都是以不锈钢板直接作为舱壁,这会给其中的避险人员以寒冷、阴暗的感觉,容易滋生避险人员焦虑、恐惧的心理。
  3)功能不足。现有矿用救生舱上所配备的产品和设施的功能仅能够满足生存最基本的需求,忽视了避险人员其他方面的需求。
  4)舒适性差。救生舱中的座椅是避险人员休息的唯一工具,但目前救生舱中的座椅舒适性很差,且缺乏供重伤员使用的专用座椅,即使没有重伤员,避险人员也可以轮流到座椅上休息。
  3.2 用户的需求分析
  3.2.1 生理需求分析
  根据需求层次模型[3],人类的基本需求是按照一定等级排列的,生理需求在所有需求中占有绝对的主导位置。生理需求指人对于食物、水分、氧气、居住条件、排泄以及休息等的基本生活条件的需求。如果没能满足这些生理需求,被困人员就会倾尽全力来满足自身生理需求,从而分散其精力,影响救援进行。因此,被困人员除了水、食物等基本生活品,还需要营养品、急救包、舒适的座椅、合适的温度和湿度等。
  3.2.2 心理需求分析
  在发生灾害时,被困人员的心理需求接近于需求层次中的安全需求。在煤矿事故中被困与在地震灾害中被困有比较大的相似性,因此参照地震灾害中被困人员的心理进行分析。根据李天义l41对200名在地震中被困人员心理问题的分析,可以总结出当人因灾害被困时的心理问题有以下几个方面:
  1)恐惧心理。恐惧是人们在灾害发生后产生的主要情绪,面对突发灾害,被困人员的安全感会迅速减弱,不确定感增强。具体表现为担心自己无法成功获救、不能再见到亲人的想法。
  2)愤怒心理。灾害发生后,被困人员会因为无法接受被困的事实,认为救援行动缓慢而产生愤怒情绪。愤怒是一种继发性情绪,被困人员之所以愤怒是为了掩盖自己的悲伤情绪。
  3)绝望心理。被困人员在等待救援的过程中,会因为自身伤势难以承受或无法与外界获得联系的情况下而产生焦虑感,焦虑感随着被困时间的推移上升为绝望感。
  上述是灾害发生后被困人员最容易产生的三种心理问题,因此救生舱中的避险人员需要相应的精神类药物、与外界的即时通讯、温暖舒适的环境来帮助他们缓解紧张的情绪,克服心理问题,稳定等待救援并配合救援行动。   4 基于集成创新理论的矿用救生舱设计原则
  通过对市场上现有矿用救生舱进行调研,结合避险人员的生理需求及心理需求,运用集成创新理论及人机工程学,提出矿用救生舱优化设计应遵循的设计原则。
  4.1 功能性原則
  事故发生时,避险人员在救生舱中的需求是多样的,应尽可能将更多灾害中会用到的产品功能整合到救生舱中,来满足特殊情况下避险人员的需求。例如,可以将suwu设计工作室设计的一款非常实用的产品LW-01应用到救生舱中。如图1,在矿泉水瓶瓶盖上增加一个储备药品的附件,将灾害中需要的药物存储在附件中,既可以为避险人员提供饮用水,也可以提供必要的药品,从而节省救援成本,提高效率。这是典型的功能集成,将两个原本相互独立的功能进行互补,在灾害发生时可以有效地协调运作。
  4.2 系统性原则
  在矿用救生舱优化设计中,将全部产品视作一个系统,各个产品视作子系统,从系统的角度进行空间配置。救生舱的空间十分有限,将结构复杂的产品集成到系统中是不可取的,结构复杂的产品自身稳定性比较差,并且复杂的结构会导致其很难与系统中其他产品相协调。因此,要把简单的产品整合到一起进行系统设计,在合理分配空间的同时要保证各子系统既可以独立工作,也能够协调工作。
  4.3 易用性原则
  矿用救生舱的易用性是十分必要的,其使用人群主要为矿工,文化水平相对偏低,而且是在情况危险、内心十分紧张的状况下使用这些产品,简单明了的操作步骤、明确的标识、清晰的结构层次可以使避险人员避免错误操作,也能帮助其在较短时间内完成对这些产品的使用来达到自救的目的。因此,使用功能集成和空间集成对矿用救生舱进行设计时,必须考虑产品单独及协调使用时的易用性。
  4.4 舒适性原则
  煤矿事故发生后,避险人员在救生舱中等待救援的时间是比较长的。避险人员在救生舱中基本处于坐立姿态,应根据人机工程学的人体尺寸改良救生舱中的坐具。同时.设置供重伤员休息的专用座椅,如在没有重伤员时避险人员可以轮流使用座椅进行休息。此外,还要考虑避险人员心理上的“舒适”,改良现有矿用救生舱的内饰,使用看上去坚固的形态以增强安全感;采用统一的、系统性的造型风格增强安全感和舒适感;以能够使人镇定、给人安全感的颜色作为救生舱舱壁的主色,以此来缓解恐惧、焦虑的情绪。
  5 结语
  传统的矿用救生舱已经难以应对井下发生事故时的复杂条件,也很难满足避险人员的各项需求,优化矿用救生舱是煤矿安全设备发展的必然趋势。在对矿用救生舱进行优化设计时,不能仅仅局限于材料及工艺等技术方面,应该从使用者的生理和心理需求方面考虑,运用集成创新的方法进行设计,把握好产品的功能性、系统性、易用性和舒适性,让避险人员稳定、高效地等待救援。
  参考文献
  [1]程健维,杨胜强,程涛.国外矿井救生舱研究现状及问题分析[J].煤炭科学技术,2010.38(11):93-96
  [2]胡川,罗斌,张帅.集成创新在新产品开发中的探索研究[J]装T1,2011 (02):137-138
  [3] Ernrnanuel Janagan Johnson.Theoretical Frameworks of the Sodal Casework Method[M]Springer Internatonal Publishing:201 9一1 0—1 2
  [4]李天义.地震灾害中被困人员的心理分析与干预[J]中国应急救援,2012 (02):19-21
  [5]蒋星星,李春香.2013- 2017年全国煤矿事故统计分析及对策[J].煤炭工程,2019,51(01):101-105
  [6]汪声,全龙哲,栗婧.国外矿用应急救生舱技术现状[J].中国安全生产科学技术,2010,6 (041:119-123
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