人机工程学在机械设计制造的运用

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【摘要】随着我国机械设计制造水平的不断提高，要求更注重将自动化、智能化以及人性化理念融入其中。以其中工程机械制造为典型代表，需在设计中充分考虑如何做到人、机、环境间的协调性，通过人机工程学理论使机械设计更具指导参考。本文主要对人机工程学的相关概述、机械设计制造中人机工程学的具体应用进行探析。

【关键词】人机工程学;机械设计制造;应用

1前言

作为现代工程设计中用于工效提升的重要学科，人机工程学充分将心理、生理以及其他学科内容结合起来，要求机械设计中注重为人创造更为高效、安全、舒适的环境，确保机械设计达到最佳效益。现代很多机械产品在流通中很难占据一定的市场优势，究其原因在于未将人、机器与环境等融入产品中。对此如何融入人机工程学成为现代机械设计制造中需考虑的重要内容。

2人机工程学的相关概述

关于人机工程学，其旨在结合心理学、生理学等，使机器制造中可与人保持适应，使创造的环境更为安全舒适的，是实现人、机、环境高度统一的重要学科。现代机械设计制造本身作为系统复杂工程，要求对相关工作强度、环境以及机械材料等进行充分考虑，在实现智能化、自动化的基础上的坚持以人为中心完成整个设计过程。现阶段工程机械设计由于需满足各行业领域的实际需求，所以在使用条件、用途等方面有所差异，这样人机关系匹配、相关参数指标等都有所不同。因此，如何通过人机工程理论指导机械设计制造尤为重要[1]。

3机械设计制造中人机工程学的具体应用分析

3.1从人体尺寸数据出发的设计制造思路

人机工程理论融入机械产品机械产品制造中，要求立足于人的身心特征，确保为作业人员提供安全舒适的环境，这样才可使工作效率得以提高且疲劳程度、人体能量消耗得以减少。产品设计过程中设计人员需对机械的实际用途、人体尺寸相关数据进行充分考虑。但需注意关于人体尺寸测量，设计人员应注重对不同区域人群进行分析，避免完全依托于的借鉴国外成功产品设计经验而而导致产品最终难以符合目标人群人体尺寸数据，确保实现人、机协调的目标。

3.2从机械操作安全可靠角度

作为基本且较为频繁的操作，很多机械产品都要求通过的相应的动作以使操作装置的作用得以发挥。所以在设计操纵装置过程中应从人机工程学角度出发，将装置在操纵力、位置以及整体运动状态等各方面都需符合人体力学。在追寻操作装置布置美观、简洁的基础上应防止出现操作困难或影响效率的情况。通常大多机械产品在投入使用后极易引发一定的安全事故，对驾驶员带来安全威胁，特别作业环境较为复杂时，安全事故发生的频率将更高。因此在实际过程中应遵循安全设计的基本原则，可将相关如防落物、防翻滚以及监控保护装置设置其中，或通过安全警示标志的设计使安全性得以提高。近年来许多机械产品也从车窗设计方面着手，分别在车前、车后以及侧面引用全视野窗户，并在驾驶室内安装照明系统，这样促进操作安全性的进一步提高。关于安全设计工作，国外许多基于人机工程学的机械设计也开始从操作条件与视野条件方面着手，以卡特彼勒企业为例，其在驾驶室设计方面要求在原有设计基础上对操作者视野条件扩大21%，对安全程度的提高可起到突出的作用。

3.3从驾驶环境角度的设计思路

以驾驶室设计为例，大多机械产品应用中多处于较为恶劣的环境下，相关如发动机废气、现场尘埃物质等会对驾驶室空气质量带来一定危害，机械操作人员在反应能力上将受到严重影响。因此从人际工程学角度出发，为使操作环境更为舒适健康，除保证具备基本视野条件外，还需将冷暖空调设置其中，确保密封的驾驶室内空气保持较高质量。同时考虑到座椅设计部分，应以人体生理结构为依据，使座椅保持宽大且能够进行座高与座深的调节，确保操作者在操作姿势上保持自由。而且设计中也可将防振装置引入其中，其目的在于使操作人员脊柱所受冲击负荷得以减少。以REXROTH公司为例，其在设计过程中保证具有较高性能的基础上，在座椅后安装贮藏箱使食品、饮料等可在其中贮存，完全符合人机工程学的基本理论[2]。

3.4从作业舒适性角度

在作业舒适度方面，首先考虑机械产品在使用过程中存在的全身振动问题，操作恩怨在振动情况下极易出现的身体上的腰酸背痛以及心理上的烦躁等问题，因过于疲劳而使整体工作效率进一步降低。因此在设计过程中应充分考虑引入性能较高的减震材料，或直接在产品设计中引入加减振器，以此使作业舒适性得以提高，如典型的的悬浮式座椅，其主要由GRMMERAG企业进行设计，保证座椅可进行调节的同时将液压减振器设置中，取得较为明显的效果。另外需注意大多机械产品在投入使用后可能存在噪声问题，操作人员长期在噪声环境下便可能出现疲劳或反应迟钝等问题，因操作失误而引发安全隐患问题。尤其机器因异常情况而发出声响时，噪音过大将使其完全湮没。因此，在实际设计过程中应注重对噪声来源进行分析，一般集中在底盘、发动机等方面。因此对噪声进行控制首先应从从声源方面着手，对振动、发动机燃烧、风扇等各部件产生的噪声进行降低。同时应在传播噪声途径方面着手，可通过吸声材料的引入使隔音效果进行提高，或将阻尼元件在发动机、车身、驾驶室间进行设置，可使减震隔振效果得以提升，并解决二次噪声问题。只有通过合理设计才可使作业环境得以改善，实现人、机、环境协调的目标。

3.5从外观设计角度

根据人机工程理论，机械在外观设计方面应更注重体现出高性能与美观性等特征，其也是使机械展现物质与精神功能的重要途径。目前常见的外观设计多从大圆角曲线形式方面着手，使其为人带来耳目一新的感觉。以叉车外形设计为例，其在造型设计中以曲面为主，并使脚踏板保持圆弧型，这样可避免操作中出现碰撞机身等问题，增强整体舒适性与安全性。此外，外观设计中结合人机工程理论还需在色彩方面着手，尽量将低纯度、高明度色彩设置于机身方面，其他部分设计也需达到简简洁、协调等效果，有利于缓解操作者视觉疲劳[3]。

4结语

机械设计制造中人机工程学的应用是使工作效率得以提高的重要保障。实际设计过程中应正视人机工程学的基本内涵，从人体尺寸、机械操作安全、驾驶环境以及外观设计等角度出发，坚持人、机、环境结合的原则，使机械设计制造水平进一步提高。

作者:谭志 单位:成都理工大学

参考文献：

[1]徐向阳.基于人机工程学的工业车辆驾驶室设计研究[D].南京:南京航空航天大学,2012.

[2]王旭辉.人机工程学在叉车内外设计及安全设计中的应用研究[D].太原:太原理工大学,2011.

[3]王建军.人机工程学在人性化煤矿机械设计中的应用研究[J].机械管理开发,2010,02:60~61.