人機工程學(xué)在機械制造設(shè)計中的應(yīng)用分析

李海林

摘要：人機工程學(xué)分析了人和機器之間的關(guān)系，將融合其中的功能最好的發(fā)揮出來，屬于一門價值綜合型的學(xué)科內(nèi)容，在機械制造中應(yīng)用人機工程學(xué)的概念，能夠為人們創(chuàng)造出十分安全且舒適的工作環(huán)境，且能夠?qū)⑷撕蜋C器的最大價值發(fā)揮出來，提升機械制造和設(shè)計出產(chǎn)品的科學(xué)性、合理性和安全性。

關(guān)鍵詞：人體工程學(xué);機械設(shè)計;機械制造

引言

人機工程學(xué)，其是一門融合人力力學(xué)、生理學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的新型學(xué)科，其具有較強的知識交叉性、共通性。目前，西方國家關(guān)于人機工程學(xué)的研究、應(yīng)用，已經(jīng)有了較高的水平，而我國依然處于起步階段。所以，在未來的發(fā)展中，應(yīng)該將人機工程學(xué)，廣泛應(yīng)用在機械制造設(shè)計中，在提高機械制造設(shè)計水平的同時，還能夠不斷促進人機工程學(xué)的發(fā)展。

1、人機工程學(xué)概述

就工程學(xué)發(fā)展的角度分析，人機工程學(xué)實際上是一門交叉性質(zhì)的學(xué)科內(nèi)容，其整個學(xué)科的范圍已經(jīng)涵蓋了工程學(xué)范圍、心理學(xué)范圍和力學(xué)范圍等，建立在人體工程學(xué)基礎(chǔ)上的深入分析，由此確保實現(xiàn)人、機和外部環(huán)境三者之間的良好協(xié)調(diào)和分配。就機械設(shè)計的角度來看，整個設(shè)計過程實際上是系統(tǒng)性的工程，就設(shè)計者的角度分析，整個設(shè)計過程中需要針對不同的設(shè)計元素進行充分考慮分析，例如，分析工作環(huán)境、分析機械設(shè)備自身和實際的工作強度等因素。隨著智能化技術(shù)的不斷創(chuàng)新，當前機械設(shè)計的諸多項目中，人本設(shè)計的理念得到了良好的推廣和應(yīng)用。就實用性的角度分析，機械設(shè)計的實際目的是為了有效提升項目作業(yè)的實際效率，由此可見，設(shè)計者需要關(guān)注人機工程學(xué)發(fā)展的有關(guān)理論內(nèi)容，注重理論應(yīng)用于實踐的適應(yīng)性。

2、在機械設(shè)計中人體機能的體現(xiàn)

2.1感覺系統(tǒng)

感官通道不同所適應(yīng)的場合也明顯不同。其中，視覺通道更加適合進行復(fù)雜或抽象信息，較長或需延遲的信息，與空間方位、位置相關(guān)信息等的有效傳輸。而聽覺通道適合傳輸繁雜信息，較短或不需延遲的信息，與空間無關(guān)聯(lián)信息，快速響應(yīng)信息等等。觸覺通道則更加適合簡捷、明了，以及急需快速傳遞的信息，一般應(yīng)用于通過手觸摸的機器與裝置場合中。在信息通過視覺通道進行傳輸時，進行機械裝置設(shè)計時，需要對人的視角、視力、視野、視距、中央與周圍視覺、色覺、明暗適應(yīng)等多方面因素進行充分考慮。

2.2神經(jīng)系統(tǒng)

基于感覺通道所傳輸?shù)男畔?，通過大腦中樞多元化處理。大腦處理信息的速度和記憶活動等都具備不可替代的重要意義。其中，就人腦反應(yīng)速度而言，在進行產(chǎn)品設(shè)計時，不能超出人腦速度。而且，還需合理利用人腦的記憶功能，通過復(fù)雜的記憶活動能力進行科學(xué)設(shè)計，以此提高整體效率與實用價值。

2.3運動系統(tǒng)

所謂運動系統(tǒng)實際上就是人體完成不同動作與從事生產(chǎn)勞動的器官系統(tǒng)。在進行機械設(shè)計的時候，需要對骨的功能、關(guān)節(jié)活動范圍、肌肉強度與力度等進行綜合考慮。其中關(guān)節(jié)需要位于舒適調(diào)節(jié)的范圍中，肢體運動需要對肢體出力、運動范圍與動作速度頻率等進行全面考慮。所謂，為了促使操作人員能夠靈活便捷地落實相關(guān)動作指令，需要對操作對象空間與操作人員肢體涉獵范圍之間的關(guān)系進行綜合考慮，以此完成工作中所需力量與操作人員能夠提供的力量間的密切聯(lián)系等等。

3、人機工程學(xué)在機械設(shè)計與制造中應(yīng)用

3.1設(shè)計中要考慮操作者使用或維修的便捷性

操控性強、效率高、信號源少是機械設(shè)計的基本方針，這也為機械的操作和維修提供了便利，實現(xiàn)機械便捷的初衷。如在進行機械車床操作臺的設(shè)計時，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，機械車床的標牌和指示刻度也應(yīng)當設(shè)計在合理位置，這將有助于技術(shù)人員進行檢查和調(diào)整。

3.2設(shè)計中要考慮工作環(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。人機工程學(xué)的研究重點就是要提高人和機械的工作效率，排除對人和機械產(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，光線太強容易造成工作者的眼科疾病，光線太暗不利于機械的制造與檢查。此外，明亮歡快的色彩也會提高人的工作效率。國外曾進行過類似的實驗：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)，并適當調(diào)整車間濕度，員工的工作效率提升了15%-25%。因此，人機工程學(xué)在機械設(shè)計制造上的應(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，使人與機械的最大價值得到充分發(fā)揮。

3.3設(shè)計時要考慮機械產(chǎn)品的安全性

機械制造設(shè)計時應(yīng)注重機械良好的性能，更應(yīng)注重機械的安全性，并應(yīng)制定相應(yīng)的安全防護措施。機械的安全性可分為兩類：一類是保證機械的使用安全，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、進行特別聲明等方式，防止機械出現(xiàn)錯誤操控、超載、電流過載等現(xiàn)象的發(fā)生，如在機械設(shè)計時增加超載報警器，電路設(shè)計時增加電流過載保護器等。后者則應(yīng)為機械設(shè)計人員所重視，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。

3.4設(shè)計時要考慮人機功能分配的協(xié)調(diào)性

人機功能分配良好的協(xié)調(diào)性也是機械制造設(shè)計時應(yīng)關(guān)注的一個重點。如果僅考慮技術(shù)能力、經(jīng)濟能力和材料的性能，那么設(shè)計出來的機械產(chǎn)品只能說是性能較好的機器，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。筆者認為，影響人機功能分配協(xié)調(diào)性的因素主要有兩個：一是在機械制造設(shè)計時錯誤的以機械為主體，未考慮人的因素，進而出現(xiàn)了機械設(shè)備先進，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)，因此機械設(shè)計還應(yīng)滿足人生理特點的需求。人機功能的分配經(jīng)歷了勞動者——工具、操作者——機器、監(jiān)控者——自動機器和監(jiān)督者——智能機器等時期。在未來機械制造設(shè)計中，設(shè)計人員不僅需要將機械設(shè)計知識應(yīng)用其中，還應(yīng)當融入物理學(xué)、生理學(xué)等知識，綜合考慮影響人和機器工作效率的各個因素，對預(yù)發(fā)情況進行模擬，在提升人和機器工作效率方面尋求最佳點，即保證人的高效率，又保證機器的高效率，將需要完成的各項功能合理分配給人和機器，實現(xiàn)人機功能分配具有良好的協(xié)調(diào)性的目標。如在進行機械制造設(shè)計時應(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，同時在機器控制方面還應(yīng)考慮人體反應(yīng)時間，提高機器的安全性。

結(jié)束語

綜上所述，將人機工程學(xué)應(yīng)用在機械制造設(shè)計中，其所具有的必要性不言而喻，所以相關(guān)人員應(yīng)該加大重視，采用合理的方式將其應(yīng)用在工作中。在這一基礎(chǔ)上，提高了機械制造設(shè)計的便捷性、舒適性、協(xié)調(diào)性以及安全性，進而在根本上提高機械制造設(shè)計的質(zhì)量，滿足用戶的相關(guān)需求，促進機械行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

[1]陳子龍，溫佳鑫，王哲，等.汽車人機工程視野校核設(shè)備與VR技術(shù)的結(jié)合[J].機電信息，2018，（30）：61-62.

[2]李宗民，蔡小霞.以設(shè)計實踐為主導(dǎo)的《人機工程學(xué)》課程教學(xué)改革與實踐[J].工業(yè)設(shè)計，2018，（10）：129-130.