人機工程學在人性化煤礦機械設計中的應用探討

喬杉

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077）

隨著科技水平的不斷發(fā)展，煤礦使用的機械化設備得到了較大的提升，煤礦機電設備逐漸向智能化、復雜化和大型化發(fā)展，因此，對操作人員的專業(yè)性和操作水平有了較高的要求，在進行煤礦機械設備設計的過程中，如果只考慮機械設備的生產(chǎn)情況，忽視工作環(huán)境因素和人工方面的客觀因素，在一定程度上會提升操作人員的失誤率，影響到設備的使用效果，所以，在開展人機工程學的研究時，要從人機角度出發(fā)，真正意義上實現(xiàn)煤礦設備機械化的運用。

1 人機工程學的作用

煤炭是我國主要的能源之一，我國是一個煤炭大國，具備豐富的煤炭儲量，進行煤礦開采的機械設備有很多種，煤礦機械設備屬于野外作業(yè)的重型設備，所以，操作起來比較復雜，且容易受到噪聲、振動、油污等因素的影響，同時，所處環(huán)境、天氣等因素的影響也會造成操作人員的緊張感和疲勞感，工作人員如果長期在此條件下工作，勢必會影響到生產(chǎn)效率的提高。以往，煤礦設備在人們心中的印象是體型龐大，外觀笨、臟、色彩單調(diào)、線條生硬，不易操作、顯示裝置不夠人性化等。隨著科學技術水平的提高，現(xiàn)代化的機械設備在進行設計時，對人性化要求日益提高，不僅在造型上、線條上和細節(jié)上進行綜合考慮，還使工作人員在設備操作過程中得到更好的視覺享受和心理上的舒適，盡量降低操作人員的負擔，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。

人機工程學是最近幾十年才發(fā)展起來的邊緣學科，它綜合了人體科學、環(huán)境科學、安全科學、社會科學、工程技術科學以及技術美學等方面的內(nèi)容進行研究，利用系統(tǒng)工程的觀點，以人的心理和生理特征為依據(jù)，研究人和機電設備、人和環(huán)境和機電設備和環(huán)境之間的關系，從而設計出安全舒適、操作簡便以及一機一環(huán)境相互配合的系統(tǒng)工程，將人機工程學理論運用到煤礦機電設備操作過程中，不僅可以提高操作人員的工作效率，保證設備安全、可靠運行，還可以使操作人員處于一個舒適、安全的工作環(huán)境，一定程度上消除了操作人員由于疲勞和緊張導致的煤礦安全生產(chǎn)事故。

2 人機工程學的應用

人性化煤礦機械設計主要以人機工程學原理為基本原則，另外，利用人機界面學、造型美學、產(chǎn)品語義學和工程技術等原則，將人作為核心部分，創(chuàng)造出“人機環(huán)境”為一體的綜合系統(tǒng)設計，通過系統(tǒng)的最優(yōu)選擇和最優(yōu)設計手段，使人與機器設備之間彼此適應，將功能合理進行分配，為操作人員設計出合理、和諧的人機作業(yè)環(huán)境。人機工程學在人性化煤礦機械設計中的應用主要有以下幾個方面。

2.1 人體測量數(shù)據(jù)在煤礦機械設計中的應用

煤礦作業(yè)環(huán)境比較特殊，為了更好地設計出符合人生理和心理特征的要求，使操作人員在井下作業(yè)期間處于舒適環(huán)境以及適宜的環(huán)境中，盡可能地減少操作人員的體能消耗，提高實際勞動效率，產(chǎn)品在進行設計階段就要充分了解煤礦機械設備使用范圍和適宜人體操作的各部分尺寸范圍，這就要使用到人體測量數(shù)據(jù)技術。比如，在井下作業(yè)時，石門、硐室、巷道、罐籠等尺寸要根據(jù)人體數(shù)據(jù)的第95百分位數(shù)為依據(jù)，還要考慮到距離機器部件的有效半徑和緊急出口的尺寸，一般要根據(jù)人體數(shù)據(jù)的第99百分位數(shù)為依據(jù)。另外，裝載機和鏟運機駕駛位置、觀察窗的尺寸大小、操作手柄的形狀和大小以及維修空間的形式和大小等都要進行設計。在設計時，操縱機構盡量放在人主操作位置上，操縱機構的運動方向也要符合操作人員的作業(yè)習慣，這樣設計可以保證操作人員的安全效果，比如手柄向左移動時，被操縱的機構也要向左移動。用來操縱的螺旋裝置在正常情況下，一般設計為右選螺旋，操縱力的大小也要設計在符合操作人員勞動強度的范圍內(nèi)。在設計操作臺、操縱桿、儀表盤時，要根據(jù)人體高度進行設計。綜上所述，機械設備在進行設計時要根據(jù)人們的生理特征和勞動強度的大小進行綜合考慮。

2.2 人機界面在煤礦機械中的人性化設計

在煤礦機械操作界面，人機界面是主要設計方向，人機界面可以實現(xiàn)人與機器之間的信息傳遞和信息交換，是計算機科學和設計藝術學、心理學、人機工程和認知科學的交叉研究領域。由于煤礦機械結構比較復雜，具有較多的動力機構，所以，在操作界面的操作十分頻繁。人機界面如果布置過于雜亂，會造成操作人員產(chǎn)生煩躁感。另外，還存在一定的安全隱患。

合理的操作界面美觀大方、通俗易懂、操作方便，操作面板是人機操作的主要界面，工作人員可以在操作界面上完成很多工作，在操作面板上可以顯示出機械位置和傾斜度方面的信息，可以讓操作人員處于一個比較舒適和高效的環(huán)境中，操作面板上位置和形式方面的設計可以結合結構的位置進行設計，操作面板定位方面可以結合設備的造型和操作要求進行設計，比如儀器儀表的設計盡量選用不刺激和不反光的暗色調(diào)。

2.3 煤礦機械噪聲方面的設計

由于煤礦企業(yè)工作環(huán)境具有的特殊性，其噪聲存在于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，且煤礦生產(chǎn)設備噪聲源比較多，噪聲級別比較高，造成的噪聲危害是多方面的。噪聲不僅影響到工作人員的正常工作，還可能會誘發(fā)多種疾病。在強噪聲的影響下，會影響人集中注意力，工作中容易出現(xiàn)失誤，大功率的噪聲可能會妨礙儀器設備的正常運轉，引發(fā)安全事故。

2.4 機械造型美在煤礦機械設計中的應用

井下煤礦是一個缺乏色彩的世界，給人帶來一種單調(diào)感和壓抑感，影響了工作人員的生產(chǎn)效率和情緒，可以利用合理的色彩設計來改善井下煤礦的視覺環(huán)境，井下使用的煤礦機械設備要選擇淡藍、淡綠或黃黑相間的明快顏色，根據(jù)井下工作環(huán)境的實際情況選擇具有刺激、活躍的鮮明色彩，使工作人員容易辨認。

3 結束語

人機工程學具有易推廣、投資少和見效快的優(yōu)勢，將人機工程學原理應用在煤礦機械設備中，不僅能制造出簡便省力、性能優(yōu)越、安全可靠和高效率的煤礦機械設備，還能推動我國煤炭科學技術的進步和安全生產(chǎn)水平，具有重要意義。

［1］譚志.人機工程學在機械設計制造中應用研究［J］.科技展望，2015（34）：50.

［2］潘青.試論人機工程學在機械制造設計中的應用［J］.科技風，2016（06）：27.