基于人類功效學的農機產品造型設計初探

羅潤民+王俊發(fā)+孫巍巍+王超+張翼

摘 要：我國是傳統(tǒng)農耕國家，農機產品的發(fā)明和使用是世界上比較早的，從仰韶文化時期的耒耜的使用，先民們一直用聰明智慧不斷改進農機產品的性能。隨著科技和經濟的發(fā)展，人們對農機產品的性能、工作效率、安全性和美觀性等提出了更高的要求。人類功效學原理在農機產品造型設計中的應用，能使農機產品具有與眾不同的特質，也是農機產品差異化競爭的重要手段。

關鍵詞：人類功效學 農機產品 造型 色彩

中圖分類號：F304.3 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2016）12-052-02

人類功效學這門學科出現(xiàn)過多種名稱與概念，不同時期各國專家、學者依據這一學科不同側重點為其下過諸多定義，各國對其有著不盡相同的稱謂：人類工效學、人類工程學、人機工程學、人體工程學、人因工程（學）等等。國際人類工效學學會（International Ergonomics Association，簡稱IEA）于2008年發(fā)布了最新定義：是研究系統(tǒng)中人與其他組成部分的交互關系的學科，運用其理論、數(shù)據和方法進行設計，應達到系統(tǒng)功效優(yōu)化及人的健康、舒適的目的。

我國是一個農業(yè)大國，很早就發(fā)明和使用了農機產品，農業(yè)機械現(xiàn)代化是農業(yè)現(xiàn)代化的重要保障。進入21世紀，我國在科學技術和經濟建設等方面取得了長足發(fā)展，農業(yè)機械的制造生產數(shù)量以及普及率有了較大程度的提高，農業(yè)機械的自動化和協(xié)同性等方面也越來越高。最近幾年，我國農機產品的性能質量與歐美發(fā)達國家之間幾乎沒有差別，但是我國農機產品在外觀造型上明顯遜于對方，同等性能質量的產品在價格上更是低廉很多，從而造成了我們企業(yè)的利潤偏低的不利局面。因此，我們急需重視農機產品的工業(yè)設計，把現(xiàn)代先進的設計理念運用到農機產品的設計與制造中去。充分運用人類工效學學科知識，使農機產品具備良好的人機交互環(huán)境，既要滿足使用者作業(yè)所需的機械功能要求，又要滿足使用者操作起來安全、舒適、便捷等需要，進而減少使用者的身心疲憊和負擔。

一、農機產品簡述

農機產品（即農業(yè)機械產品），是指在種植業(yè)和畜牧業(yè)的生產過程中所使用的所有機械產品，以及在農畜產品初加工和處理過程中所使用的機械產品。據考古發(fā)現(xiàn)，我國最早的農機產品是耒耜（耕地器械），發(fā)掘于仰韶文化時期；公元前13世紀出現(xiàn)了用于牛耕的銅制犁頭；春秋時期，發(fā)掘出大量的鐵質、木質的農機具，它們主要用來耕地、播種、收獲、加工和灌溉等；公元前1世紀的西漢時期，發(fā)明了三行條播機具；到了公元9世紀發(fā)明了結構非常完備的畜力鏵式犁。

在20世紀初葉，畜力收割機、谷物聯(lián)合收獲機等機械相繼出現(xiàn)；1935年，英國的弗格森研制成功了拖拉機的農具懸掛系統(tǒng)，即弗格森系統(tǒng)；40年代起，自走式的谷物聯(lián)合收獲機開始普及；到了50年代，先后制造并推廣使用了谷物播種機、割草機和玉米播種機等；到了60年代，水果、蔬菜等農副產品的收獲機械開始迅速發(fā)展；從70年代開始，農機產品發(fā)展到了自動化階段，這時的農機產品大量應用電子技術，從而監(jiān)測和控制農機產品的作業(yè)過程；進入21世紀，GPS導航定位系統(tǒng)、液壓控制技術、計算機輔助控制技術、紅外線等新技術不斷應用于農機產品，農業(yè)機械產品開始朝著人性化、智能化、集成化、多元化的方向發(fā)展。

二、農機產品設計案例——玉米根茬收獲機

（一）設計背景

農作物根茬資源的利用是一個世界性課題，從工業(yè)開發(fā)角度，可以提取木質素，制成具有高燃值的燃料。從農牧業(yè)角度，降解分離有用物，提高其作為飼料的功能；美國利用稈茬資源作飼料、手工制品，近年來開始了纖維素乙醇的提煉；日本主要將其作為未來的燃料。

（二）設計分析

長久以來，我國農機產品在設計過程中，大多從功能的實現(xiàn)、結構的可靠性和性能的穩(wěn)定性等方面來考慮，而對農機產品的外觀造型、人機關系等方面關注不足。從而造成傳統(tǒng)農機產品給人以造型笨拙、工藝粗糙、色彩單調、比例失衡等印象，毫無美感可言。在此，筆者以玉米根茬收獲機作為設計對象，整體效果如圖1所示，仿生犁設計如圖2所示，輔助滾和拾撿滾設計如圖3所示，根茬導板設計如圖4所示，減震機構設計如圖5所示。

在本設計中，犁的設計，以鷹爪和荷葉為原型進行了仿生設計，主要是為了實現(xiàn)根土分離技術。本機器的工作環(huán)境是在土壤含水量20%～30%的土壤上作業(yè)，犁面上小突起的設計，是為了土壤不會粘到犁上，減少了人員清理犁的時間；拾撿滾的作用是將根茬向前推，然后在輔助滾的配合下，將根茬撿起、后拋至根茬導板；根茬導板的設計主要作業(yè)是為了能夠將拾撿滾上的玉米根茬收集到傳送帶上，并可以抖落部分根茬上的泥土；減震機構的設計，主要是為了能夠使機器在路面上平穩(wěn)地行駛，對拾撿裝置起到了保護作用。

本設計充分利用人類工效學原理和現(xiàn)代設計理念，將功能、美觀、舒適、安全等方面作為重點考慮，改變了人們以往對農業(yè)機械的認識，具體創(chuàng)新之處有以下幾點：一是實現(xiàn)了集挖茬、拾茬、清茬、引茬、集茬、側位條鋪于一體的復合玉米根茬收獲工藝；二是仿生犁的設計擺脫了傳統(tǒng)機械鏟粘土的特點，造型仿生鷹爪，功能原理來源于荷葉，可以切斷玉米發(fā)達的根須，實現(xiàn)根土分離；三是根茬導板設計，有效地解決了根茬和拾撿滾的分離問題，很好地連接了拾撿滾和傳送帶。

三、結論

從2004年至今，國家連續(xù)12年發(fā)布以“三農”為主題的中央一號文件，尤其是2015年中央一號文件，明確提出要加快農業(yè)現(xiàn)代化的建設。這里就包含了農機產品現(xiàn)代化的建設內容，這種鼓勵發(fā)展農機產品的政策對于國內農機產品的設計與制造是非常好的契機，同時，也對農機產品的國際接軌提出了更高的要求。我國農機企業(yè)應該抓住機遇，在不斷提高農機產品的性能與質量的同時，更應該切實重視起農機產品的外型設計以及人性化要求，使我國農機產品做大做強，走向國際市場。

[基金項目：2014年黑龍江省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練重點項目（編號：201410222008）和黑龍江省教育廳科學技術研究項目（編號：12531662）階段成果。]

參考文獻：

[1] 阮寶湘等.工業(yè)設計人機工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010

[2] 張建敏.農機產品的外型設計研究[J].農機化研究，2010（4）

[3] 羅潤民等.人機工程學視角下的農機產品分析[J].藝術科技，2016（10）

（作者單位：佳木斯大學機械工程學院 黑龍江佳木斯 154007）

（作者簡介：羅潤民，佳木斯大學機械工程學院工業(yè)設計專業(yè)2012級本科生；通訊作者：王俊發(fā)，教授，博士生導師，佳木斯大學機械工程學院，主要從事現(xiàn)代農業(yè)機械設計與試驗研究。）

（責編：賈偉）