從人體工程學(xué)看木工機(jī)械中的人性化設(shè)計(jì)

摘要：木工機(jī)械中的人性化設(shè)計(jì)對保證人身安全，提高生產(chǎn)效率，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求等方面起到了很大的作用。本文主要介紹了人體工程學(xué)在木工機(jī)械中的人性化設(shè)計(jì)。通過分析木工機(jī)械的具體尺寸設(shè)計(jì)和機(jī)械上電機(jī)、開關(guān)的位置設(shè)計(jì)，分析人體與機(jī)械接觸位置對人體使用安全性和使用感受的舒適程度的關(guān)系。以探究合理的尺寸設(shè)計(jì)、合適的操作平臺(tái)對提高木工機(jī)械的工作效率、安全性起到的作用。

關(guān)鍵詞：人體工程學(xué)；木工機(jī)械；人性化設(shè)計(jì)

人機(jī)工程研究和解決人-機(jī)-環(huán)境協(xié)調(diào)，形成有機(jī)聯(lián)系，使機(jī)器與設(shè)備適合人的生理和心理需求以及其他因素，從而達(dá)到工作環(huán)境舒適安全，操作準(zhǔn)確，省力簡便，減輕操作疲勞和提高工作效率的目的[1]。但申利明[2]徐云杰[3]等人研究根據(jù)國家相關(guān)工傷事故調(diào)查資料，調(diào)查獲得1990年至1999年，工傷事故總數(shù)為132起。而且最近幾年在木工機(jī)械（木工圓鋸、木工平刨、木工銑床等）使用過程中仍發(fā)生了諸多的安全事故。在倡導(dǎo)綠色制造的今天，機(jī)械的人性化設(shè)計(jì)在增強(qiáng)機(jī)械安全系數(shù)，提高產(chǎn)品加工效率方面扮演了很重要的角色。本文排除木工機(jī)械操作員的操作程序的錯(cuò)誤情況，研究人體工程學(xué)尺寸等人性化設(shè)計(jì)對木工機(jī)械安全性的影響。

1.人體特點(diǎn)分析

人體作為人機(jī)系統(tǒng)中的有機(jī)體，其構(gòu)造特點(diǎn)與功能動(dòng)作對機(jī)械的人性化設(shè)計(jì)起著重要的作

用。通過人機(jī)結(jié)合的合理性設(shè)計(jì)，才能有效地提高人機(jī)系統(tǒng)效率[4]。

1.1.視覺特點(diǎn)

圖（1）為用視野計(jì)測得的正常人兩眼的水平視野和垂直視野，由于工作空間與一般空間不同，工作空間要求操作者離木工機(jī)械相對較近。要求能看得見儀表指數(shù)及開關(guān)位置等。所以處于工作狀態(tài)安全考慮，操作者必須在靜態(tài)尺寸的水平位置有廣泛的視野（單眼視野界限94°～104°，左右眼視野界限62°），因此才可以保證處于工作狀態(tài)的木工機(jī)械完全處于操作者的視野范圍內(nèi)。又因?yàn)橐曈X在水平上的反應(yīng)速度比垂直要快，所以機(jī)械設(shè)計(jì)的形狀為水平方向上的長方形。

圖（2）中人的色視野是指顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍。色視野的作用主要體現(xiàn)在對色彩的辨識(shí)程度上，以及色彩范圍的識(shí)別程度等。因此，木工機(jī)械的色彩設(shè)計(jì)要確定產(chǎn)品主色調(diào)，產(chǎn)品功能、所處的工作環(huán)境及使用者的實(shí)際需求等[5]。

木工機(jī)械就其工作地點(diǎn)、加工產(chǎn)品、操作對象等幾部分來說可以施以不同的顏色，以使操作者的感覺舒適，使機(jī)械高效率的運(yùn)作。

就木工機(jī)械的工作地點(diǎn)來看，室內(nèi)與室外的工作環(huán)境是不一樣的。所以，室內(nèi)的機(jī)械一般要選擇比較顯眼的亮色（如黃色），這樣不會(huì)使操作者在較暗的空間里產(chǎn)生工作疲勞感，在一定程度上也是保證了操作者的安全。室外的機(jī)械就可以采用淡一點(diǎn)的顏色，不影響對機(jī)械的識(shí)別和正常使用即可。

由于木工機(jī)械的加工用途，可以在機(jī)械的主體部分選擇較木材有區(qū)別的顏色，可以選擇較為亮一點(diǎn)的顏色。木工機(jī)械的底部支撐部分可選擇較深的顏色，主要目的在于增加機(jī)械的穩(wěn)重感，讓操作者心理上產(chǎn)生安全感，工作狀態(tài)時(shí)不用擔(dān)心機(jī)械的安全性。

防護(hù)罩、框架等其它輔助結(jié)構(gòu)宜采用淺色調(diào)為主，但是不要和開關(guān)等操控部分的顏色重合或相似，防止操作者的操作失誤和產(chǎn)生視覺疲勞。

1.2. 動(dòng)作特點(diǎn)

由圖（4）人體上部及各部分的活動(dòng)范圍看出，必須要求操作者在一定的空間內(nèi)與木工機(jī)械有良好的接觸。并且保證操作者與工作速度及準(zhǔn)確度有一定的規(guī)律性，即：操作者用手完成工作運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間與路程的長度有關(guān)，開始和終止運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間是固定的，與路程的長短無關(guān)；操作者用手沿曲線軌跡平滑運(yùn)動(dòng)時(shí)，比沿直線或折線軌跡運(yùn)動(dòng)的速度要快；操作者用手向前或者向后的運(yùn)動(dòng)速度，比向側(cè)面運(yùn)動(dòng)的為快；在操作者正前方60°角的范圍內(nèi)，用一只手完成的動(dòng)作，最為準(zhǔn)確而迅速；操作者手的水平運(yùn)動(dòng)比上下運(yùn)動(dòng)更為迅速而準(zhǔn)確[6]。

我國人體的平均尺寸在一定程度上決定了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本形態(tài)。由圖（5），坐姿時(shí)的工作姿態(tài)動(dòng)作范圍小，上肢體活動(dòng)要求靈活度要高，而一般人的右手較左手的靈活度和反應(yīng)速度高。所以，坐姿時(shí)操作員應(yīng)該被安排在離操控機(jī)構(gòu)比較近的、上肢活動(dòng)范圍較大的地方（離身體中心偏右位置400mm～750mm），能夠比較容易分辨儀表及各個(gè)按鍵、開關(guān)的顏色。并且應(yīng)該離操作臺(tái)出料和工作部分較遠(yuǎn)，且不能直接面對進(jìn)料通道。避免加工廢屑和殘余物對操作員造成傷害。立姿時(shí)由于身體有更大的活動(dòng)范圍，此時(shí)完成的動(dòng)作除了控制操縱臺(tái)以外，還要注意進(jìn)料的速度和時(shí)間以及進(jìn)料的力度。進(jìn)料的速度、時(shí)間和力度都會(huì)影響工作能否順利進(jìn)行。所以，必須加防護(hù)罩，使得在一定程度上保證人體安全?？梢姡竟C(jī)械的各部分參數(shù)設(shè)計(jì)在一定程度上受到了人體尺寸的影響。

2.木工機(jī)械分析

2.1.木工機(jī)械尺寸分析

木工機(jī)械的機(jī)械總長度下限為52cm，上限為220cm。操作臺(tái)長度下限為52cm，上限為264cm，可以看出木工機(jī)械在長度設(shè)計(jì)的選擇上考慮到了人體視覺的舒適感，操作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生視覺上的壓迫感。以及站立時(shí)動(dòng)、靜狀態(tài)（-100cm～+100cm）水平活動(dòng)的最大最小的范圍。從產(chǎn)品功能尺寸設(shè)計(jì)（最小功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量，最佳功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量+心理修正量）上來說，此設(shè)計(jì)符合一般人體尺寸。操作臺(tái)的長度視加工試件的不同而有所調(diào)整。

木工機(jī)械的總寬度下限為51cm，上限為132cm。操作臺(tái)寬度下限為45cm，上限為200cm。由于操作者依試件幅面大小所按壓的力度和機(jī)械的震動(dòng)幅度不同，要考慮操作者的最適操作臺(tái)寬度。同時(shí)，為了不影響操作者的工作視線，木工機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)往往將儀表和操縱臺(tái)的高度設(shè)計(jì)的要比操作臺(tái)的高度要高，使得水平位置上操縱臺(tái)與操作者在操作臺(tái)的兩側(cè)，且操縱臺(tái)的高度與操作者的操作習(xí)慣相適宜。

木工機(jī)械的總高度下限為72cm，上限為160cm。操作臺(tái)高度下限為70cm，上限為100cm。操作臺(tái)的高度選擇首先依據(jù)加工試件的質(zhì)量和種類等確定，以使操作員易于搬動(dòng)和加工，另操作臺(tái)高度也考慮到了操作者坐姿和立姿時(shí)手的功能高度，是針對大小試件的質(zhì)量及加工難易程度確定的。由圖（8）看出，每臺(tái)機(jī)器的總高度普遍比操作臺(tái)高度要高，這是因?yàn)椴僮髋_(tái)的工作部分或電機(jī)等都被隱藏在機(jī)器內(nèi)部，或外加防護(hù)罩，從而降低了因刀具暴露在外而造成人體傷害的概率。

由分析可以看出，就木工機(jī)械的設(shè)計(jì)尺寸對人體的安全性與舒適性而言，相對合理的木工機(jī)械總的長度約為70cm～200cm，寬度約為50cm～130cm，高度約為70cm～160cm；操作臺(tái)的長度約為50cm～260cm，寬度約為45cm～200cm，高度約為70cm～100cm；安全距離和操縱臺(tái)高度的位置設(shè)計(jì)應(yīng)最好在相對操作者在操作臺(tái)的另一側(cè)，操作臺(tái)應(yīng)較人體位置視線水平或靠上，且不影響操作臺(tái)的正常工作為宜。電機(jī)與刀具的距離人體應(yīng)位于機(jī)器中與操作者呈對角線的地方，若有其它情況必須靠近操作者時(shí)，有必要在其表面加防護(hù)罩。

2.2.木工機(jī)械的人機(jī)協(xié)同性分析

按標(biāo)準(zhǔn)[7]人體尺寸來看，健壯的成年人相比其他年齡層的人來說，木工機(jī)械中的事故發(fā)生率低，安全系數(shù)高。因?yàn)槲ｋU(xiǎn)事故的發(fā)生除了機(jī)械的設(shè)計(jì)問題，還關(guān)系到人的主體因素[8]。所以人與機(jī)械的交互也是保證安全的主要因素，機(jī)械的設(shè)計(jì)是否符合操作者的操作習(xí)慣和舒適性也在很大程度上決定了危險(xiǎn)事故的發(fā)生幾率和木材的加工效率。

3.結(jié)論與建議：

木工機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)視加工件的尺寸，盡量不要超過一般機(jī)械的最高尺寸、最長尺寸、最寬尺寸。

操作員應(yīng)定期檢查機(jī)械的零件等部分是否有松動(dòng)或斷裂的情況。如砂光機(jī)的砂輪部分的零件、銑床銑削部分的零件、刨床刨削部分的零件等工作頻度大、容易松動(dòng)的地方的零件需要定期檢查。

需要對會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)事故的木工機(jī)械（像帶鋸機(jī)等）安裝緊急制動(dòng)裝置。避免發(fā)生事故時(shí)損壞機(jī)械和危及操作者的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁曉東. 從人機(jī)工程角度談機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2000，13（3）

[2]申利明. 木材加工機(jī)械工傷事故的重點(diǎn)及防治[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，25（6）

[3]徐云杰.木材加工作業(yè)工傷事故的工效學(xué)分析[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2010，38（11）

[4] 何春俐，張連軍.基于人機(jī)工程學(xué)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2010，25（2）：38-40

[5]中國木機(jī)商貿(mào)網(wǎng).木工機(jī)械設(shè)備色彩配搭方案[DB/OL].http：//www.woodworking365.com/News/7738.htm，2012-10-20

[6]李平，劉長生. 人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)、安裝與生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].

[7] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《中國成年人人體尺寸GB-10000-88》[S].

[8] 丁玉蘭. 人機(jī)工程學(xué)（第三版）[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2009：67.