人機(jī)工程學(xué)在機(jī)床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王碩 王萌沈陽機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司

?

人機(jī)工程學(xué)在機(jī)床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王碩 王萌
沈陽機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司

摘 要：人機(jī)工程學(xué)研究在設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時(shí)如何考慮人的特性和能力，以及受機(jī)器作業(yè)環(huán)境條件的限制，在我們的日常生活中，可以說時(shí)時(shí)處處都存在著人機(jī)學(xué)問題。本文通過對數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)具體使用來說明機(jī)床設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)因素，文章指出要實(shí)現(xiàn)“以人為本”人性化設(shè)計(jì)思想，必定以人機(jī)工程學(xué)為參照。

關(guān)鍵詞：人體工程學(xué) 人受機(jī)器 機(jī)床設(shè)計(jì)

隨著機(jī)械化、自動(dòng)化和信息化的高度發(fā)展，人的因素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中的影響越來越大，人機(jī)和諧發(fā)展的問題也就越來越顯得重要，人機(jī)工程學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的地位與作用愈顯出其的重要性。人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)是在認(rèn)真研究人，機(jī)，環(huán)境三個(gè)要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個(gè)別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和設(shè)計(jì)的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)來研究，在人機(jī)工程學(xué)中將這個(gè)系統(tǒng)稱為“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)中，人，機(jī)，環(huán)境三個(gè)要素之間相互作用，相互依存的關(guān)系決定著系統(tǒng)總體的性能，人機(jī)工程是科學(xué)的利用三個(gè)要素間的有機(jī)聯(lián)系，來尋求系統(tǒng)的最佳參數(shù)。

一、機(jī)床外形人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用

在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過程中使用人機(jī)工程學(xué)的方法研究數(shù)控機(jī)床的色彩搭配將越來越被設(shè)計(jì)者重視。從人的瞬間視覺感官分析，相對于機(jī)床的外部造型，機(jī)床的色彩具有更大的視覺沖擊力,其先于形體進(jìn)入人的感官。據(jù)有研究顯示，人在觀察物體的最初20 秒中，色彩感占80%，形態(tài)感占20%；2分鐘之后，色彩占60%，形態(tài)占40%；5分鐘之后，色彩與形體各占一半。因此，相對于觀察者，色彩的傳遞速度比形體的傳遞速度更加迅速、強(qiáng)烈。數(shù)控車床上多采用區(qū)域劃分色彩，可以使操作者清晰的分辨機(jī)床各功能區(qū)域,方便操作和維修。整體一般采用2種到3種顏色，使得整體感更強(qiáng)。數(shù)控車床的整體輪廓設(shè)計(jì)多采用簡潔直線輪廓，整體穩(wěn)重大方。

二、顯示板人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用

顯示面板作為機(jī)床人機(jī)交流的平臺，其人性化的設(shè)計(jì)將極大的增強(qiáng)人機(jī)信息交流的準(zhǔn)確度。通過研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)顯示面板與人的正常視距為46cm～71cm 為宜,視角為19°～31°，顯示面板的位置最好略低于操作者眼睛，位于其下端,上下視線在10°～45°范圍內(nèi)。以數(shù)控車床為例介紹其人性化的設(shè)計(jì)應(yīng)用。操作面板下橫置扶手，便于操作者通過拖拽調(diào)整其位置以達(dá)到最佳的視距范圍；也便于單手操作界面時(shí)另一只手自然握持其上，防止在操作過程中顯示面板移動(dòng)。操作面板向外傾斜20度，便于站立操作時(shí)以自然下斜的視線觀察操作面板，操作面板屏幕為霧面屏，表面經(jīng)過防眩光處理，不刺眼，避免鏡面反光影響視線。紅黃配色的急停按鈕在黑色背景下清晰醒目；黑色磨砂質(zhì)感的手輪防滑，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)脈動(dòng)清晰細(xì)膩，操作者在調(diào)節(jié)手輪時(shí)主要以手部觸摸為主，輪面上圓弧凹槽便于指尖按入，快速搖動(dòng)手輪；起停按鈕配有顏色符號，配合內(nèi)藏指示燈，清晰明了、簡潔美觀。界面色彩與圖形合理應(yīng)用，界面上使用3～5種顏色，以灰色系為主，色彩舒適，對人眼睛的刺激小，避免因視覺疲勞，出現(xiàn)操作失誤；界面各功能模塊的劃分區(qū)域最好充分的考慮人的生理和心理特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，方便操作；界面圖形更加簡潔直觀，使得操作者學(xué)習(xí)更加容易，使用更加簡單。

三、軟件設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用

（一）色彩與圖形

為了讓界面能更好的進(jìn)行提示工作，緩解操作者的視覺疲勞，界面上的顏色選擇變成了一個(gè)關(guān)鍵的問題。一般來說界面上的顏色不會(huì)超過3～5種，因?yàn)樘嗟念伾粫?huì)讓操作者感覺眼花繚亂，合適的色彩會(huì)讓操作者產(chǎn)生舒適感，不會(huì)產(chǎn)生視覺疲勞，減少工作中的失誤。因?yàn)閳D形具有直觀形象的特點(diǎn)，因此可以適當(dāng)在界面上增加一些圖形來幫助操作者理解。同時(shí)界面上的各個(gè)功能區(qū)的劃分也會(huì)對機(jī)床的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該按照人的生理和心理上的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，便于操作。

（二）界面風(fēng)格

因?yàn)橐恢滦缘脑O(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅能夠?qū)Σ僮髡叩膶W(xué)習(xí)有一定的幫助，盡快熟悉數(shù)控機(jī)床的工作系統(tǒng)，而且還能減少機(jī)床操作的出錯(cuò)率。所以在進(jìn)行界面設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量使得界面的外觀、布局和信息顯示相似。對于操作者來說，數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面大致可以分為監(jiān)控區(qū)、操作區(qū)還有工作處理區(qū)三個(gè)區(qū)域。監(jiān)控區(qū)顯示比較集中，操作區(qū)就是操作者完成各種操作的區(qū)域，而工作處理區(qū)是對工件進(jìn)行裝卸的區(qū)域。在結(jié)構(gòu)和功能上這三個(gè)區(qū)域各自獨(dú)立，但是監(jiān)控區(qū)和操作區(qū)可以組合成為一個(gè)單元，形成控制區(qū)，處于一個(gè)控制面板中。

（三）工作處理區(qū)域

因?yàn)楝F(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床設(shè)備是自動(dòng)加工，因此操作者在工作處理區(qū)域主要就是對工件進(jìn)行裝卡以及觀察工件的加工狀態(tài)。數(shù)控機(jī)床在工作處理區(qū)域大多采用的是防護(hù)門封閉式的加工形式，這樣的方法不僅使得操作者的安全有了保證，還能有效增強(qiáng)機(jī)床的整體感。關(guān)于機(jī)床門的尺寸問題，首先考慮的便是能否滿足操作者對于裝卡工件的所需功能上的要求，通常是在機(jī)床門打開的情況下寬度大于所使用工作臺的寬度。大型數(shù)控機(jī)床大多采用的是雙開門結(jié)構(gòu)，而小型的數(shù)控機(jī)床采用的是單開門結(jié)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床的門上都有由玻璃制作的觀察窗，這樣是為了操作者觀察工件的加工進(jìn)度。不同類型的機(jī)床所設(shè)計(jì)的觀察窗會(huì)因?yàn)楣δ艿牟煌笮「鳟?。比如說主軸運(yùn)動(dòng)范圍較大的機(jī)床觀察窗就會(huì)較大，車床因?yàn)樾枰^察的加工范圍較小，因此該處的觀察窗就會(huì)較小一些。觀察窗主要是根據(jù)人體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了讓操作者在其視野范圍內(nèi)更好的觀察機(jī)床的運(yùn)作情況，觀察窗的高度還有大小都要保證人有最好的視野范圍。左右推拉式的機(jī)床門是現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床使用最為廣泛的一類機(jī)床門，因?yàn)檫@種機(jī)床門有利于操作者的手在左右運(yùn)動(dòng)時(shí)施展推拉力。

四、結(jié)束語

由于數(shù)控機(jī)床的更加人性化的設(shè)計(jì)風(fēng)格，使得操作者的應(yīng)用需求得到滿足，數(shù)控機(jī)床更加美觀的特性得到了展示。因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)是根據(jù)人的生理還有心理的特點(diǎn)來對先前的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，因此在該過程中能夠有效的加強(qiáng)人與數(shù)控機(jī)床的有關(guān)設(shè)備的信息交流，進(jìn)而再反饋到環(huán)境中，達(dá)到“人-機(jī)器-環(huán)境”三者的和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮光勇. 人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 數(shù)控機(jī)床，2013

[2]李曉天. 人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新，2014