毛洋

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床是一類非常重要的設(shè)備，其質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量。就目前狀況而言，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床存在著線條生硬、操作繁瑣等缺陷，不僅無法有效地提升工件加工的質(zhì)量與效率，還可能危害流水線工人的生命財產(chǎn)安全。文章結(jié)合筆者工作經(jīng)驗與相關(guān)理論知識，研究了機(jī)床造型設(shè)計中人機(jī)工程的應(yīng)用，供有關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：技術(shù)；電視藝術(shù)；電視美學(xué)

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中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-2832（2016）07-0105-03

Man Machine Engineering in Machine Tool Design

MAO Yang（Dalian Polytechinc University Art and Information Engineering，Dalian 116600，China）

Abstract ：In the field of industrial production， NC machine tool is a kind of very important equipment，its quality directly affects the quality of the product. Is the current situation， domestic CNC machine tools exist defects in rigid lines， the operation is complicated， not only can not effectively enhance machining quality and efficiency， also may endanger the safety of life and property of the assembly line workers. The author combined the work experience and the related theory knowledge， in this paper has studied the machine tool design in the man-machine engineering application， for the related personnel reference.

Key words ：machine tool modeling； design； ergonomics

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人機(jī)工程學(xué)自誕生以來便受到了數(shù)控機(jī)床設(shè)計界的廣泛關(guān)注，機(jī)床設(shè)計者利用人機(jī)工程學(xué)來改善數(shù)控機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)條件、調(diào)整機(jī)床顯示屏安裝角度等。現(xiàn)階段，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)知識所制造的數(shù)控機(jī)床不僅具備美觀的外型，性能也得到了顯著的提升。

一、人機(jī)工程學(xué)概述

心理學(xué)、人體測量學(xué)、生物力學(xué)、生理學(xué)與工程學(xué)等學(xué)科知識共同構(gòu)成了人機(jī)工程學(xué)。在機(jī)床造型設(shè)計中應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的主要目標(biāo)是結(jié)合該學(xué)科理論，設(shè)計出擁有最大運(yùn)轉(zhuǎn)效率、操作便利安全的機(jī)械設(shè)備。人機(jī)工程學(xué)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)確保人、機(jī)器以及環(huán)境系統(tǒng)總體性能最優(yōu)化的目的，主要原因是其向設(shè)計者揭示了人、機(jī)器以及環(huán)境三者之間的規(guī)律與關(guān)系。

近年來，人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用愈來愈廣泛，應(yīng)用主要集中于工業(yè)領(lǐng)域。通過應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)，人們有效地提升了機(jī)器的性能、改善了工人的操作條件、減少了職業(yè)病的發(fā)生幾率。就目前狀況而言，我國工業(yè)發(fā)展勢頭較好，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用普遍，所以人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用條件良好。

二、數(shù)控機(jī)床人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

人機(jī)系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用的基本目標(biāo)便是實現(xiàn)“機(jī)宜人，人適機(jī)”。數(shù)控機(jī)床能夠承受巨大的工作量，在工件精度控制方面具有巨大的優(yōu)勢，而相比于數(shù)控機(jī)床，人擁有活躍的思維，能夠?qū)ぷ髦械耐话l(fā)狀況做出緊急處理。在數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計上應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)知識，就是為了加強(qiáng)人與機(jī)器的配合，從而最大程度地強(qiáng)化人機(jī)系統(tǒng)的總體功能并提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

人與數(shù)控機(jī)床構(gòu)成和諧的人機(jī)系統(tǒng)，人與機(jī)器共同履行應(yīng)盡的職責(zé)。人機(jī)系統(tǒng)中，機(jī)器負(fù)責(zé)開展高強(qiáng)度的運(yùn)算以及工件加工工作，操作人員則負(fù)責(zé)編寫控制程序、下發(fā)操作指令以及維護(hù)保養(yǎng)數(shù)控機(jī)床等。

三、人機(jī)系統(tǒng)具體設(shè)計

（一）工作臺控制裝置設(shè)計

工作臺是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵構(gòu)成成分，其負(fù)責(zé)對相關(guān)工件進(jìn)行加工。工作臺控制裝置是指揮機(jī)械臂運(yùn)轉(zhuǎn)的“大腦”，在工作臺控制裝置設(shè)計工作中，設(shè)計者必須要考慮到操作人員手臂活動范圍等因素，力求使操作人員能夠便捷地操作工作臺。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床操作人員患有腰肌勞損、腰椎盤突出等疾病，造成該現(xiàn)象的主要原因之一是常規(guī)的數(shù)控機(jī)床設(shè)計使得操作者長時間地處于靜態(tài)彎腰狀態(tài)中。因此，數(shù)控機(jī)床人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計者應(yīng)當(dāng)竭力避免上述問題的發(fā)生，合理地設(shè)計工作臺臺面，充分結(jié)合人機(jī)工程學(xué)相關(guān)知識來確定臺面的高度。

通常情況下，操作人員是站立操作工作臺的，在此情況下，工作臺面應(yīng)當(dāng)靠近操作員的手部，如此方能避免操作人員長時間彎腰的現(xiàn)象出現(xiàn)，還能有效地防止操作人員因身體前傾而跌倒。數(shù)控機(jī)床的控制桿和手柄由杠桿以及執(zhí)握柄構(gòu)成，從操作條件來看，控制桿以及手柄屬于單手控制器范疇，數(shù)控機(jī)床的手柄一般在操縱力相對較小的操作環(huán)境下使用。結(jié)合人體工程學(xué)相關(guān)知識，認(rèn)為在手柄轉(zhuǎn)動角度不大于手腕轉(zhuǎn)動的常規(guī)角度的條件下，工作人員的操作將更加地輕松高效。

為了最大程度地消除數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中手柄與操作人員手掌之間的摩擦，可以采用軸套式的手柄設(shè)計。為了提升操作人員手部的舒適性，可以采用觸感良好的軟樹脂作為手柄套的材料，也可以為操作人員發(fā)放軟樹脂制成的工作手套，從而實現(xiàn)對操作人員手部進(jìn)行雙重保護(hù)的目的。

（二）顯示輸入面板設(shè)計

顯示輸入面板是數(shù)控機(jī)床的核心組分，負(fù)責(zé)顯示數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)等重要工作。顯示輸入面板的高度設(shè)計十分重要，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床未重視顯示輸入面板的高度設(shè)計工作，從而導(dǎo)致操作人員無法便捷地觀測運(yùn)行數(shù)據(jù)，不僅影響了數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行，同時在一定程度上影響了操作人員的身體健康。

依照人機(jī)工程學(xué)理論，認(rèn)為數(shù)控機(jī)床顯示輸入面板的高度應(yīng)當(dāng)取百分之五十的人體尺寸，即設(shè)計成操作人員平均身高的一半，事實表明，該種設(shè)計能夠有效地滿足機(jī)床操作人員的操作要求，使操作人員能夠輕松地完成數(shù)據(jù)分析、輸入等工序。為了提升面板操作的舒適性，機(jī)床設(shè)計者還需要重點考慮面板高度與操作人員肘高的適應(yīng)性。如果操作人員經(jīng)常性地抬高手臂以進(jìn)行顯示輸入面板操作，則容易產(chǎn)生肌肉酸痛感，長此以往可能造成手臂肌肉血液循環(huán)不暢，所以，機(jī)床設(shè)計者需要充分確保面板與操作人員的肘高相匹配。

需要特別指出的是，應(yīng)當(dāng)采用可調(diào)節(jié)式面板設(shè)計，這是因為每個人的生理構(gòu)造有著細(xì)微的差別，在此情況下，如果面板是固定的，即使高度設(shè)計考慮到了操作人員身高平均值、肘高平均值等因素，也難以最為有效地為每一個操作人員提供最優(yōu)的工作環(huán)境。就目前狀況而言，懸掛式、分離式、貼合式以及下伸式等形式的顯示輸入面板技術(shù)實現(xiàn)難度相對較低、實際應(yīng)用效果頗佳，因此被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中。每個操作人員對面板高度的要求不同，所以應(yīng)當(dāng)在控制面板上安裝體積與高度合理的把手，從而有效地增強(qiáng)操作人員的工作便利性。

由于現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床需要執(zhí)行多類加工任務(wù)，功能比較豐富，因此顯示輸入面板上分布著大量的按鍵，按鍵的大小設(shè)計工作十分重要，按鍵過大或者過小都可能導(dǎo)致操作效率低下甚至引發(fā)誤操作，影響數(shù)控機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)效率與質(zhì)量。面板按鍵尺寸大小要與操作人員手指端面積相匹配。一般來講，按鍵面積需要稍稍大于人的手指端面積。為了保障操作的準(zhǔn)確性，按鍵的工作行程以及按壓力需要符合相關(guān)行業(yè)規(guī)范與國家標(biāo)準(zhǔn)。

為了盡量縮小顯示輸入面板的體積，按鍵的排布應(yīng)當(dāng)盡量緊密，但是應(yīng)當(dāng)注意按鍵排布不能過于緊密，否則操作人員可能在無意間同時按下兩個鍵位，如此有可能引發(fā)相關(guān)安全事故。得益于科技的迅猛進(jìn)步，現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床控制面板按鍵技術(shù)得到了極大的改進(jìn)，國有企業(yè)基本普及了感應(yīng)式鍵盤設(shè)計，這種面板感應(yīng)靈敏度非常好，并且擁有極佳的觸感，能夠顯著地增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床操控工作的舒適性。

為了促使操作人員能夠更好更快地獲取收索信息，應(yīng)當(dāng)依照一定的原則來設(shè)計按鍵的排布，經(jīng)驗表明，奇數(shù)個橫向的按鍵排列方式能夠最為有效地提升操作人員信息獲取工作的便利性與準(zhǔn)確性。最好劃分功能鍵位區(qū)域，劃出字母鍵、數(shù)字鍵以及方向指示鍵等鍵位區(qū)域，如此能夠幫助操作人員更好地找到所需鍵位，同時有利于操作人員養(yǎng)成良好的擊鍵習(xí)慣。

數(shù)控機(jī)床顯示輸入面板上分布著大量的旋鈕，有的旋鈕可以旋轉(zhuǎn)一周以上，有的旋鈕只能旋轉(zhuǎn)一周以內(nèi)，而有的旋鈕則無法旋轉(zhuǎn)，這類旋鈕發(fā)揮著定向指示的作用。為了便于操作人員迅速區(qū)分不同功能的旋鈕，可以在旋鈕設(shè)計中應(yīng)用色彩編碼技術(shù)。依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范可知，紅色可以用來表示停止機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)，而綠色則表示接通或者啟動數(shù)控機(jī)床。

為了提升操作的準(zhǔn)確性與便捷性，數(shù)控機(jī)床面板上分布了一些符號與文字以標(biāo)示鍵位的功能，如果操作環(huán)境中照明條件不佳，則操作人員將較難在短時間內(nèi)準(zhǔn)確獲取標(biāo)示文字以及符號的信息，因此，建議設(shè)計者在面板鍵盤設(shè)計上采用背光技術(shù)，如此能夠顯著地改善面板操作環(huán)境，增強(qiáng)擊鍵的準(zhǔn)確性與便捷性。

（三）機(jī)床開合門設(shè)計

在數(shù)控機(jī)床中，開合門是一道非常重要的設(shè)施，其能夠較為有效地保護(hù)操作人員的生命財產(chǎn)安全，與此同時還能發(fā)揮隔聲的效果。機(jī)床操作人員需要實時監(jiān)控工作臺，為了支持這一工作，設(shè)計者應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計開合門上的視窗，視窗不宜過大也不能太小?，F(xiàn)階段，數(shù)控機(jī)床開合門主要采用左右拖拉設(shè)計，應(yīng)當(dāng)確保拖拉開合門的力的大小處于合理水平。通常情況下，加工中心中的加工任務(wù)繁多、而且數(shù)控機(jī)床的體積也較大，而對于大型數(shù)控機(jī)床而言，最好增大把手的長度與開合門的尺寸。

（四）生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計

現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床操作業(yè)務(wù)對生產(chǎn)環(huán)境要求極高，因此要確保生產(chǎn)環(huán)境具備干凈整潔的特征。為了增強(qiáng)工作人員操作機(jī)床面板的舒適性，認(rèn)為需要確保數(shù)控機(jī)床的造型與生產(chǎn)環(huán)境相和諧，著重突出數(shù)控機(jī)床造型的人性化特點。行為心理學(xué)相關(guān)理論指出，顏色可以影響人的行為與心理，在中國傳統(tǒng)文化中，紅色象征著喜悅、豐收，藍(lán)色代表著沉穩(wěn)、寧靜，鑒于數(shù)控機(jī)床實際操作狀況，認(rèn)為采用紅色作為機(jī)床裝飾色的方案不太實際，綜合考慮后，認(rèn)為可以將藍(lán)色與綠色作為數(shù)控機(jī)床的主色調(diào)。

使用藍(lán)色與綠色來裝飾數(shù)控機(jī)床益處頗多。藍(lán)色能夠在一定程度放松人的心情，使得操作人員在輕松愉悅的環(huán)境中開展相關(guān)工作，而綠色不僅給人以清新的感受，還能有效地減緩操作人員的視覺疲勞，防止操作人員患上近視眼，有效地保護(hù)了操作人員的視力。德國是數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家，而韓國DMG公司生產(chǎn)的一款數(shù)控機(jī)床便采用了藍(lán)綠色開合門設(shè)計，據(jù)一些機(jī)床操作人員反映，操作藍(lán)綠色的機(jī)床設(shè)備能夠放松自身的心情，從而提升了工作效率以及質(zhì)量。

（五）安全防護(hù)設(shè)計

安全防護(hù)設(shè)計工作意義重大，在過去幾年中，媒體報道了許多慘烈的機(jī)床安全事故，主要原因之一是數(shù)控機(jī)床安全設(shè)計不到位，因此必須要確保數(shù)控機(jī)床的造型設(shè)計滿足相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，能夠給予操作人員一個安全舒適的操作環(huán)境。為了提升操作人員的心理安全感，數(shù)控機(jī)床的造型必須完全符合人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)要求，要擁有飽滿的整體造型。應(yīng)當(dāng)高度重視數(shù)控機(jī)床的著色處理工作，主要采用藍(lán)色與綠色，如此能夠促使操作人員獲得足夠的心理安全感。除此之外，要著力于完善人機(jī)工程設(shè)計，做好造型尺寸設(shè)計工作。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，很大一部分機(jī)床安全事故的誘因是操作人員無意間接觸了機(jī)床的按鈕開關(guān)，所以為了保障操作人員的安全，必須要規(guī)范數(shù)控機(jī)床的尺寸設(shè)計，并將關(guān)鍵按鈕置于不易被無意碰觸到的位置上。

設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)做好數(shù)控機(jī)床顯示以及控制裝置設(shè)計工作，各項設(shè)計需要充分結(jié)合操作人員的心理以及生理特點，最大程度地避免不合理設(shè)計的出現(xiàn)。由于操作人員需要長時間地查看顯示面板上的數(shù)據(jù)，長此以往可能會影響操作人員的視力，因此可以采用智能化面板設(shè)計，設(shè)置視力保護(hù)提醒時間。

四、如何提升數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計工作的質(zhì)量

（一）提升機(jī)床設(shè)計者的綜合素質(zhì)

無論是何種工作，在其中發(fā)揮最關(guān)鍵作用的因素的“人才”，數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計工作也不例外。通過調(diào)查走訪，發(fā)現(xiàn)部分機(jī)床設(shè)計者的綜合素質(zhì)不高，主要表現(xiàn)在專業(yè)知識儲備量不足與對人機(jī)工程學(xué)知識理解不透徹上。因此，企業(yè)要對癥下藥，采取針對性措施以提升機(jī)床設(shè)計者的綜合素質(zhì)。建議企業(yè)通過舉辦行業(yè)專家講座以及組織專業(yè)技能培訓(xùn)活動等形式來切實地擴(kuò)充機(jī)床設(shè)計者的專業(yè)知識儲備與強(qiáng)化其實踐設(shè)計能力，從而使其更加適應(yīng)新時期數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計工作的各類要求。

除此之外，企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期派遣業(yè)績突出、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的設(shè)計者前往德國、日本等數(shù)控機(jī)床設(shè)計、制造技術(shù)成熟發(fā)達(dá)的國家學(xué)習(xí)交流，以便回國后提升設(shè)計團(tuán)隊的整體綜合素質(zhì)。企業(yè)可以制定合理的薪資分層制度，將機(jī)床設(shè)計人員的工作業(yè)績、工作態(tài)度以及周圍同事對其的評價等因素納入薪資考核體系當(dāng)中，通過物質(zhì)方面的激勵以激發(fā)設(shè)計人員的工作積極性。

（二）加快數(shù)控機(jī)床設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

客觀上講，我國數(shù)控機(jī)床設(shè)計與制造技術(shù)與德日等國家仍有較大的差距，除了人才保障體系方面有一定差落外，機(jī)床設(shè)計制造行業(yè)缺乏健全的技術(shù)指導(dǎo)體系也是造成中國數(shù)控機(jī)床整體性能落后進(jìn)口德日機(jī)床的主要原因之一。鑒于上述情況，認(rèn)為政府應(yīng)當(dāng)盡快組織專家小組，研討建立合理可行的數(shù)控機(jī)床設(shè)計與制造標(biāo)準(zhǔn)體系，從而為廣大機(jī)床設(shè)計、制造企業(yè)提供權(quán)威可靠的參考。此外，政府應(yīng)當(dāng)加大對中小型機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的財政補(bǔ)貼力度，降低這些企業(yè)的銀行貸款門檻，如此方能最大程度地促進(jìn)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)行業(yè)的總體進(jìn)步。

五、結(jié)語

新的發(fā)展形勢下開展機(jī)床造型設(shè)計革新工作極為必要，人體工程學(xué)在機(jī)床設(shè)計中能發(fā)揮巨大的作用，為此，廣大設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)積極學(xué)習(xí)人機(jī)工程學(xué)知識，善于借鑒優(yōu)秀的機(jī)床設(shè)計經(jīng)驗，在實際工作中保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，如此方能促進(jìn)我國工業(yè)的長足發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐鎮(zhèn)，張玉靜.人機(jī)工程仿真技術(shù)在車門裝焊工序中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2016（01）.

[2] 黃芃超，谷海悅，許曉云，解嘉慈. 22°傾斜式線切割機(jī)[J].機(jī)械設(shè)計，2015（12）.

[3] 丁靜，楊雪麗.淺談機(jī)床設(shè)備外防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題探討[J].中國包裝工業(yè)，2013（06）.

[4]張俊竹.展示程序設(shè)計[J].設(shè)計，2013，（06）：79-81.

[5]李彤，韓鋒，李靜洪，丁建紅.基于DELMIA的導(dǎo)管虛擬裝配仿真研究[J].機(jī)械制造，2014（05）.

[6] 張鐵成.機(jī)床外防護(hù)設(shè)計中的人機(jī)工程仿真[J]. 制造業(yè)自動化，2014（17）.