机械设计中的人机工程学初探.doc

1、机械设计中的人机工程学初探摘要：随着社会的发展与科技的进步，人机工程学得到了广泛的应用。人机工程学所体现的是产品的“方便、舒适、可靠、价值、安全和效率”等人性化设计，通过对“人机环境”的研究，将生理学、心理学等相关知识充分融入到设计当中，结合人与机器条件和特点对人与机器所承担的操作职能进行合理的分配，以满足人对舒适性、安全性的要求，提高工作效率。将人机工程学应用于机械设计中也是充分运用了这一原理，来实现“人机环境”的有机结合，创造出优质的机械产品。 关键词：机械；人机工程学；应用；设计 中图分类号：F407.1 文献标识码： A 1 前言 在进行机械设计进应当对操作人员的心理以及生理特点予以充

2、分考虑，以此为操作人员构建一种高效、健康、安全以及舒适的工作环境，这样能够使操作变得更为简捷与方便，进而充分将人机效能予以发挥，对系统的效率予以提高。这也正是对机械设计中人机工程学研究的重点内容。 2 人机工程学在机械设计中的应用 机械设计是一项极其复杂的过程，在设计过程中除了应考虑机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各零件的材料和形状尺寸、润滑方法等因素外，还要求充分考虑人机环境之间的关系，坚持“以人为本”的核心理念。要求在设计机械产品时充分考虑如何适应人的要求，以保证人在操作过程中简便省力、迅速准确、安全舒适，使人机系统整体效率达到最大值。机械产品设计，就是科学地利用人机环

3、境三要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。 2.1 人机匹配与人机系统总体设计 人机匹配是指人的特性与机器的特性进行恰当合理的分配。在人机系统中，人是系统的主体，机器是人创造出来的，为人服务，所以机器应当适应人的特点。相对于机械而言，人的体能是有限的，但是，体现在机器设计中的人类智慧却永远超过先进的机器设备本身。所以在设计机器或装置时，应尽可能考虑人体的机能和人的心理生理特征，例如，人体形态特征参数、人的感知特性、人的反应特性以及人在劳动中的心理特征和人为差错等，力求在人操纵机器时所接触的部位尽量符合人体的要求，须使人体骨架结构能够适应它，肌肉组织能够操纵它，精神系统能够控制它。其目的是为减少

4、人在使用过程中的差错，发挥人和机器各自的特点，以提高机械产品的可靠性，为操作者（或使用者）创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。 在人机系统设计中，首先要按照科学的观点来分析人和机器各自的特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分发挥人与机器的各自优点。在设计中尽量防止产生人的不安全行为和机器的不安全状态，做到安全生产。 人体的功能动作具有对称性及协调性，因此在设计操作动作时除考虑人的形体和最佳用力范围外，还应使操作简便、连贯、协调。人机系统中，操作空间的设计应同人机界面设计结合起来，操作空间主要应根据人们的习惯和人体外形尺寸来考虑工作空间、工作姿势、座椅形式、工作台面、照

5、明以及工具安放位置的设计；人机界面的设计应适应人的视觉、听觉和触觉的特性，一般要求控制装置集中方便、仪器显示明显、人机信息交换迅速及时等。 2.2 人与机器间信息传递装置和工作场所的设计 信息传递装置包括显示装置和操作装置。据统计，人有 80以上的信息是靠视觉获得的，因此视觉显示装置在人机界面的设计中尤为重要。一般人的眼睛习惯自左向右、自上而下、顺时针方向圆周运动扫视，人眼的观察效率依次由左上方、右上方、左下方、右下方递减，所以尽量采用水平式显示，仪表排列顺序也应遵循这一原则。研究表明，人的正常操作视距为 38cm76cm，最佳视距为 50cm55cm。双眼视区大约在左右 60以内的区域，字的

6、辨别视角为 1020，字母的辨别视角为530，对于特定颜色的辨别，视角为 3060。人最敏锐的视力是在标准视线每侧 1的范围内。人对视野最佳范围内的目标，认读迅速而准确，且不易引起视觉疲劳。因此，重要的显示仪表应布置在最佳视野范围内，而视野最大范围以外不应布置显示仪表，或只布置不经常认读的仪表。工作场所的设计一般包括工作空间设计、作业场所的总体布置、工作台或操纵台的设计以及座位设计等。其设计符合人体尺度的特点，而人体尺度又因为年龄、性别、种族、地区等不同而具有明显的差异性。合理的工作场所设计可保证操作者安全、舒适、高效地完成工作，且操作者感到舒适和不易产生疲劳。 2.3 环境控制和人身安全装置

7、的设计 安全生产在机械作业中是最重要的。机械产品在长期使用后会出现故障，操作人员在长时间的工作中也会出现差错而导致事故的发生。因此为了确保安全，不仅要研究产生不安全的因素，并采取预防措施，而且要探索不安全的潜在危险，寻求减小人为差错的途径，力争把事故消灭在设计阶段。 人机工程学对环境控制的重点就是减少环境对操作者的消极影响，从而提高生产效率。环境对人的影响主要有温度、湿度、噪声、粉尘、照明、辐射以及有毒气体等因素。例如人在低温环境下长时间工作，不仅肢体易麻木，而且灵活性也会降低。研究表明，夏季的温度在1824、冬季的温度在 1722是最适宜的，人的精力与体能最旺盛，工作效率最高。如果室内温度长

8、时间过高，会影响人的体温调节功能，使人精神疲惫、四肢乏力、头晕脑涨、思维迟钝，甚至记忆力变差。工作环境的湿度对人的工作效率也有一定的影响，长期工作在潮湿的车间里会出现四肢乏力，全身关节疼痛，影响操作者对加工零件尺寸精度的把握，且潮湿的环境极易腐蚀设备，诱发事故。一般来说最适合的湿度范围为 4060，过于干燥，将会使人心情烦躁不安。此外，噪声也同样会影响人的工作效率，人长时间的工作在噪声很大的车间里，其听力会逐渐下降，注意力和记忆力也会受到一定程度的影响，且操作者易燥易怒，不能高效地完成作业。最后，光照和色彩对人的工作效率影响也是不容忽视的，如机床上照明条件不好又恰逢阴雨天气或者黑天，就会严重影

9、响操作者的视线范围，极易产生误操作，轻则产品报废，重则危及操作者的人生安全。而色彩对人们的心理影响也是非常微妙的，明快的色彩使人心情愉悦，而厚重的色彩使人压抑，易产生孤独感，严重影响生产效率的提高。环境的好坏，直接影响人们的身心健康，影响产品的质量，恶劣的环境会腐蚀损坏设备，诱发事故，因此对作业环境应定期检测，及时治理，排除隐患。 在设计中还应考虑安全防护问题。安全防护主要包括两方面的内容：一是采取有效措施避免错误的操作，对机器进行防护；二是对操作者人生安全的防护。除要求设备具有设计合理、安装可靠和不影响操作的防护装置如防护罩、防护档板、防护栏外，还要求安装保险装置如超负荷安全保护装置、行程保

10、险装置、制动保险装置、顺序动作联锁装置和意外事故联锁装置等，同时还应对操作者进行安全生产辅导。 3 结束语 科学技术日新月异的发展，使人类驾驭、控制和改造自然的能力有了巨大的提高。现代化的技术装备正是新科技和上述能力的具体体现。目前，企业已越来越多地将人机工程学的设计理念即人性化设计应用于新产品的开发和设计中，给操作者或用户构建一个安全、舒适、健康、高效的工作环境，从而充分发挥人机效能，提高系统效率，增强产品的市场竞争力，进而实现人与产品的完美和谐统一。 参考文献： 1.何萍.人机工程学在工程机械设计中的应用J.萍乡高等专科学校学报，2007（3）：1-3. 2.周得嘉 李丹.人机工程学在汽车设计和生产中的应用J.中国高新技术企业，2012（15）：43-46. 3.谭嫄嫄.PBL 方法在人机工程学教学中的应用初探J.美术教育研究，2012（9）：56-57. 4.陈辉.人机工程学在集控中心的运用J.科技与生活，2012（18）：159-159，125.