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人机工程学在机械设计与制造中的应用研究
作者：刘海清
来源：《管理观察》2012年第03期
摘 要：科学技术的日新月异，为机械设计和制造提供了强有力的技术支撑，机械设计与制造的理念也发生了根本性的变化。人机工程学强调机械设计与制造理念要从传统意义上的单纯设计产品，转变为现有的经济、成本和技术条件下从建立良好的、和谐统一的人机关系出发而设计出安全率、舒适性好、高效便捷的机械产品。文章论述了人机工程学的含义以及其在机械设计与制造中的应用实践。
关键词：人机工程 机械设计 人机界面
1.人机工程学的含义
人机工程学，是指运用生理学、心理学、人体力学、劳动卫生学、人体测量学和其他相关学科的知识和原理，探讨机器和人相互适应、相互和谐，形成高效、经济、安全的有机系统，从而创造最佳工效的一门学科。具体包括：对人体结构特征和机能进行分析，研究人体的身高、体重、体表面积、比重、重心以及人体各部分的动作协调关系和动作习惯；考察人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；研究人在不同劳动强度时的生理变化、体能消耗、疲劳机理和人对各种劳动负荷的适应能力；探讨心理状态和情绪因素对工作效率的影响。
2.人机工程学在机械设计与制造中应用 2.1设计中要考虑操作者使用或维修的便捷性
机械设计的基本原则是操作简单、操作位置明显突出、信号源的数量尽量少且区别明显，也就是尽量保证操作者在使用和维修时便捷高效。例如，设计机械车床操作台的高度时，要考虑操作者的身高因素，设计得过高，身材矮小的操作可能操作不方便，设计得过低，不仅操作者工作时必须弯腰低头，容易导致疲劳，还可能造成机械设备空间拥挤，不便于设备维修。还有，车床的指示刻度和标牌要在明显位置，便于观察和调整。砂轮、卡具的安装拆卸要有足够的回旋空间。
2.2设计中要考虑工作环境的舒适性
人在工作时情绪很容易受到环境的影响，进而影响工作效率。人机工程学关注的要点就是减少环境对人的消极影响。例如，人在一个噪声很大的车间里长时间工作，不仅听力逐渐下降，注意力和记忆力也会受到影响，甚至产生烦躁心理；环境的湿度和温度对人的影响也不容
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忽视。有研究表明，夏季的温度在18℃~24℃、冬季在17℃~2℃时，人们的体能和精力最旺盛，工作效率最高；工作照明条件也影响人的工作效率，照明较暗的机床在阴雨天气或者黑天的时候不利于操作者加工和检查工件的加工尺寸，容易造成公差超差以致材料报废。另外，色彩也对人的心理产生微妙的影响，明快淡定的色彩可使人产生舒适的、宁静的、稳定的心理。国外的研究表明，在其他条件不变的情况下，有的工厂仅对门窗涂上合适的色彩，就能提高劳动生产率5%-15%；改进机器上的照明设备使其亮度适当，且使其造型美观，可提高劳动生产率的10%-30%；而在机器、工具上涂上适当的色彩，可提高劳动生产率的2%-4%。因此，在机械设计时要考虑人的因素，使人在舒适宜人的环境下工作，发挥人的最大价值，才能使人机系统整体效率达到最大值。
2.3设计时要考虑机械产品的安全性
设计时要满足机械本身的基本功能良好，还要考虑安全因素，做好安全防护。安全防护包括两方面的内容：（1）采取有效措施规避错误操作，对机器进行防护。例如，防止超载的安全装置、自动锁紧装置、限位开关的闭锁装置、时间报警装置等。例如，手机是一种随身携带的通讯工具，手机的抗摔打抗震性能就是一个硬性指标。曾经有手机制造商声称其产品是经过若干次的高强度的抗摔打试验检验过的，证明其产品性能良好，这种承诺也成为该产品在市场上的一个卖点。（2）对操作者人身安全的保护。例如，普通车床的砂轮防护装置；车床的绝缘外壳、粉尘隔离装置、汽车上为了保护驾驶员的安全而设计的防翻滚驾驶台、防震座椅等。 2.4设计时要考虑人机功能分配的协调性
在机械设计中，不仅仅要考虑技术能力和材料的限制（机械的材料性能、使用温度、工作环境、工作强度、使用周期和频率），还要考虑人机之间的协调关系。通常，造成人与机器工作不协调的因素有两方面：一是产品设计规划意识淡薄，以机器为本位，忽视了人的主观存在，从而造成功能缺陷；二是人类对自身生理特点的认识在不断提高，设计理念在逐步完善，经历了从不科学到科学的渐进过程。人与机器的结合形式可以依据复杂程度划分为劳动者一工具、操作者一机器、监控者一自动机器和监督者一智能机器等几种，其中以机器的自动化和智能化为最高等级。在设计中要利用生理学和物理学知识做好人机功能分配，通过对人体特性和机器特性的综合分析，将人机系统的不同功能恰当地分配给人或机器。例如，设计时应考虑人的行为姿势不同，工作时用的力量也不同，握力小于提力，提力小于拉力，膝部屈曲时的蹬力最大；另外，在电器控制中还要考虑人体无条件反应时间等，以便于安全操作。 3.结语
人是世界的主宰，是万物的尺度，以人为本是人类进行生产和生活的基本准则。在机械设计中只注重机械本身的使用效率的理念已经被摒弃，机电一体化是机械设计的初级形式，人机结合是机械设计的更高级形式。人机工学设计理念是人性化的集中体现，充分运用人机工学设计理念，必将最大限度的发挥机械的全部效能。
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参考文献：
[1] 欧阳文昭.安全人机工程学[M].武汉：中国地质大学出版社，1991．
[2] 王浚、余建祖、庄达民、林贵平.新兴的人机与环境工程技术科学[J].北京航空航天大学学报，2002，（5）．
[3]王树凤.汽车操纵稳定性虚拟试验系统的研究[D].中国农业大学，2002．
作者简介：
刘海清，男，专业：机械设计与制造，本科。中钢设备有限公司。