陶　杰

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦， 山西　古交　030200）

引言

煤礦開采任務(wù)重，容易導(dǎo)致操作人員的緊張和疲勞，從而影響其操作設(shè)備的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致操作性安全事故的發(fā)生。隨著科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化煤礦當(dāng)中對于機(jī)械設(shè)計的人文理論因素要求得更高。采用人機(jī)工程理論來對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行設(shè)計，可以改善操作人員的工作環(huán)境，達(dá)到降低人為安全事故發(fā)生的目的[1]。

1　人機(jī)工程在煤礦機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用必要性分析

通過對煤礦機(jī)械安全事故應(yīng)用故障樹分析法分析發(fā)現(xiàn)（FTA分析圖如圖1所示），工作人員失誤狀態(tài)下，有25%的安全事故因素是人機(jī)接口。

圖1　煤礦機(jī)械事故故障樹分析法示意圖

使用墨菲定律來對此安全事故進(jìn)行解釋，可理解為當(dāng)采用以人為本、以人為中心，應(yīng)用人機(jī)工程技術(shù)進(jìn)行煤礦機(jī)械設(shè)計[2]，那么其發(fā)生一次事故故障的概率就越來越小，甚至小到趨向無窮小，也就是發(fā)生故障的概率為不可能事件。這大大地提高了煤礦開采工作中的安全以及相應(yīng)的開采效率。所進(jìn)行人機(jī)工程技術(shù)的研究并將其應(yīng)用在煤礦機(jī)械設(shè)計中是非常有必要的，也是有著實踐意義的。

2　人機(jī)工程學(xué)在煤礦機(jī)械設(shè)計中的實踐應(yīng)用

能源需求量的增大促使煤礦企業(yè)加大了礦井的開采深度，其開采環(huán)境的復(fù)雜性更是導(dǎo)致“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)三者的關(guān)系越來越復(fù)雜，從而使得煤礦開采工作對于人機(jī)工程技術(shù)的要求也越來越高。當(dāng)前隨著煤礦機(jī)械及其自動化應(yīng)用程度越來越高，人機(jī)工程技術(shù)的應(yīng)用也逐漸在機(jī)械設(shè)計中得到了體現(xiàn)，從而使得整個開采的效率和環(huán)境都得到了改善。這種人機(jī)工程技術(shù)同煤礦機(jī)械設(shè)計相結(jié)合，可以使得人與機(jī)械設(shè)備做到機(jī)宜人、人適機(jī)的狀態(tài)。當(dāng)前人機(jī)工程技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)計中的實踐應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

2.1　人機(jī)界面的優(yōu)化匹配

通過人機(jī)界面的原理可知（如圖2所示），煤礦機(jī)械設(shè)計的環(huán)節(jié)和流程比較多，需要遵循的原則也比較多。從整體性能上講，人機(jī)界面是外部與內(nèi)部信息的相互交換，使信息以可以傳遞和接受的方式給人類進(jìn)行展示[3]。

圖2　煤礦機(jī)械人機(jī)界面的基本原理示意圖

在人機(jī)界面的設(shè)計過程中，控制面板是重要的一個部件，其設(shè)計的目標(biāo)主要是讓其具有良好的溝通性與信息傳遞的順暢與準(zhǔn)確性，從而提高機(jī)械設(shè)計工作的整體效率。人機(jī)界面主要涉及到顯示器、操縱器、工作臺、工作椅四大要素，但是其操作界面非常的密集與繁瑣，操作者在一天的工作過程中容易產(chǎn)生孤寂感。所以可以對人機(jī)界面進(jìn)行優(yōu)化，利用人機(jī)工程理論，增加人機(jī)界面操作過程的性感認(rèn)知，利用人對尺寸、色彩、造型、材質(zhì)以及操作方式等的意象和感覺，來體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計產(chǎn)品的人文因素。

2.2　煤礦機(jī)械的噪聲控制

煤礦機(jī)械工作中會產(chǎn)生很繁重的噪音，其噪音來源包括地面的壓縮機(jī)、球磨機(jī)產(chǎn)生以及井下的采煤機(jī)與通風(fēng)機(jī)等。煤礦主要生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)生的噪音與其傳播距離衰減圖見圖3所示[4]。

圖3　礦山機(jī)械噪聲源噪噪音傳播衰減圖

噪音的存在會影響操作人員的心理狀態(tài)，從而影響到其工作狀態(tài)的不集中，造成相應(yīng)的煤礦安全事故。因此，在煤礦機(jī)械的設(shè)計之初就應(yīng)該采用相應(yīng)的噪音減少或是消除措施，來達(dá)到噪音控制的目的。比如在對煤礦通風(fēng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計時，從人機(jī)工程的內(nèi)涵出發(fā)，從選型和空氣動力學(xué)著手來降低其工作時產(chǎn)生的噪音。

2.3　人機(jī)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

在煤礦機(jī)械設(shè)計之初，就需要了解和掌握相應(yīng)的人體測量的基本數(shù)據(jù)，主要是包括尺度測量、力量測量、體積測量、肌肉疲勞測量、動態(tài)測量等等。把這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計的過程當(dāng)中，從而使得人能更好地操作機(jī)械設(shè)計。比如鏟運機(jī)駕駛室的設(shè)計過程，就需要考慮到操作員的身材因素來進(jìn)行設(shè)計，否則就容易造成操作不便。另外在設(shè)計時，機(jī)械設(shè)備儀器表盤的裝置布置都需要符合人體的運動習(xí)慣。

2.4　機(jī)械設(shè)計的外觀造型

礦山機(jī)械設(shè)備的設(shè)計當(dāng)中同樣也需要美學(xué)思想的融入。在設(shè)備外觀的設(shè)計上需要達(dá)到人與機(jī)械與環(huán)境的良好結(jié)合，在視覺上有美的享受。良好的美學(xué)外觀造型可以降低人在操作過程中的疲勞。所以應(yīng)該通過人機(jī)工程的相關(guān)原理，根據(jù)根據(jù)人的心理、生理、安全、工效以及健康等因素保證設(shè)計的產(chǎn)品的適用性。

3　人機(jī)工程的未來展望

3.1　煤礦機(jī)械設(shè)計中的安全人機(jī)工程

煤礦機(jī)械自動化水平越來越高，煤礦井下人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)越來越復(fù)雜，其安全問題被引起重視。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計過程中，會把安全問題放在首位，體現(xiàn)安全人機(jī)工程的概念。對于煤礦機(jī)械設(shè)計過程，需要建議以人為中心的安全管理體制，提高人的整體素質(zhì)，達(dá)到能實現(xiàn)安全人機(jī)工程的目的[5]。

3.2　煤礦機(jī)械設(shè)計中的綠色人機(jī)工程

煤礦機(jī)械設(shè)計中綠色人機(jī)工程主要是體現(xiàn)在煤礦開采的全過程生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中，需要利用人機(jī)工程學(xué)技術(shù)來對煤礦的開采過程進(jìn)行綠色環(huán)保問題的處理。主要的過程有綠色開采階段、綠色設(shè)計階段洗選階段以及綠色運輸階段等。在煤礦生產(chǎn)的這四個階段當(dāng)中，都需要注重綠色環(huán)境意識，實現(xiàn)人與自然的和諧相處。這是未來人機(jī)工程發(fā)展的主要趨勢。

3.3　煤礦虛擬人機(jī)工程與煤礦智能人機(jī)工程

計算機(jī)信息技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用，使得煤礦生產(chǎn)過程實現(xiàn)了全程的監(jiān)測和監(jiān)控，在這一基本條件下，后期在煤礦采掘、運輸和加工等過程中可能應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，來不斷實現(xiàn)煤礦的人機(jī)工程特性，讓煤礦機(jī)械設(shè)備的設(shè)計向煤礦虛擬人機(jī)工程的方向發(fā)展。同時隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，后期的煤礦機(jī)械設(shè)計過程中也會出現(xiàn)煤礦智能人機(jī)工程。其主要特點就是包括專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)，來實現(xiàn)人機(jī)的結(jié)合，以人為主的綜合集成體系。

4　結(jié)語

當(dāng)前應(yīng)用人機(jī)工程原理來對煤礦機(jī)械設(shè)計進(jìn)行改造是非常有效的?；谌诵曰脑O(shè)計理念，確保人-機(jī)-環(huán)境的和諧關(guān)系，進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的設(shè)計可以保障機(jī)械的安全性。我國煤礦機(jī)械設(shè)計中人機(jī)工程應(yīng)用的時間不長，實踐內(nèi)容還不多，其相關(guān)的經(jīng)驗也比較薄弱。在未來的發(fā)展過程中，需要更多的機(jī)械設(shè)計師們關(guān)注人機(jī)工程學(xué)，把相關(guān)的設(shè)計理念融通到機(jī)械設(shè)計中去，從而提高煤礦機(jī)械設(shè)備的設(shè)計水平。

[1]楊耀君.人機(jī)工程在煤礦機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（16）：94.

[2]鄭杰.人機(jī)工程在煤礦機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2017（4）：150-151.

[3]李紅濤，張驎.人機(jī)工程在煤礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].礦山機(jī)械，2013，41（5）：1-4.

[4]耿曉亮，于會榮，韓燕，等.人機(jī)工程在煤礦機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].煤礦安全，2012，43（9）：222-224.

[5]楊麗艷.淺談人機(jī)工程在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2010（5）：95-97.