人機(jī)工程學(xué)在某型測(cè)試設(shè)備上的應(yīng)用

蘇斌山，吳長(zhǎng)春，王偉濤

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

機(jī)械化時(shí)代，除了人與人之間的交流之外，還有很大一部分是人與機(jī)械之間的交流，所要面對(duì)的更多的是機(jī)械操作。由于施工作業(yè)的復(fù)雜度日趨增加，作業(yè)效率要求的不斷提高和工程機(jī)械種類(lèi)的增多，操作者工作也越來(lái)越繁重。

隨著科技的發(fā)展和生活水平的提高，人性化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，越來(lái)越受到人們的青睞。人機(jī)工程學(xué)是一門(mén)新興的邊緣學(xué)科。其是運(yùn)用人體測(cè)量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、生物力學(xué)以及工程學(xué)科的研究方法和手段，綜合地進(jìn)行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學(xué)等問(wèn)題研究的學(xué)科，用以設(shè)計(jì)使操作者能發(fā)揮最大效能的機(jī)械、儀器和控制裝置，并研究控制臺(tái)上各個(gè)儀表的最適位置。

許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，人機(jī)界面設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致操作人員操作失誤，降低系統(tǒng)運(yùn)行安全性，甚至造成重大事故，同時(shí)還會(huì)對(duì)操作人員造成生理或心理傷害，許多職業(yè)病，也都源于不合理的操作環(huán)境或作業(yè)姿勢(shì)。

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的基本原理，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，應(yīng)能夠保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，提高系統(tǒng)的工效，改善操作人員的舒適性以及保證操作人員的健康，最大程度地防止職業(yè)病的發(fā)生。

1 問(wèn)題的提出

通常設(shè)計(jì)，都是從經(jīng)驗(yàn)來(lái)估計(jì)人機(jī)交流平臺(tái)的高度位置，本文主要從工程以及人機(jī)環(huán)境角度，通過(guò)人體尺寸分析，來(lái)討論確定測(cè)試設(shè)備人機(jī)交流平臺(tái)，包括鍵盤(pán)輸入設(shè)備和屏幕裝置以及適配器懸掛位置高度，在人機(jī)工程上的合理性。

某型測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 某型測(cè)試設(shè)備工作狀況圖

整個(gè)測(cè)試設(shè)備由上下兩個(gè)機(jī)箱和后掛適配器組成，外加測(cè)試電纜，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)在室內(nèi)進(jìn)行。

本文主要通過(guò)人機(jī)工程學(xué)，計(jì)算確定系統(tǒng)中顯示和輸入設(shè)備高度尺寸B1 以及后掛適配器的高度B2。

2 顯示器的高度和角度設(shè)計(jì)

作為測(cè)試設(shè)備，編程和調(diào)試人員需要長(zhǎng)時(shí)間采用坐姿面對(duì)屏幕。設(shè)備的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮在坐姿狀態(tài)下，使人手操作鍵盤(pán)時(shí)，處于最合理的部位，并使眼睛處于最佳高度，獲得最佳視野。

測(cè)試設(shè)備總體結(jié)構(gòu)為上下組合式，為了提高系統(tǒng)單元的模塊化設(shè)計(jì)，增加互換性和可操作性，測(cè)試設(shè)備單元面板的高度為

nU（≥1，n∈N，1U=44.45 mm），

上下機(jī)箱內(nèi)部有效高度分別為12U 和10U。

人體測(cè)量的數(shù)據(jù)，常以百分位數(shù)Pk作為一種位置指標(biāo)，一個(gè)界值。一個(gè)百分位數(shù)將群體或樣本的全部測(cè)量值分為兩部分，其中K%的測(cè)量值等于或者小于它，（100- K）%的測(cè)量值大于它。對(duì)某型測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在操作過(guò)程中，主要涉及到的人體尺寸如表1 所列。

表1 我國(guó)成年人體部分尺寸（單位：mm）

根據(jù)工業(yè)產(chǎn)品的重要程度和樣本概率，50 百分位數(shù)可以作為產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)的依據(jù)，我們?nèi)∪梭w百分位為50 的一組數(shù)據(jù)，作為參考數(shù)值，設(shè)顯示和輸入設(shè)備理論高度為B1’，那么

B1’（男）=A4+A2=413+263=676（mm）

B1’（女）=A4+A2=382+251=633（mm）

通常，工作平面的高度，都是憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)或者根據(jù)傳統(tǒng)的做法確定的。然而，通過(guò)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，最舒適的高度，是低于人體肘部高度76 mm；另外，休息平面高度，應(yīng)該低于肘部高度25～38 mm，設(shè)修正后的舒適高度理論值為B1”，那么

B1”（男）=A4+A2- 76=676- 76=600（mm）；

B1”（女）=A4+A2- 76=633- 76=557（mm）。

男性休息高度范圍為（638，651）mm；

女性休息高度范圍為（595，608）mm。

綜合以上計(jì)算結(jié)果，選擇鍵盤(pán)等輸入設(shè)備的高度，取值范圍為（595，651）mm。

根據(jù)實(shí)際情況，某型測(cè)試設(shè)備采用上下機(jī)箱組合式結(jié)構(gòu)，輸入輸出設(shè)備選用抽拉掀蓋式三位一體，外形和功能跟筆記本相似，顯示器掀起后，打開(kāi)角度可調(diào)，但高度無(wú)法調(diào)節(jié)。鍵盤(pán)和顯示器的整體性，限制了位置高度的選擇。由于直交流電源必須放在下機(jī)箱，并且三位一體必須和工控機(jī)等在同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)部相連，三位一體只能置于上機(jī)箱，根據(jù)機(jī)箱的高度，三位一體最低高度為810 mm，基于實(shí)際情況的考慮，只能選擇高度可調(diào)的座椅來(lái)調(diào)節(jié)操作高度。

根據(jù)表1 中A1 的數(shù)值，坐姿眼高取50 分位處的798 mm（男）和739 mm（女），那么設(shè)坐姿時(shí)眼離地面高度為B3，那么，

B3（男）=A1+A4=798+413=1211（mm）；

B3（女）=A1+A4=739+382=1121（mm）。

當(dāng)座椅高度不調(diào)節(jié)時(shí)，顯示屏起始高度下限范圍為（810，840）mm，上限范圍（1 110，1 140）mm，顯示屏基本處于人眼最佳視區(qū)中心，處于水平偏俯視狀態(tài)，當(dāng)座椅上調(diào)200 mm 后，顯示屏就完全處于俯視狀態(tài)，根據(jù)人體舒適度要求，人如果長(zhǎng)時(shí)間處于俯視狀態(tài)，會(huì)感覺(jué)身體不適，但基于箱體規(guī)格以及設(shè)計(jì)要求，只能靠個(gè)體的差異，來(lái)人為調(diào)節(jié)舒適度。

3 后掛適配器的高度設(shè)計(jì)

根據(jù)表1，50 百分位處立姿肘高的尺寸C1 為1 024 mm（男）和960 mm（女）可知，后期加掛適配器的高度定位范圍約為（960，1100）mm，根據(jù)機(jī)箱的實(shí)際高度，如圖2 所示。

圖2 某型測(cè)試設(shè)備后視圖

加掛適配器的高度可以為987.8（810+4 U）mm或者是1 032.25（810+5 U）mm，基于模塊使用功能的要求，最后確定其高度為1 032.25（810+5U）mm，此高度符合人機(jī)工程要求，滿(mǎn)足使用要求和功能要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析說(shuō)明，設(shè)計(jì)雖然確定了該型測(cè)試設(shè)備某一滿(mǎn)足度指標(biāo)，但用一種尺寸規(guī)格的產(chǎn)品，卻永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到所有人的要求。這種情況下，只能靠系列化和可調(diào)節(jié)性設(shè)計(jì)，來(lái)加以解決，這是此類(lèi)問(wèn)題通常的有效解決方案。

[1]馬江彬.人機(jī)工程學(xué)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[2]丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)（修訂版）[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

[3]袁修干，莊達(dá)民.人機(jī)工程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.