人機工程學在機械設計專業(yè)教學中的切入點思考

陳亮

摘 要：人機工程學是一種人文精神的體現(xiàn)，是人與產(chǎn)品完美和諧結合。通過機械設計具體實例的分析，了解其中所包含的人機工程學要素，預測未來的產(chǎn)品設計面臨的新課題。社會的發(fā)展，技術的進步，產(chǎn)品的更新等等都與人，機，環(huán)境有密切的聯(lián)系，所以要實現(xiàn)“以人為本”人性化設計思想，必定以人機工程學為參照。

關鍵詞：人機工程學;人性化設計;以人為本

所謂人機工程學，是研究人、機及其工作環(huán)境之間相互作用的交叉技術學科，人機工程學的顯著特點是，在認真研究人、機、環(huán)境三個要素本身特性的基礎上，不單純著眼于個別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和所設計的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究。在人機工程學中將這個系統(tǒng)稱為“人——機——環(huán)境”系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中，人、機、環(huán)境三個要素之間相互作用、相互依存的關系決定著系統(tǒng)總體的性能。

人機系統(tǒng)設計理論，就是科學地利用三個要素間的有機聯(lián)系來尋求系統(tǒng)的最佳參數(shù)，滿足人性化設計的要求。而所謂人性化產(chǎn)品，泛指只要是“人”所使用的產(chǎn)品，都應在人機工程上加以考慮。我們可以將它們描述為：以心理為圓心，生理為半徑，用以建立人與物（產(chǎn)品）之間和諧關系的方式，最大限度地挖掘人的潛能，綜合平衡地使用人的肌能，保護人體健康，從而提高生產(chǎn)率。

因此對于機械設計學科而言，人機工程學與機械設計是息息相關的，畢竟兩者都是研究人與機械的學科。人機工程學在機械設計專業(yè)領域的應用，以人——機械——環(huán)境系統(tǒng)為對象，以改善操作者的勞動條件和舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適、高效為目標，力求使這個系統(tǒng)的總體性能達到最優(yōu)。現(xiàn)代社會是人與機械的社會，機械設備與人的生活息息相關，“一堆冰冷的鋼鐵”是無法滿足現(xiàn)代人精神和文明需要的，因此機械設計必須以人為本，體現(xiàn)人機協(xié)調(diào)，使用操作方便、舒適，使機械設備適應人的各種生理和心理要求，從而提高工作效率、保障安全、維護健康。

未來的機械設計將在外觀設計、人機工程以及室內(nèi)環(huán)境等方面更加注意人性化的發(fā)展。人機工程學在對人的特性進行詳細研究的基礎上設定了一系列的設計準則，因此可以作為切入點，將人機工程學和機械設計專業(yè)教學聯(lián)系在一起：

1）基于人體感官的界面設計

例如，人的視覺有視角、視野、可視光波長范圍、顏色分辨力、視覺靈敏度、定位錯覺、運動錯覺、視覺疲勞等特性，機械設備的防護玻璃、儀表板和儀表的設計就要充分考慮這些特性，使駕駛者能夠得到足夠的視區(qū)，能夠迅速辨認各種信號，減少失誤和視覺疲勞。交通標志的設計也應該采用大多數(shù)人能明辯的顏色和不易產(chǎn)生錯覺的形狀。

2）基于人體形態(tài)的界面設計

人體在不同的姿態(tài)下工作，全身的骨頭和關節(jié)處于不同的相對位置，全身的肌肉處于不同的緊張狀態(tài)，心臟負擔不同，疲勞程度也不同。設計一臺機器首先要考慮采用什么身體形態(tài)來操縱，選定姿態(tài)后，還要考慮以最舒適的方式對人體進行支撐，并適當?shù)夭贾帽徊僮鲗ο蟮奈恢?，從而減少疲勞和誤操作。例如司機在駕駛汽車的時候采用坐姿，坐椅的設計要符合人體骨骼的最佳輪廓，儀表的布置應在易于看到的地方，操縱桿/板的位置要在人體四肢靈活運動的范圍內(nèi)。

3）基于力特性的界面設計

人體在不同的姿態(tài)下，用力的疲勞程度不同，操縱機器所需的力量應該選擇在對應姿態(tài)下不易引起疲勞的范圍內(nèi)。例如轉向助力器就是為了減輕操縱力而設計的。人體在不同的姿態(tài)下最大拉力、最大推力也不相同，例如坐姿下人腿的蹬力在過臀部水平線下方20度左右較大，操縱性也較好，所以剎車踏板就安裝在這個位置上。人體在不同的姿態(tài)使用不同的肌肉群進行工作，動作的靈活性、速度和最高頻率都不相同，例如腿的反復伸縮具有較低的頻率，而手指則可以用較高的頻率進行敲擊。因此，對應不同的操縱頻率應采用不同的動作方式來完成。

我們必須理解明白，并且深切的感悟出人體工程學與機械專業(yè)的相關性，使我們在產(chǎn)品設計過程中應充分考慮人和所設計的產(chǎn)品及他們所處的環(huán)境的協(xié)調(diào)及統(tǒng)一，提高產(chǎn)品與人之間的和諧關系，盡量滿足舒適和安全的使用要求，以實現(xiàn)“以人為本”的人性化設計思想，使我們在設計方面得到了啟迪和發(fā)展。

利用人機工程學原理來進行機械設計是社會進步發(fā)展的必然結果，隨著我國產(chǎn)業(yè)升級和人們對各種導致亞健康的工作環(huán)境的重視，這一趨勢必將勢不可擋。作為未來的中國機械設計的參與者和主導者，現(xiàn)在的學生只有充分學習并運用人機工程學原理，才能使機械設計成為真正以人為本的設計。符合人機工程學原理的人性化設計最實在同時也是最前沿的潮流與趨勢，是一種人文精神的體現(xiàn)，是人與機械完美和諧的結合，使人性化的設計真正體現(xiàn)出對人的尊重與關懷。因此，我們必須加大對人機工程學原理在機械設計專業(yè)教學中的應用研究。

參考文獻：

[1] 《車輛人機工程學》.毛恩榮 . 張紅 . 宋正河 . 編著. 北京理工大學出版社

[2] 《人機工程學設計應用》.嚴揚.編著.中國輕工業(yè)出版社.

[3] 《世界著名設計公司卷》.蔡軍.徐邦躍.編著.黑龍江科學技術出版社.

[4] 《人機工程學》.丁玉蘭.主編.北京理工大學出版社.