人机工程学在机械设计中的研析

人机工程学在机械设计中的研析

余富仲

广东永丰智威电气有限公司529300

摘要：对于一些比较大型的工程机械而言，与人联系最为密切的一部分就是工程机械的操作，因为这样能够有效的体现人、机以及环境三者之间的有效结合。本文根据人在实际作业过程中所呈现出来的活动特点，以此提出人机工程学在工程机械设计中的综合运用。

关键词：人机工程学；工程机械；运用

引言：随着社会进步，科学技术处于不断创新的阶段，很多只是向企业提供的机器本身工作效率的机械产品和市场需求出现了矛盾，企业工人的需求开始朝向人机工程学在机械上运用的实际状况，分析机械设计是否可以满足工人的情绪需求、能力需求和操作习惯等。工人希望其操作的机械设备不需要付出太多的体力劳动，且确保操作者可以保持持续性且饱满的精神。

一、在工程机械中，人机工程学所研究的范围以及对象

1.人、机的特点以及合理分配功能

就工程设计角度而言，人机工程学主要研究的是人的心理和生理特点以及能力的实际限度、人在长时间劳动以后，其体力以及脑力会出现负荷、人体疲劳机制、人对数据信息的传递以及理解能力等方面的内容。这种研究主要为了设计人、机以及环境系统相结合提供对应的数据、资料。

就工程机械而言，机的因素比较多，其主要研究的内容有：仪表显示、机械控制操纵技术；信息数据的传递技术；保险设备等保障安全技术；舒适的座椅、方便的机械操作等宜人化技术。

人与机一样都有着各自不同的限度以及能力，人机工程学的研究主要就是根据人机各自的限度以及机能特点，如果对人机各自的功能予以合理分配，在人机系统中，使人机能够发挥最大的作用，这就需要将人机进行有效的配合，这样才能够有效的保证整个系统发挥有效作用。

2.人机相互作用以及界面设计

人机相互作用在人机系统中就是指通过运用信息数据控制器以及显示器，从而实现人与机之间信息数据交换的过程，如图一：

人能够借助自身的感官从显示器上及时获取到机器实际运行状态的相关数据以及信息，然后借助大脑的判断、分析以及做出决策，在此基础上通过效应器官对控制予以利用，然后将人的指令传递给机器，这样机器就能够根据人的指令来进行实际运行。

机器在进行一些信息数据的输入以后，通过特定的方式将自身的工程状态反映出来，人能够就机器所反映出来的信息以及数据对机器当下的运行状态进行进一步的调整以及控制。

人机工程学主要研究的就是如何运用人所反映出来的信息数据，来对控制器以及显示器予以设计，从而使得控制器以及显示器能够有效的与人的感官以及效应器官所呈现出来的特点予以相匹配，以此对人机之间进行准确以及迅速的信息数据交换予以保证。

3.环境的舒适度以及机的安全性

无论是哪一种工程机械，在长期使用以后都会在不同程度上出现故障，操作人员如果自身的错误操作也会导致机器出现故障，严重的会发生事故。因此，我们应该及时研究如何提高机器的安全性以及人机系统的可靠性。

与此同时，人机工程学还在不同程度上对周围的环境进行了细致的研究，例如、温度、照明、噪声、尘埃、湿度以及有害气体，这些都会对人的实际操作以及身体健康造成严重影响，然后对改善以及控制周围不良环境的方法和措施予以分析，以此为人提供舒适、健康以及安全的工程机械操作环境。

二、机械设计制造中需要考虑到的人体机能系统

就机械设计制造的过程分析，需要考虑的因素很多，例如，需要分析使用者的神经系统、感觉系统和运动系统等，以上也都是人机工程学发展的重要影响因素。

1.人体神经系统

人体中的大脑中枢功能运转主要表现在对不同种类信息的获取和整合，做好信息的处理，中枢功能表现为对获取的各类信息进行整合与处理，由此能够及时的应对外部环境的刺激，基于以上分析，研究人员针对机械设备设计的时候，需要避免产品实际反映速度太快，避免人脑的反应比不上机械反应速度的情况，除了以上考虑，研究人员还需针对人脑的记忆功能进行合理分析和利用，由此来有效提升研发产品的实际工作效率。

2.人体感觉系统

就生理学研究的角度分析，人体内涵盖了很多的感觉神经，诸多的感觉通道都各自对应了不同的场合，例如，视觉通道主要是为了向外部传达信息；听觉通道的作用主要是为了获取外部的信息。就机械设计的研究人员来看，产品实际设计的过程中需要关注人体的实际感觉，注重使用者的感受，针对人的视力范围和听力范围进行思考，确保产品设计的科学性和合理性。

三、人机系统理论在现代机械设计中的应用

机械设计工作者在设计中必须重点考虑的六大主要因素有：

1.必须坚持总体考虑。可采取两个途径来设计生产设备以提高人类的操作技能；第一，正确合理地分配人和机器的工作任务。第二，设计设备使其符合人的能力范围从而使操作人员能得心应手。

2.可维护性。机械设备从开始设计时就要考虑可维护性问题。因为随着科技的发展系统变得越来越复杂，并且系统内各部分相互依赖性更加增强，维护必要性的评价和及时提供故障检修方面的帮助变得及其重要，不可忽视。提供有关维护性必要信息的最佳人员是深受劣质设计影响的维护技工。

3.显示器的设计的要求。为了提高生产设备的工作效率，必须及时准确的向操作者提供机器设备工作状态的信息并使其能及时使用机器上的控制器对这些信息作出相应恰当的反应.，生产系统中之所以使用显示器，其根本目的是给操作者提供关于设备功能状况或过程的信息，这些信息可分为：必须知道的信息，最好知道信息还有历史信息。

4.控制器的设计的要求。信息是通过显示器提供给操纵者，这可以是动态视觉显示器如VDT或指示灯，静态显示器如标牌，符号或指令，或者是听觉，触觉显示器。机器操作者对显示的反应可以通过控制器或资料输入装置来实现，这可能是一个开关，操纵杆，踏板，键盘，书写笔等任何一种由操作者使用来影响一个系统特征的工具。如果控制器的操作与人们的习惯性一致，它的尺寸也与人体相适应，并且它们的运行特征在大多数人的力量和精确度很容易达到的范围内，那么系统的性能将得到极大的加强。

5.工具设计。在大多数工作中手持工具是用于执行所要求的精度和力度非人手可完成的任务，这些工具可能是电动的（如气枪、链锯、研磨机）或是手持的（如螺丝刀、钳子、扳手、夹钳），并且可能紧偶尔使用（开阀门）或者在一项装配操作中不停地使用，如打磨金属零件的毛边。很少有手持工具的大小设计可同时满足不同操作者的首部特征；把柄的大小常常根据电动工具产生的扭矩而定，而双炳工具的跨距设计要求与所使用的扣件大小必须相匹配。

四、结束语

不管科学技术未来的发展怎么样，时代都将是随着科学技术不断变迁的，机械制造设计的全程目标都为了良好的服务人们，因此机械设计和制造的过程中不能只是一味的思考机械运行的效率，需要关注机电一体化的发展趋势，将人机工程学的理念运用在设计中，实现人机结合的最终目标。人机工程学理论融合机械设计和制造过程中，肯定会给机械行业带来新的竞争环境，提升行业竞争力，由此良好实现机械设计的功能，促进科学技术和经济的良好发展。

参考文献：

[1]卢小菊，刘英林.浅谈人机工程学在机械设计中的应用[J].机械工程与自动化，2013，03：165-166.

[2]刘世豪，杜彦斌，郭志忠.基于人机工程学的数控机床耦合仿生优化设计方法研究进展[J].河北科技大学学报，2015，03：232-239.