論人機工程學與機械工程

摘 要:通過介紹人機工程的應用技術，論述人機工程學在機械工程中的應用以及如何應用。凸顯了人機工程學在機械工程中的重要性。

關鍵詞:人機工程學;機械工程;人性化設計

中圖分類號:F8 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)06-0314-02

0 前言

人機工程學是一門運用系統(tǒng)科學理論和方法，正確處理人、機、環(huán)境之間的關系，研究人——機——環(huán)境系統(tǒng)相互作用及最優(yōu)組合的工程技術科學。其研究的對象是人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的各種因素;其研究的內容是人和機器及環(huán)境之間的相互作用;其研究的目的是提高工作效率，保證人的健康、安全和舒適性等問題。

機械設計是一項極其復雜的工程，在設計過程中不僅需要設計人員考慮機械的材料、力學、溫度、工作環(huán)境、工作強度和頻率等因素外，還要求充分考慮人 ——機——環(huán)境之間的關系。因而人機工程學在機械工程領域，扮演著非常重要的角色。人們在設計機械產品的時候會因為所設計的作業(yè)空間的不同，顏色、溫度、亮度等因素考慮角度的不同，對人的作業(yè)效能和作業(yè)疲勞等方面考慮的不同，使同一種機械產品在工作中產生不同的效果。這些效果可能表現在工作效率的不同，工作者安全的保障與否，工作者工作時間的長短差異等等。因此，在機械工程中，我們一定要綜合考慮人、機、環(huán)境三者之間的關系，不僅要注重工作效率，還要注重作業(yè)人以及環(huán)境。

1 人機工程學的應用技術

人機工程學是一門新興的邊緣學科。它是運用人體測量學、生理學、心理學和生物力學及工程學等學科的研究方法和手段，綜合地進行人體結構、功能、心理以及力學等問題研究的學科。通過人機工程學的研究與應用，可為機械設計中考慮“人”的因素提供人體尺寸參數;為機械設計中考慮“物”的功能合理性提供科學依據;為機械設計中考慮“環(huán)境”因素提供設計準則;為進行人、 機、環(huán)境系統(tǒng)設計提供理論依據。

1.1 人體尺度在機械工程中的應用

為了使各種與人體尺度有關的設計對象能符合人的生理特點，讓人在使用時處于舒適的狀態(tài)和適宜的環(huán)境之中，就必須在設計中充分考慮人體的各種尺度。在進行各種機械、設備、設施和工具等的設計時，首先要考慮的問題就是如何使它們適合于人的形態(tài)和功能的范圍的限度。例如，所有的作業(yè)動作都必須在人的肢體活動所能及的范圍之類，其高低位置必須與人體相應部位的高度位置相適應;同時還要考慮將其布置在人操作方便，反應最靈敏的范圍之內。其目的是為了提高設計對象的宜人性，讓使用者能夠安全、健康、舒適、高效率的工作，從而有利于減少人體的疲勞和提高人機系統(tǒng)的效率。

人體不同部位的尺寸在機械設計中扮演著不同的角色，現舉一些人體主要尺寸的應用原則:

(1)肘部高度:對于確定柜臺、梳妝臺、廚房案臺、工作臺、以及其他站著使用的工作表面的舒適高度，肘部高度數據是必不可少的。通過科學研究發(fā)現，最舒適的高度是低于人的肘部高度7.6cm。休息平面的高度大約應該低于肘部高度的2.5-3.8cm。

(2)大腿厚度:這是設計柜臺、書桌、會議桌、課桌、家具及其他一些室內設備和為人們提供座位的設備的關鍵尺寸。要是大腿和大腿上方的物體有一定間隙。

(3)立姿垂直手握高度:可用于確定開關、控制器、拉桿、把手、書架以及衣帽架等等的高度。

以上只是列舉了一部分。在設計過程中要充分考慮人體的各種尺寸，使設計出來的產品讓人用著舒服，并盡量減輕人的疲勞感;同時還要注重工作效率的提高。

1.2 人體機能的應用

人主要有9個子系統(tǒng)，其中與外界直接發(fā)生聯(lián)系的主要有三個系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)、神經系統(tǒng)和運動系統(tǒng)。人在人機系統(tǒng)中作用過程大致如圖1。

圖1由圖可知，要使系統(tǒng)有效運行，要求人體各部位協(xié)調工作。感覺器官感受外界的信息;大腦理解和決策信息;運動器官執(zhí)行相應的動作。

1.2.1 感覺系統(tǒng)

不同的感覺通道有不同的適應場合。例如視覺通道適合傳遞比較復雜或抽象的信息，比較長或需要延遲的信息，與空間方位、空間位置有關的信息等;聽覺通道傳遞比較復雜的信息，短的或無需延遲的信息，與時間無關的信息，快速響應的信息等;觸覺通道適合非常簡明的、需要快速傳遞的信息，經常用受觸摸的機器或裝置的場合等。

當我們的信息用視覺通道傳遞時，我們設計機械裝置時，要綜合考慮人的視角與視力，視野與視距，中央視覺和周圍視覺，色覺與色視野，暗適應和明適應等各方面的因素。例如眼睛沿水平方向運動比沿豎直方向運動快而且不宜疲勞;視線的變化習慣從左到右，從上到下;顏色對比與人眼也有一定關系，所以危險等信號標志都用紅色。

當信息用聽覺通道傳遞時，要綜合考慮聲音的頻率，動態(tài)范圍，人耳的方向敏感度，掩蔽效應等。同時，還要注意考慮人耳的安全。

1.2.2 神經系統(tǒng)

通過感覺通道傳入的信息，在大腦中樞進行復雜的處理。大腦處理信息的速度以及對信息的記憶活動等都具有很重要的意義。對于人腦反應的速度，我們在設計產品的過程中不能使之快于人腦的速度。同時，我們又要充分利用人腦的記憶功能，進行復雜只能活動的能力，來合理設計，從而提高效率，創(chuàng)造價值。

1.2.3 運動系統(tǒng)

運動系統(tǒng)是人體完成各種動作和從事生產勞動的器官系統(tǒng)。骨的功能，各種關節(jié)的活動范圍，肌肉的強度與力度等，都是我們設計機械器件時應該考慮的。例如關節(jié)必須處在一定的舒適調節(jié)范圍內。對于肢體的運動，要考慮肢體的出力范圍，運動范圍，動作速度與頻率等。

因此為了使操作者可以靈活、方便、快捷地執(zhí)行動作，我們要考慮被操作對象的空間與操作者肢體所能及的范圍的關系，完成工作所需要的力與操作者可以提供的力之間的關系等。

2 環(huán)境因素的影響

在機械設計中經常要考慮的環(huán)境因素很多，如溫度、濕度、照明、噪聲、振動、粉塵、風力及有毒物質等;隨著人類生產活動領域的擴大，影響因素還有失重、超重、異常氣壓、加速度及電離輻射等。設計者必須全面考慮各種條件和要求，將環(huán)境因素和人的因素與機器的所要達到的要求結合起來進行綜合分析和決策，求得正確的解決方案。

3 結束語

綜上所述，現代機械工程的設計階段要充分考慮人機工程學原理，進行人性化的設計。綜合考慮環(huán)境因素，人的因素在設計中的影響。在保證工作者舒適、安全、健康、方便、快捷、靈活工作的同時，保證工作效率，尋求更優(yōu)更高效的方法，找到人——機——環(huán)境間的最佳組合。

參考文獻

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