淺析機械設(shè)計中人機工程學(xué)的應(yīng)用

田浩天

遼寧省鞍山市現(xiàn)代服務(wù)學(xué)校 遼寧 鞍山 114000

隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，人們從最早的機械只滿足于生產(chǎn)的需求，到現(xiàn)在既要滿足生產(chǎn)的需求，還要滿足人的“使用”需求。古代機械“設(shè)備”的設(shè)計與制作主要是考慮能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)的某種運動即可。但現(xiàn)代化的機械設(shè)計，不僅僅從機械動力學(xué)的發(fā)展出發(fā)，而是在完成智能化的同時要有一定的操控化。說到底，機械設(shè)計的使用出發(fā)點是為“人”而服務(wù)的。而“人”如何能更好地操控機械呢？這就需要人機工程學(xué)來實現(xiàn)。所以我們在做機械設(shè)計時，要考慮人機工程學(xué)在機械設(shè)計中的應(yīng)用。

1 人機工程學(xué)與機械設(shè)計的關(guān)系

1.1 人機工程學(xué)

無論是生產(chǎn)還是生活，人機工程學(xué)無處不在。舉個簡單的例子：一部智能手機，不僅僅要求它的處理速度、使用功能，還要求它的形狀、重量，甚至是外形設(shè)計的是否好看。人體工程學(xué)在生活中應(yīng)用的就更廣泛了。比如公共場所的衛(wèi)生間門有的設(shè)計師設(shè)計的是朝里推，有的設(shè)計成向外拉。那么，到底哪個更科學(xué)呢？當(dāng)然是向外拉。我們知道，公共場所不容考慮的一個問題就是安全。試想，如果一位客人如廁中突發(fā)疾病，強行開門救人時，如果門設(shè)計成往內(nèi)推很容易傷到傷者。所謂人機工程學(xué)是指應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、勞動生理學(xué)、勞動心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，分析人的視覺、聽覺、觸覺、膚覺等感覺器官的機能特性，探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等[1]。

1.2 人機工程學(xué)在機械設(shè)計中的影響

由上述不難理解，機械設(shè)計更應(yīng)該考慮人機工程學(xué)的應(yīng)用。機械設(shè)計在追求功能的同時，還要以“人”為本。一方面，我們希望能夠給使用者簡單的操作，另一方面還要考慮使用者的便捷性、安全性以提高生產(chǎn)率及生產(chǎn)質(zhì)量。這就是我們常說的人性化的設(shè)計。畢竟，任何機械設(shè)備都是為人服務(wù)的。比如數(shù)控機械的故障診斷。與一般設(shè)備不同，數(shù)控機床的故障隨時間變化而變化，特別是初期運行時是故障發(fā)生的高頻率時期。當(dāng)數(shù)控機床發(fā)生故障時，除非出現(xiàn)危及數(shù)控機床或人身安全的緊急情況，一般不要關(guān)斷電源，要盡可能地保持機床原來的狀態(tài)不變，這樣可以對出現(xiàn)的一些信號和現(xiàn)象做好記錄以備分析研究。那么在這種情況下，我們在設(shè)計過程中就應(yīng)考慮操作者的安全性。小到緊急制動按鈕的形狀設(shè)計大到系統(tǒng)的運行設(shè)計，這里面就需要人機工程學(xué)?？梢?，人機工程學(xué)在機械設(shè)計中存在十分必要。

2 人機工程學(xué)在機械設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 操作與控制功能性

任何機械設(shè)備在設(shè)計的最終是由人進(jìn)行操作并且控制的。因此在設(shè)計過程中，要考慮操作者在進(jìn)行操作與控制指令時的輸入是否符合人的個體特征。包括觸覺、視覺、聽覺甚至是嗅覺。比如任何機械與設(shè)備操縱裝置的設(shè)計，因為它起到控制和調(diào)節(jié)的作用，所以在設(shè)計過程中必須要考慮操作者的體型、力量、人體的動作習(xí)慣、生理特點等因素。像操作方向盤，應(yīng)以人體生物學(xué)參數(shù)為依據(jù)，要考慮它本身的操縱力矩。但是直徑尺寸則根據(jù)不同設(shè)備的需求而進(jìn)行調(diào)整。像汽車的方向盤直徑在300～600mm較適合，但車床的方向盤比汽車方向盤遠(yuǎn)小得多，還要在其上部設(shè)計手柄更為適合零件車削與加工操作[2]。

2.2 安全性

所有的機械設(shè)備在設(shè)計的過程中，無論是結(jié)構(gòu)還是運行都非常注意安全參數(shù)。但是很多的設(shè)計中都完全關(guān)注機械設(shè)備本身，而忘記了機械設(shè)備的指令輸入者——操作人員。人的協(xié)調(diào)性和生理性特點往往考慮較少。這樣就造成操作者為了適應(yīng)機械設(shè)備而做出調(diào)整。但人的協(xié)調(diào)性與生理性有局限，這樣一來就會造成操作人員在對機械設(shè)備進(jìn)行操作時出現(xiàn)安全隱患，如疲勞強度。舉個簡單的例子，一條生產(chǎn)線，每個工人的工位任務(wù)是擰螺絲。那么皮帶傳動的速度設(shè)計者就要考慮提高產(chǎn)量的同時還要注意人體本身承受的疲勞，傳動過快單位時間擰的螺絲就越多，但工人越容易疲勞；過慢又會降低產(chǎn)量。這叫要求我們在設(shè)計機械設(shè)備時要充分考慮人體機能的因素。

2.3 環(huán)境性

人機工程學(xué)通俗地說，就是人、機與環(huán)境之間的關(guān)系。機械設(shè)備在設(shè)計過程中必須要考慮環(huán)境的需求。比如液壓系統(tǒng)液壓油的選擇，要根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備所處的溫度環(huán)境而進(jìn)行選擇。但是人在工作環(huán)境的條件往往被設(shè)計者所忽略。就如剛剛提到的液壓油的選擇，只考慮溫度的變化而不考慮操作者因素是不行的，我們知道，液壓系統(tǒng)中液壓油是有味道的，而人的嗅覺承受液壓油的程度需要設(shè)計者去考慮。類似的還有車床在生產(chǎn)環(huán)境中的噪音、礦山機械設(shè)備在工作環(huán)境中粉塵、灰塵等。當(dāng)然，環(huán)境的因素還包括對操作者間接性的影響，也是在機械設(shè)計過程中我們所需要注意的。比如設(shè)備儀表盤數(shù)字的顯示、受環(huán)境影響光線的考慮等[3]。

3 人機工程學(xué)與機械設(shè)計未來發(fā)展

當(dāng)然，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，每個行業(yè)都朝向信息化發(fā)展。機械設(shè)計越來越趨向于人性化、科技化而發(fā)展。我們總能希望用最少的力氣（成本）提高最大的生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量。而操作者是最終的執(zhí)行者。圍繞操作者更好的操作是設(shè)計任何一個機械設(shè)備必須要考慮的問題。而人機工程學(xué)作為一門應(yīng)用性很強的學(xué)科，在各行各業(yè)應(yīng)用非常廣泛。未來在機械設(shè)計的應(yīng)用，有多種發(fā)展可能?？梢韵蛱摂M智能人性化方向發(fā)展?，F(xiàn)在查詢銀行卡里的余額，很多銀行只需要撥打客服電話，查詢者只需語音說“查余額”就可，完全擺脫以前需要動手指的束縛。而人機工程學(xué)在機械設(shè)計過程中完全可以設(shè)想將虛擬現(xiàn)實技術(shù)，與“人”的個體相結(jié)合，做到真正的人機交融。相信未來有無限可能性。