人機工程學(xué)在軍用器材設(shè)計時的作用

■ 萇軍紅 王 飛

人機工程學(xué)在軍用器材設(shè)計時的作用

■ 萇軍紅 王 飛

人機工程學(xué)是研究人、機械及其工作環(huán)境之間相互作用的學(xué)科。它為軍用器材設(shè)計開拓了新設(shè)計思路，并提供了獨特的設(shè)計方法和理論依據(jù)。

1.引言

人機工程學(xué)是研究人、機械及其工作環(huán)境之間相互作用的學(xué)科。它的研究和應(yīng)用為了使機械裝置更加適合人體的需要，使其發(fā)揮更大的效能。軍用器材主要是指武軍部隊和公安干警在捕殲和執(zhí)勤過程中使用的防護和輔助器材，包括防護、阻車、觀察、探測、軍具、攀登等器材。由于軍用器材使用者社會職能的特殊性，以及執(zhí)行任務(wù)的危險性，對軍用器材的可靠性和功能提出了更高的要求。因此，在軍用器材的設(shè)計過程中運用人機工程學(xué)的理論和方法，將起到事半功倍的作用。

2.人機工程學(xué)發(fā)展簡述

人機工程學(xué)的起源可以追述到20世紀初期，作為一門獨立的學(xué)科已經(jīng)有50多年歷史。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭的需要，許多國家大力發(fā)展效能高、威力大的新式武器和器材。但由于片面注重新式武器和器材的功能研究，而忽視了“人的因素”，因而由于操作失誤導(dǎo)致失敗的教訓(xùn)屢見不鮮。例如，由于戰(zhàn)斗機中座艙及儀表位置設(shè)計不當(dāng)，造成飛行員誤讀儀表和誤用操縱器而導(dǎo)致意外事故；或者由于操作復(fù)雜、不靈活和不符合人的生理尺寸而造成戰(zhàn)斗命中率低等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。后來人們研究認識到“人的因素”是設(shè)計中不能忽視的一個重要條件，研究的范圍也從軍事領(lǐng)域開始向非軍事領(lǐng)域發(fā)展。

上世紀60年代，歐美各國進入了大規(guī)模的經(jīng)濟發(fā)展時期，由于科學(xué)技術(shù)的進步，使人機工程學(xué)獲得了更多的發(fā)展機會。隨著人機工程學(xué)所涉及的研究和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，從事本學(xué)科的專家所涉及的專業(yè)和學(xué)科也就越來越多，主要有解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、工業(yè)衛(wèi)生學(xué)、工業(yè)與工程設(shè)計、工作研究、建筑與照明工程、管理工程等專業(yè)領(lǐng)域。由于人機工程學(xué)的迅速發(fā)展及其在各個領(lǐng)域中的作用愈來愈顯著，從而引起各學(xué)科專家、學(xué)者的關(guān)注。1961年正式成立了國際人類工效學(xué)學(xué)會，該學(xué)術(shù)組織已召開十三次國際學(xué)術(shù)會議，交流和探討不同時期本學(xué)科的研究動向和發(fā)展趨勢，從而有力推動著本學(xué)科不斷向縱深發(fā)展。

3.人機工程學(xué)的應(yīng)用

人機工程學(xué)是一門新興的邊緣學(xué)科，它是運用人體測量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和生物力學(xué)以及工程學(xué)等學(xué)科的研究方法和手段，綜合地進行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學(xué)等問題研究的學(xué)科。用以設(shè)計能使操作者發(fā)揮最大效能的機械、儀器和控制裝置，并研究控制臺上各個儀表的最適位置。軍用器材設(shè)計是一項綜合性的規(guī)劃活動，同時受環(huán)境、社會形態(tài)、文化觀念、軍事效益以及經(jīng)濟效益等多方面的制約和影響，即功能與形式、技術(shù)與部隊需要的統(tǒng)一。軍用器材設(shè)計的出發(fā)點是人，設(shè)計的目的是為了部隊更好地完成任務(wù)，在設(shè)計中應(yīng)把先進的技術(shù)科學(xué)和部隊執(zhí)勤、處突的需求完美結(jié)合。概而言之，設(shè)計的主導(dǎo)思想以人為中心，以更好地完成部隊的各項任務(wù)為目標(biāo)，著重研究“物”、“人”和“作戰(zhàn)環(huán)境”之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

3.1在設(shè)計中提供人體尺度參數(shù)

人機工程學(xué)應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)等學(xué)科的研究方法，對人體結(jié)構(gòu)特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、體重、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。人體工程學(xué)范圍內(nèi)的人體形態(tài)測量數(shù)據(jù)主要有兩類，即人體構(gòu)造尺寸（靜態(tài)尺寸）和功能尺寸（動態(tài)尺寸）。各種機械、設(shè)備、設(shè)施和工具等設(shè)計對象在適合人的使用方面，首先應(yīng)考慮如何適合于人的形態(tài)和功能范圍的限度。操作裝置都應(yīng)設(shè)在人的肢體活動所能及的范圍之內(nèi)，其高低位置必須與人體相應(yīng)部位的高低位置相適應(yīng)，而且其布置應(yīng)盡可能設(shè)在人操作方便、反應(yīng)最靈活的范圍之內(nèi)。在設(shè)計中所涉及的人體參數(shù)的確定都需要大量人體構(gòu)造和功能尺寸的測量數(shù)據(jù)。通過對人體機能的全面了解，在軍用器材設(shè)計中可以增強針對性，使其更符合使用者的生理特征。

部隊官兵多為18至40歲的青壯年人，而且在入伍時對身高都有嚴格要求，其平均身高、坐高、立姿和坐姿的眼高等尺寸與國標(biāo)中的尺寸有較大差異，應(yīng)此，在設(shè)計軍用器材時應(yīng)單獨建立數(shù)據(jù)庫，也可參考解放軍現(xiàn)行的人體尺寸標(biāo)準。軍用器材設(shè)計中應(yīng)著重考慮人體尺寸，以防彈衣為例，依據(jù)人體體型的不同，應(yīng)有不同的型號；其次，依據(jù)人體的生理結(jié)構(gòu)，在防彈衣的重點防護區(qū)域（如心臟附近）加厚防護層，從而在整體上提高防彈衣的防護性能；最后，防彈衣在設(shè)計時結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，在滿足防彈要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量選擇質(zhì)地柔軟，質(zhì)量輕便的材料，以利于使用者正常完成戰(zhàn)術(shù)動作。

3.2為軍用器材的功能合理性提供科學(xué)依據(jù)

如搞純物質(zhì)功能的創(chuàng)作活動，不考慮人機工程學(xué)的原理與方法，那將是創(chuàng)作活動的失敗。以此，如何解決“物”與人相關(guān)的各種功能的最優(yōu)化，創(chuàng)造出與人的生理、心理機能相協(xié)調(diào)的“物”，這將是軍用器材設(shè)計中在功能問題上的新課題。在設(shè)計軍用器材時，應(yīng)以人機工程學(xué)提供的參數(shù)和要求為設(shè)計依據(jù)。

以頭盔設(shè)計為例，分為防彈頭盔和防暴頭盔，由于功能不同，設(shè)計時其所用材料也不同，一般執(zhí)勤和站崗時多用防暴頭盔，在設(shè)計時，不僅要考慮頭盔上的圖案應(yīng)莊嚴肅目，有一定的威懾力，體現(xiàn)出國威軍威，還要考慮到該頭盔多用于長時間配戴，對頸部造成較大壓力，因而在選材時應(yīng)盡可能使用強度高、密度小的輕質(zhì)材料。頭盔外形應(yīng)增大防護面積，合理設(shè)計內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，最大限度緩沖乃至消除外界力對使用者頭部的傷害。同時頭盔應(yīng)具有一定的通風(fēng)和保暖功能，適用于使用者不同季節(jié)使用。防彈頭盔的主要功能用于保障作戰(zhàn)人員的人身安全，頭盔的防護效果是第一位，同時應(yīng)注重其隱蔽性和舒適性。

3.3為軍用器材設(shè)計中考慮“環(huán)境因素”提供設(shè)計準則。

通過研究人體對環(huán)境中各種化學(xué)、物理因素的反應(yīng)和適應(yīng)能力，分析聲、光、熱、振動和有毒氣體等環(huán)境因素對人體的生理、心理以及工作效率的影響程度，確定了人在各種環(huán)境的舒適范圍和安全限度，從保證人體的健康、安全、舒適和高效出發(fā)，為軍用器材設(shè)計中考慮“環(huán)境因素”提供了分析評價方法和設(shè)計準則。人機系統(tǒng)中人的特性、能力和限制已經(jīng)有大量測試數(shù)據(jù)可查。從系統(tǒng)分析角度研究人機系統(tǒng)，在原有設(shè)備基本不變的情況下，由于考慮了人的動態(tài)特性而進行系統(tǒng)分析，再適當(dāng)改動設(shè)備，就能顯著提高工效。

人機系統(tǒng)是在特定環(huán)境中進行工作的。環(huán)境對人機系統(tǒng)的工作效能有很大影響、人機系統(tǒng)對環(huán)境也有具體要求。特別是作為系統(tǒng)主體的人，對工作環(huán)境的要求更為苛刻。為了保持系統(tǒng)的高效率、可靠性和持久性，單從不傷害人體的角度來創(chuàng)造環(huán)境是不夠的，還必須考慮操作者工作的舒適性。軍用裝備使用者職能的特殊性，決定了其使用環(huán)境的復(fù)雜性，因此在設(shè)計時必須考慮環(huán)境因素。不管在何種工作環(huán)境，人們最關(guān)心的是溫度、光照、振動及噪聲等幾個方面。溫度環(huán)境包括溫度、濕度、風(fēng)速等因素，人體主觀感受的舒適溫度與人體主觀條件有關(guān)?？陀^標(biāo)準的舒適度是生理學(xué)和醫(yī)學(xué)上認為于人體最適宜的溫度：工作時為19~21℃。休息時為25~29℃。標(biāo)準溫度為21--30℃。在“工作溫度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又稱為“允許溫度”。工作環(huán)境的光線照度與人的感官疲勞和精神疲勞密切相關(guān)。人有舒適度感的基本照度要求是100 ，并且照明光線應(yīng)均勻，無眩光，光色合適。對于裝運設(shè)備特別要注意，駕駛室應(yīng)有遮陽裝置，避免太陽的直接眩光，并要避免鏡面、臺面強反射眩光。人體是一個彈性系統(tǒng)，有自己的振動特性，人的各個器官也有自己的振動頻率。振動會使人不舒適，降低人的視覺和操作效率，增多失誤，尤其發(fā)生共振時，可能造成人體疾患。研制產(chǎn)品時，要通過測試檢查，并在設(shè)備結(jié)構(gòu)和元件上采用隔振、吸振和緩沖減震等裝置，避免達到生理臨界范圍的機械振動和將沖擊傳至人體。噪聲會使聽力下降，注意力不易集中，反應(yīng)遲鈍，容易疲乏，不僅使工作速度受到影響，而且會降低工作質(zhì)量。如果噪聲級超過85dB，將會危害人的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，產(chǎn)生神經(jīng)衰弱和高血壓等病癥。所以，設(shè)計產(chǎn)品時必須考慮降噪問題。在設(shè)計軍器材時可采取如下幾項措施：①采用能夠吸收噪聲的材料和結(jié)構(gòu)，盡量吸收一些噪聲能，降低噪聲；②利用隔聲板、隔聲罩、隔聲管道和消聲器等堅實的材料或裝置隔離噪聲傳播的通路，控制噪聲；③對于振動較嚴重的噪聲源，可采用彈簧、橡膠和氣墊等元件減少振動力的傳遞或者在振動表面覆蓋以阻尼材料，降低噪聲輻射率。

3.4為堅持以“人”為核心的設(shè)計思想提供工作程序

軍用器材關(guān)系到部隊的戰(zhàn)斗力，關(guān)系到武軍部隊官兵的生命安全，其意義十分重大。在設(shè)計過程中必須堅持以人為本的思想。一項優(yōu)良的設(shè)計必然是人、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟、文化等因素巧妙平衡的產(chǎn)物。為此，要求設(shè)計時能夠在各種制約因素中，找到一個平衡點。一般說來，人機系統(tǒng)要反復(fù)試驗和使用才能逐漸完善。人機系統(tǒng)中，操縱人員是人機系統(tǒng)中的主體，設(shè)計和運用人機系統(tǒng)時應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮人在人機系統(tǒng)中的能動和主導(dǎo)作用。設(shè)計人員要和操縱人員密切配合，使人機系統(tǒng)達到要求的性能和指標(biāo)，同時保證操縱人員操縱簡便、安全舒適和提高系統(tǒng)工效。從人機工程學(xué)和軍用器材設(shè)計的共同目標(biāo)來評價，判斷最佳平衡點的標(biāo)準，就是在設(shè)計中堅持以“人”為核心的主導(dǎo)思想。以“人”為核心的主導(dǎo)思想具體表現(xiàn)在以各項設(shè)計均以人為主線，將人機工程學(xué)理論貫穿于設(shè)計的全過程。產(chǎn)品設(shè)計分為規(guī)劃階段、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、總體設(shè)計和加工設(shè)計五個階段。在設(shè)計的各個階段，都必須進行人機工程學(xué)設(shè)計，以保證產(chǎn)品使用功能得以充分發(fā)揮。人機工程學(xué)等新興學(xué)科的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，也必然會將軍用器材設(shè)計的水準推到一個嶄新的高度。

4.結(jié)束語

綜上，人機工程學(xué)為軍用器材設(shè)計開拓了新設(shè)計思路，并提供了獨特的設(shè)計方法和理論依據(jù)。在軍用器材設(shè)計過程中應(yīng)用人機工程學(xué)的知識，必將設(shè)計出更適合部隊官兵使用，能大大提升戰(zhàn)斗力的新產(chǎn)品。

1.丁玉蘭.人機工程學(xué). [M]北京理工大學(xué)出版社，2000

2.毛敏，喻翔．人機工程學(xué)中界面技術(shù)的發(fā)展分析[J］．人類工效學(xué)，2003.3

3.王熙元．人機工程學(xué)的研究對象[J］．東北大學(xué)學(xué)報，2001.10

4.馬澤群．淺析工業(yè)設(shè)計中的人機工程學(xué)[J］．成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2003.1

（作者單位：總裝備部駐晉某軍事代表室）