試論人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘 要：科技的不斷發(fā)展，為機(jī)械設(shè)計(jì)與制造行業(yè)帶來機(jī)遇的同時也帶來了挑戰(zhàn)，在此背景下，將人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于機(jī)械制造設(shè)計(jì)領(lǐng)域會為機(jī)械制造設(shè)計(jì)增添一絲生機(jī)。與只注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)理念不同，人機(jī)工程學(xué)更注重綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方面因素，制定科學(xué)合理的計(jì)劃設(shè)計(jì)出高效、安全的機(jī)械產(chǎn)品。本文將詳細(xì)討論人機(jī)工程學(xué)的含義及其在機(jī)械制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；機(jī)械設(shè)計(jì)；功能分配

人機(jī)工程學(xué)是考慮到人和機(jī)器的因素，將各項(xiàng)功能充分發(fā)揮最大價值的一門綜合學(xué)科。機(jī)械制造中應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)，不僅能夠創(chuàng)造安全、舒適的工作環(huán)境，而且能夠發(fā)揮出人和機(jī)器的最大價值，使機(jī)械制造設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加科學(xué)化、合理化、安全化。

1 人機(jī)工程學(xué)的含義

人機(jī)工程學(xué)是一門結(jié)合物理學(xué)、人力力學(xué)、生理學(xué)等多門學(xué)科知識的學(xué)科，它起源于歐洲，形成和發(fā)展于美國。人機(jī)工程學(xué)把人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)作為研究的基本對象，在人體生理特點(diǎn)和行為習(xí)慣、聽覺、視覺等感官機(jī)能特征、不同環(huán)境下人的生理和情緒變化以及疲勞機(jī)理等方面進(jìn)行研究，綜合考慮人和機(jī)器的條件和要求，合理分配各項(xiàng)功能，進(jìn)而創(chuàng)造安全、舒適的工作環(huán)境，最大限度的發(fā)揮人與機(jī)器的價值。

2 人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)中要考慮操作者使用或維修的便捷性

操控性強(qiáng)、效率高、信號源少是機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方針，這也為機(jī)械的操作和維修提供了便利，實(shí)現(xiàn)機(jī)械便捷的初衷。如在進(jìn)行機(jī)械車床操作臺的設(shè)計(jì)時，操作臺的高度要適中，不能過高或過低。操作臺過高時，身高較低的技術(shù)人員很難操控；操作臺過低時，不僅技術(shù)人員難以操控，還可能會造成設(shè)備的擁擠，導(dǎo)致設(shè)備使用年限縮短，維修難度增加。此外，機(jī)械車床的標(biāo)牌和指示刻度也應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)在合理位置，這將有助于技術(shù)人員進(jìn)行檢查和調(diào)整。

2.2 設(shè)計(jì)中要考慮工作環(huán)境的舒適性

有資料表明，環(huán)境因素往往會對人的情緒產(chǎn)生影響，如果工作環(huán)境惡劣，那么人的工作效率就會下降。人機(jī)工程學(xué)的研究重點(diǎn)就是要提高人和機(jī)械的工作效率，排除對人和機(jī)械產(chǎn)生影響的環(huán)境等因素。如工作者處于一個噪音很大的環(huán)境，那么他將會出現(xiàn)聽力下降、心理焦慮、注意力不集中等不好的現(xiàn)象，降低工作效率的同時也使其身體出現(xiàn)異樣。環(huán)境的溫度和濕度同樣會影響工作者的工作效率，冬天溫度為18攝氏度至25攝氏度，濕度為30%至80%；夏天溫度為23攝氏度至28攝氏度，濕度為30%至60%時工作者的體能和精力最旺盛，工作效率也最高。環(huán)境明亮程度對人的工作效率也有影響，光線太強(qiáng)容易造成工作者的眼科疾病，光線太暗不利于機(jī)械的制造與檢查。此外，明亮歡快的色彩也會提高人的工作效率。國外曾進(jìn)行過類似的實(shí)驗(yàn)：將工廠周圍環(huán)境涂成明亮色彩，員工的工作效率就能提升5%-15%；適當(dāng)增加或降低車間內(nèi)的明亮程度，員工的工作效率提升10%-30%；在車間安裝空調(diào)，并適當(dāng)調(diào)整車間濕度，員工的工作效率提升了15%-25%。因此，人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造上的應(yīng)用將提高工作環(huán)境的舒適度，最大限度的提升工作效率，使人與機(jī)械的最大價值得到充分發(fā)揮。

2.3 設(shè)計(jì)時要考慮機(jī)械產(chǎn)品的安全性

機(jī)械制造設(shè)計(jì)時應(yīng)注重機(jī)械良好的性能，更應(yīng)注重機(jī)械的安全性，并應(yīng)制定相應(yīng)的安全防護(hù)措施。機(jī)械的安全性可分為兩類：一類是保證機(jī)械的使用安全，另一類則是保證操作人員的人身安全。前者應(yīng)通過制定相應(yīng)規(guī)范、進(jìn)行特別聲明等方式，防止機(jī)械出現(xiàn)錯誤操控、超載、電流過載等現(xiàn)象的發(fā)生，如在機(jī)械設(shè)計(jì)時增加超載報(bào)警器，電路設(shè)計(jì)時增加電流過載保護(hù)器等。后者則應(yīng)為機(jī)械設(shè)計(jì)人員所重視，畢竟人的生命安全重于一切。提升此類安全性的措施有增加防護(hù)裝置、將操作臺移至安全區(qū)域等。如車床的絕緣外殼、汽車上的安全氣囊等。

2.4 設(shè)計(jì)時要考慮人機(jī)功能分配的協(xié)調(diào)性

人機(jī)功能分配良好的協(xié)調(diào)性也是機(jī)械制造設(shè)計(jì)時應(yīng)關(guān)注的一個重點(diǎn)。如果僅考慮技術(shù)能力、經(jīng)濟(jì)能力和材料的性能，那么設(shè)計(jì)出來的機(jī)械產(chǎn)品只能說是性能較好的機(jī)器，并不會與人具有良好的協(xié)調(diào)性，也就不會有人購買和使用。筆者認(rèn)為，影響人機(jī)功能分配協(xié)調(diào)性的因素主要有兩個：一是在機(jī)械制造設(shè)計(jì)時錯誤的以機(jī)械為主體，未考慮人的因素，進(jìn)而出現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備先進(jìn)，但卻與人協(xié)調(diào)性較差的現(xiàn)象。二是隨著科技的發(fā)展，人們越來越關(guān)注自身的生理狀態(tài)，因此機(jī)械設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足人生理特點(diǎn)的需求。人機(jī)功能的分配經(jīng)歷了勞動者——工具、操作者——機(jī)器、監(jiān)控者——自動機(jī)器和監(jiān)督者——智能機(jī)器等時期。在未來機(jī)械制造設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員不僅需要將機(jī)械設(shè)計(jì)知識應(yīng)用其中，還應(yīng)當(dāng)融入物理學(xué)、生理學(xué)等知識，綜合考慮影響人和機(jī)器工作效率的各個因素，對預(yù)發(fā)情況進(jìn)行模擬，在提升人和機(jī)器工作效率方面尋求最佳點(diǎn)，即保證人的高效率，又保證機(jī)器的高效率，將需要完成的各項(xiàng)功能合理分配給人和機(jī)器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)功能分配具有良好的協(xié)調(diào)性的目標(biāo)。如在進(jìn)行機(jī)械制造設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮每個人的行為習(xí)慣不同，身體彎弓時推力最大，提拉重物時重心會下降，同時在機(jī)器控制方面還應(yīng)考慮人體反應(yīng)時間，提高機(jī)器的安全性。

3 結(jié)語

無論科技如何發(fā)展，時代如何變遷，機(jī)械制造設(shè)計(jì)始終是以服務(wù)人類為宗旨。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中僅考慮機(jī)械產(chǎn)品效率的做法是錯誤的，機(jī)電一體化只是今天科技發(fā)展的成果，并非機(jī)械設(shè)計(jì)的最巔峰，人機(jī)結(jié)合才是機(jī)械設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用勢必會提升機(jī)械行業(yè)的競爭力，最大限度的發(fā)揮機(jī)械的功能，推動經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)一步發(fā)展。

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作者簡介：潘青（1992-），邵陽學(xué)院，男，漢，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)制。