人機(jī)工程學(xué)在警用器材設(shè)計(jì)時(shí)的作用

王大偉 安純前 李紹勤

摘要：人機(jī)工程學(xué)是研究人、機(jī)械及其工作環(huán)境之間相互作用的學(xué)科。它為警用器材設(shè)計(jì)開(kāi)拓了新設(shè)計(jì)思路，并提供了獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；警用器材；設(shè)計(jì)

1引言

人機(jī)工程學(xué)是研究人、機(jī)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(jī)械裝置更加適合人體的需要，使其發(fā)揮更大效能。警用器材主要是指武警部隊(duì)和公安干警在捕殲和執(zhí)勤過(guò)程中使用的防護(hù)和輔助器材，包括防護(hù)、阻車(chē)、觀察、探測(cè)、警具、攀登等器材。由于警用器材使用者社會(huì)職能的特殊性，以及執(zhí)行任務(wù)的危險(xiǎn)性，對(duì)警用器材的可靠性和功能提出了更高的要求。因此，在警用器材的設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的理論和方法，將起到事半功倍的作用。

2人機(jī)工程學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)述

人機(jī)工程學(xué)的起源可以追述到20世紀(jì)初期，第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，許多國(guó)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”，因而由于操作失誤而導(dǎo)致失敗的教訓(xùn)屢見(jiàn)不鮮。例如，由于戰(zhàn)斗機(jī)中座艙及儀表位置設(shè)計(jì)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；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)生等。后來(lái)人們研究認(rèn)識(shí)到“人的因素”是設(shè)計(jì)中不能忽視的一個(gè)重要條件，研究的范圍也從軍事領(lǐng)域開(kāi)始向非軍事領(lǐng)域發(fā)展。

60年代，歐美各國(guó)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使人機(jī)工程學(xué)獲得了更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。隨著人機(jī)工程學(xué)所涉及的研究和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，從事本學(xué)科的專(zhuān)家所涉及的專(zhuān)業(yè)和學(xué)科也就越來(lái)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(jì)、工作研究、建筑與照明工程、管理工程等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。由于人機(jī)工程學(xué)的迅速發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域中的作用愈來(lái)愈顯著，從而引起各學(xué)科專(zhuān)家、學(xué)者的關(guān)注。1961年正式成立了國(guó)際人類(lèi)工效學(xué)學(xué)會(huì)，該學(xué)術(shù)組織已召開(kāi)十三次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，交流和探討不同時(shí)期本學(xué)科的研究動(dòng)向和發(fā)展趨勢(shì)，從而有力地推動(dòng)著本學(xué)科不斷向縱深發(fā)展。

3人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)是一門(mén)新興的邊緣學(xué)科，它是運(yùn)用人體測(cè)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(jìn)行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學(xué)等問(wèn)題研究的學(xué)科。用以設(shè)計(jì)能使操作者發(fā)揮最大效能的機(jī)械、儀器和控制裝置，并研究控制臺(tái)上各個(gè)儀表的最適位置。警用器材設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的規(guī)劃活動(dòng)，同時(shí)受環(huán)境、社會(huì)形態(tài)、文化觀念、軍事效益以及經(jīng)濟(jì)效益等多方面的制約和影響，即功能與形式、技術(shù)與部隊(duì)需要的統(tǒng)一。警用器材設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是人，設(shè)計(jì)的目的是為了部隊(duì)更好地完成任務(wù)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)把先進(jìn)的技術(shù)科學(xué)和部隊(duì)執(zhí)勤、處突的需求完美結(jié)合。概而言之，設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想以人為中心，以更好地完成部隊(duì)的各項(xiàng)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(jì)中提供人體尺度參數(shù)

人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)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(dòng)時(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)主要有兩類(lèi)，即人體構(gòu)造尺寸（靜態(tài)尺寸）和功能尺寸（動(dòng)態(tài)尺寸）。各種機(jī)械、設(shè)備、設(shè)施和工具等設(shè)計(jì)對(duì)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(dòng)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(jì)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(cè)量數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)人體機(jī)能的全面了解，在警用器材設(shè)計(jì)中可以增強(qiáng)針對(duì)性，使其更符合使用者的生理特征。

武警部隊(duì)官兵多為18至40歲的青年人，而且在入伍時(shí)對(duì)身高都有嚴(yán)格要求，其平均身高、坐高、立姿和坐姿的眼高等尺寸與國(guó)標(biāo)中的尺寸有較大差異，因此，在設(shè)計(jì)警用器材時(shí)應(yīng)單獨(dú)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，也可參考解放軍現(xiàn)行的人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)。警用器材設(shè)計(jì)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(hào)；其次，依據(jù)人體的生理結(jié)構(gòu)，在防彈衣的重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域（如心臟附近）加厚防護(hù)層，從而在整體上提高防彈衣的防護(hù)性能；最后，防彈衣在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，在滿(mǎn)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(dòng)作。

3.2為警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(dòng)，不考慮人機(jī)工程學(xué)的原理與方法，那將是創(chuàng)作活動(dòng)的失敗。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(jī)能相協(xié)調(diào)的“物”，這將是警用器材設(shè)計(jì)中在功能問(wèn)題上的新課題。在設(shè)計(jì)警用器材時(shí)，應(yīng)以人機(jī)工程學(xué)提供的參數(shù)和要求為設(shè)計(jì)依據(jù)。

以頭盔設(shè)計(jì)為例，分為防彈頭盔和防暴頭盔，由于功能不同，設(shè)計(jì)時(shí)其所用材料也不同，一般執(zhí)勤和站崗時(shí)多用防暴頭盔，在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮頭盔上的圖案應(yīng)莊嚴(yán)肅穆，有一定的威懾力，體現(xiàn)出國(guó)威警威，還要考慮到該頭盔多用于長(zhǎng)時(shí)間配戴，對(duì)頸部會(huì)造成較大壓力，因而在選材時(shí)應(yīng)盡可能使用強(qiáng)度高、密度小的輕質(zhì)材料。頭盔外形應(yīng)增大防護(hù)面積，合理設(shè)計(jì)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，最大限度緩沖乃至消除外界力對(duì)使用者頭部的傷害。同時(shí)頭盔應(yīng)具有一定的通風(fēng)和保暖功能，適用于不同季節(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(hù)效果第一位，同時(shí)應(yīng)注重其隱蔽性和舒適性。

3.3為警用器材設(shè)計(jì)中考慮“環(huán)境因素”提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

通過(guò)研究人體對(duì)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(dòng)和毒氣等環(huán)境因素對(duì)人體的生理、心理以及工作效率的影響程度，確定人在各種環(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)，為警用器材設(shè)計(jì)提供分析評(píng)價(jià)方法和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。人機(jī)系統(tǒng)中人的特性、能力和限制已經(jīng)有大量測(cè)試數(shù)據(jù)可查。從系統(tǒng)分析角度研究人機(jī)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(dòng)態(tài)特性而進(jìn)行系統(tǒng)分析，再適當(dāng)改動(dòng)設(shè)備，就能顯著提高工效。

人機(jī)系統(tǒng)是在特定環(huán)境中進(jìn)行工作的。環(huán)境對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的工作效能有很大影響，人機(jī)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境也有具體要求。特別是作為系統(tǒng)主體的人，對(duì)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(lái)創(chuàng)造環(huán)境是不夠的，還必須考慮操作者工作的舒適性。不管在何種工作環(huán)境，人們最關(guān)心的是溫度、光照、振動(dòng)及噪聲等幾個(gè)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(zhǔn)的舒適度是生理學(xué)和醫(yī)學(xué)上認(rèn)為于人體最適宜的溫度：工作時(shí)為190C～210C。休息時(shí)為250C～290C。標(biāo)準(zhǔn)溫度為21±30C。在“工作溫度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又稱(chēng)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 Lx，并且照明光線應(yīng)均勻，無(wú)眩光，光色合適。對(duì)于裝運(yùn)設(shè)備特別要注意，駕駛室應(yīng)有遮陽(yáng)裝置，避免太陽(yáng)的直接眩光，并要避免鏡面、臺(tái)面強(qiáng)反射眩光。人體是一個(gè)彈性系統(tǒng)，有自己的振動(dòng)特性，人的各個(gè)器官也有自己的振動(dòng)頻率。振動(dòng)會(huì)使人不舒適，降低人的視覺(jué)和操作效率，增多失誤，尤其發(fā)生共振時(shí)，可能造成人體疾患。研制產(chǎn)品時(shí)，要通過(guò)測(cè)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(dá)到生理臨界范圍的機(jī)械振動(dòng)和將沖擊傳至人體。噪聲會(huì)使聽(tīng)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(huì)降低工作質(zhì)量。如果噪聲級(jí)超過(guò)85dB，將會(huì)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(jì)產(chǎn)品時(shí)必須考慮降噪問(wèn)題。在設(shè)計(jì)警用器材時(shí)可采取如下幾項(xiàng)措施：①采用能夠吸收噪聲的材料和結(jié)構(gòu)，盡量吸收—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(jiān)實(shí)的材料或裝置隔離噪聲傳播的通路，控制噪聲；③對(duì)于振動(dòng)較嚴(yán)重的噪聲源，可采用彈簧、橡膠和氣墊等元件減少振動(dòng)力的傳遞或者在振動(dòng)表面覆蓋以阻尼材料，降低噪聲輻射率。

3.4為堅(jiān)持以“人”為核心的設(shè)計(jì)思想提供工作程序

警用器材關(guān)系到部隊(duì)的戰(zhàn)斗力，關(guān)系到武警部隊(duì)官兵的生命安全，其意義十分重大。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須堅(jiān)持以人為本的思想。一項(xiàng)優(yōu)良的設(shè)計(jì)必然是人、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、文化等因素巧妙平衡的產(chǎn)物。為此，要求設(shè)計(jì)時(shí)能夠在各種制約因素中，找到一個(gè)平衡點(diǎn)。一般說(shuō)來(lái)，人機(jī)系統(tǒng)要反復(fù)試驗(yàn)和使用才能逐漸完善。人機(jī)系統(tǒng)中，操縱人員是人機(jī)系統(tǒng)中的主體，設(shè)計(jì)和運(yùn)用人機(jī)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮人在人機(jī)系統(tǒng)中的能動(dòng)和主導(dǎo)作用。設(shè)計(jì)人員要和操縱人員密切配合，使人機(jī)系統(tǒng)達(dá)到要求的性能和指標(biāo)，同時(shí)保證操縱人員操縱簡(jiǎn)便、安全舒適和提高系統(tǒng)工效。從人機(jī)工程學(xué)和警用器材設(shè)計(jì)的共同目標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)，判斷最佳平衡點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，就是在設(shè)計(jì)中堅(jiān)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(xiàng)設(shè)計(jì)均以人為主線，將人機(jī)工程學(xué)理論貫穿于設(shè)計(jì)的全過(guò)程。產(chǎn)品設(shè)計(jì)分為規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)和加工設(shè)計(jì)五個(gè)階段。在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，都必須進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，以保證產(chǎn)品使用功能得以充分發(fā)揮。人機(jī)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(huì)將警用器材設(shè)計(jì)的水準(zhǔn)推到一個(gè)嶄新的高度。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上，人機(jī)工程學(xué)為警用器材設(shè)計(jì)開(kāi)拓了新設(shè)計(jì)思路，并提供了獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法和理論依據(jù)。在警用器材設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，必將設(shè)計(jì)出更適合部隊(duì)官兵使用，能大大提升戰(zhàn)斗力的新產(chǎn)品。

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