田浩天

遼寧省鞍山市現(xiàn)代服務(wù)學校 遼寧 鞍山 114000

隨著科學技術(shù)水平的發(fā)展，人們從最早的機械只滿足于生產(chǎn)的需求，到現(xiàn)在既要滿足生產(chǎn)的需求，還要滿足人的“使用”需求。古代機械“設(shè)備”的設(shè)計與制作主要是考慮能夠?qū)崿F(xiàn)預設(shè)的某種運動即可。但現(xiàn)代化的機械設(shè)計，不僅僅從機械動力學的發(fā)展出發(fā)，而是在完成智能化的同時要有一定的操控化。說到底，機械設(shè)計的使用出發(fā)點是為“人”而服務(wù)的。而“人”如何能更好地操控機械呢？這就需要人機工程學來實現(xiàn)。所以我們在做機械設(shè)計時，要考慮人機工程學在機械設(shè)計中的應用。

1 人機工程學與機械設(shè)計的關(guān)系

1.1 人機工程學

無論是生產(chǎn)還是生活，人機工程學無處不在。舉個簡單的例子：一部智能手機，不僅僅要求它的處理速度、使用功能，還要求它的形狀、重量，甚至是外形設(shè)計的是否好看。人體工程學在生活中應用的就更廣泛了。比如公共場所的衛(wèi)生間門有的設(shè)計師設(shè)計的是朝里推，有的設(shè)計成向外拉。那么，到底哪個更科學呢？當然是向外拉。我們知道，公共場所不容考慮的一個問題就是安全。試想，如果一位客人如廁中突發(fā)疾病，強行開門救人時，如果門設(shè)計成往內(nèi)推很容易傷到傷者。所謂人機工程學是指應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，分析人的視覺、聽覺、觸覺、膚覺等感覺器官的機能特性，探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等[1]。

1.2 人機工程學在機械設(shè)計中的影響

由上述不難理解，機械設(shè)計更應該考慮人機工程學的應用。機械設(shè)計在追求功能的同時，還要以“人”為本。一方面，我們希望能夠給使用者簡單的操作，另一方面還要考慮使用者的便捷性、安全性以提高生產(chǎn)率及生產(chǎn)質(zhì)量。這就是我們常說的人性化的設(shè)計。畢竟，任何機械設(shè)備都是為人服務(wù)的。比如數(shù)控機械的故障診斷。與一般設(shè)備不同，數(shù)控機床的故障隨時間變化而變化，特別是初期運行時是故障發(fā)生的高頻率時期。當數(shù)控機床發(fā)生故障時，除非出現(xiàn)危及數(shù)控機床或人身安全的緊急情況，一般不要關(guān)斷電源，要盡可能地保持機床原來的狀態(tài)不變，這樣可以對出現(xiàn)的一些信號和現(xiàn)象做好記錄以備分析研究。那么在這種情況下，我們在設(shè)計過程中就應考慮操作者的安全性。小到緊急制動按鈕的形狀設(shè)計大到系統(tǒng)的運行設(shè)計，這里面就需要人機工程學?？梢?，人機工程學在機械設(shè)計中存在十分必要。

2 人機工程學在機械設(shè)計中的應用

2.1 操作與控制功能性

任何機械設(shè)備在設(shè)計的最終是由人進行操作并且控制的。因此在設(shè)計過程中，要考慮操作者在進行操作與控制指令時的輸入是否符合人的個體特征。包括觸覺、視覺、聽覺甚至是嗅覺。比如任何機械與設(shè)備操縱裝置的設(shè)計，因為它起到控制和調(diào)節(jié)的作用，所以在設(shè)計過程中必須要考慮操作者的體型、力量、人體的動作習慣、生理特點等因素。像操作方向盤，應以人體生物學參數(shù)為依據(jù)，要考慮它本身的操縱力矩。但是直徑尺寸則根據(jù)不同設(shè)備的需求而進行調(diào)整。像汽車的方向盤直徑在300～600mm較適合，但車床的方向盤比汽車方向盤遠小得多，還要在其上部設(shè)計手柄更為適合零件車削與加工操作[2]。

2.2 安全性

所有的機械設(shè)備在設(shè)計的過程中，無論是結(jié)構(gòu)還是運行都非常注意安全參數(shù)。但是很多的設(shè)計中都完全關(guān)注機械設(shè)備本身，而忘記了機械設(shè)備的指令輸入者——操作人員。人的協(xié)調(diào)性和生理性特點往往考慮較少。這樣就造成操作者為了適應機械設(shè)備而做出調(diào)整。但人的協(xié)調(diào)性與生理性有局限，這樣一來就會造成操作人員在對機械設(shè)備進行操作時出現(xiàn)安全隱患，如疲勞強度。舉個簡單的例子，一條生產(chǎn)線，每個工人的工位任務(wù)是擰螺絲。那么皮帶傳動的速度設(shè)計者就要考慮提高產(chǎn)量的同時還要注意人體本身承受的疲勞，傳動過快單位時間擰的螺絲就越多，但工人越容易疲勞；過慢又會降低產(chǎn)量。這叫要求我們在設(shè)計機械設(shè)備時要充分考慮人體機能的因素。

2.3 環(huán)境性

人機工程學通俗地說，就是人、機與環(huán)境之間的關(guān)系。機械設(shè)備在設(shè)計過程中必須要考慮環(huán)境的需求。比如液壓系統(tǒng)液壓油的選擇，要根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備所處的溫度環(huán)境而進行選擇。但是人在工作環(huán)境的條件往往被設(shè)計者所忽略。就如剛剛提到的液壓油的選擇，只考慮溫度的變化而不考慮操作者因素是不行的，我們知道，液壓系統(tǒng)中液壓油是有味道的，而人的嗅覺承受液壓油的程度需要設(shè)計者去考慮。類似的還有車床在生產(chǎn)環(huán)境中的噪音、礦山機械設(shè)備在工作環(huán)境中粉塵、灰塵等。當然，環(huán)境的因素還包括對操作者間接性的影響，也是在機械設(shè)計過程中我們所需要注意的。比如設(shè)備儀表盤數(shù)字的顯示、受環(huán)境影響光線的考慮等[3]。

3 人機工程學與機械設(shè)計未來發(fā)展

當然，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，每個行業(yè)都朝向信息化發(fā)展。機械設(shè)計越來越趨向于人性化、科技化而發(fā)展。我們總能希望用最少的力氣（成本）提高最大的生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量。而操作者是最終的執(zhí)行者。圍繞操作者更好的操作是設(shè)計任何一個機械設(shè)備必須要考慮的問題。而人機工程學作為一門應用性很強的學科，在各行各業(yè)應用非常廣泛。未來在機械設(shè)計的應用，有多種發(fā)展可能?？梢韵蛱摂M智能人性化方向發(fā)展?，F(xiàn)在查詢銀行卡里的余額，很多銀行只需要撥打客服電話，查詢者只需語音說“查余額”就可，完全擺脫以前需要動手指的束縛。而人機工程學在機械設(shè)計過程中完全可以設(shè)想將虛擬現(xiàn)實技術(shù)，與“人”的個體相結(jié)合，做到真正的人機交融。相信未來有無限可能性。