從人體工程學看木工機械中的人性化設計

摘要：木工機械中的人性化設計對保證人身安全，提高生產效率，滿足經濟發展需求等方面起到了很大的作用。本文主要介紹了人體工程學在木工機械中的人性化設計。通過分析木工機械的具體尺寸設計和機械上電機、開關的位置設計，分析人體與機械接觸位置對人體使用安全性和使用感受的舒適程度的關系。以探究合理的尺寸設計、合適的操作平臺對提高木工機械的工作效率、安全性起到的作用。

關鍵詞：人體工程學；木工機械；人性化設計

人機工程研究和解決人-機-環境協調，形成有機聯系，使機器與設備適合人的生理和心理需求以及其他因素，從而達到工作環境舒適安全，操作準確，省力簡便，減輕操作疲勞和提高工作效率的目的[1]。但申利明[2]徐云杰[3]等人研究根據國家相關工傷事故調查資料，調查獲得1990年至1999年，工傷事故總數為132起。而且最近幾年在木工機械（木工圓鋸、木工平刨、木工銑床等）使用過程中仍發生了諸多的安全事故。在倡導綠色制造的今天，機械的人性化設計在增強機械安全系數，提高產品加工效率方面扮演了很重要的角色。本文排除木工機械操作員的操作程序的錯誤情況，研究人體工程學尺寸等人性化設計對木工機械安全性的影響。

1.人體特點分析

人體作為人機系統中的有機體，其構造特點與功能動作對機械的人性化設計起著重要的作

用。通過人機結合的合理性設計，才能有效地提高人機系統效率[4]。

1.1.視覺特點

圖（1）為用視野計測得的正常人兩眼的水平視野和垂直視野，由于工作空間與一般空間不同，工作空間要求操作者離木工機械相對較近。要求能看得見儀表指數及開關位置等。所以處于工作狀態安全考慮，操作者必須在靜態尺寸的水平位置有廣泛的視野（單眼視野界限94°～104°，左右眼視野界限62°），因此才可以保證處于工作狀態的木工機械完全處于操作者的視野范圍內。又因為視覺在水平上的反應速度比垂直要快，所以機械設計的形狀為水平方向上的長方形。

圖（2）中人的色視野是指顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍。色視野的作用主要體現在對色彩的辨識程度上，以及色彩范圍的識別程度等。因此，木工機械的色彩設計要確定產品主色調，產品功能、所處的工作環境及使用者的實際需求等[5]。

木工機械就其工作地點、加工產品、操作對象等幾部分來說可以施以不同的顏色，以使操作者的感覺舒適，使機械高效率的運作。

就木工機械的工作地點來看，室內與室外的工作環境是不一樣的。所以，室內的機械一般要選擇比較顯眼的亮色（如黃色），這樣不會使操作者在較暗的空間里產生工作疲勞感，在一定程度上也是保證了操作者的安全。室外的機械就可以采用淡一點的顏色，不影響對機械的識別和正常使用即可。

由于木工機械的加工用途，可以在機械的主體部分選擇較木材有區別的顏色，可以選擇較為亮一點的顏色。木工機械的底部支撐部分可選擇較深的顏色，主要目的在于增加機械的穩重感，讓操作者心理上產生安全感，工作狀態時不用擔心機械的安全性。

防護罩、框架等其它輔助結構宜采用淺色調為主，但是不要和開關等操控部分的顏色重合或相似，防止操作者的操作失誤和產生視覺疲勞。

1.2. 動作特點

由圖（4）人體上部及各部分的活動范圍看出，必須要求操作者在一定的空間內與木工機械有良好的接觸。并且保證操作者與工作速度及準確度有一定的規律性，即：操作者用手完成工作運動所需的時間與路程的長度有關，開始和終止運動所需的時間是固定的，與路程的長短無關；操作者用手沿曲線軌跡平滑運動時，比沿直線或折線軌跡運動的速度要快；操作者用手向前或者向后的運動速度，比向側面運動的為快；在操作者正前方60°角的范圍內，用一只手完成的動作，最為準確而迅速；操作者手的水平運動比上下運動更為迅速而準確[6]。

我國人體的平均尺寸在一定程度上決定了機械設計的基本形態。由圖（5），坐姿時的工作姿態動作范圍小，上肢體活動要求靈活度要高，而一般人的右手較左手的靈活度和反應速度高。所以，坐姿時操作員應該被安排在離操控機構比較近的、上肢活動范圍較大的地方（離身體中心偏右位置400mm～750mm），能夠比較容易分辨儀表及各個按鍵、開關的顏色。并且應該離操作臺出料和工作部分較遠，且不能直接面對進料通道。避免加工廢屑和殘余物對操作員造成傷害。立姿時由于身體有更大的活動范圍，此時完成的動作除了控制操縱臺以外，還要注意進料的速度和時間以及進料的力度。進料的速度、時間和力度都會影響工作能否順利進行。所以，必須加防護罩，使得在一定程度上保證人體安全。可見，木工機械的各部分參數設計在一定程度上受到了人體尺寸的影響。

2.木工機械分析

2.1.木工機械尺寸分析

木工機械的機械總長度下限為52cm，上限為220cm。操作臺長度下限為52cm，上限為264cm，可以看出木工機械在長度設計的選擇上考慮到了人體視覺的舒適感，操作時不會產生視覺上的壓迫感。以及站立時動、靜狀態（-100cm～+100cm）水平活動的最大最小的范圍。從產品功能尺寸設計（最小功能尺寸=人體尺寸百分位數+功能修正量，最佳功能尺寸=人體尺寸百分位數+功能修正量+心理修正量）上來說，此設計符合一般人體尺寸。操作臺的長度視加工試件的不同而有所調整。

木工機械的總寬度下限為51cm，上限為132cm。操作臺寬度下限為45cm，上限為200cm。由于操作者依試件幅面大小所按壓的力度和機械的震動幅度不同，要考慮操作者的最適操作臺寬度。同時，為了不影響操作者的工作視線，木工機械在設計時往往將儀表和操縱臺的高度設計的要比操作臺的高度要高，使得水平位置上操縱臺與操作者在操作臺的兩側，且操縱臺的高度與操作者的操作習慣相適宜。

木工機械的總高度下限為72cm，上限為160cm。操作臺高度下限為70cm，上限為100cm。操作臺的高度選擇首先依據加工試件的質量和種類等確定，以使操作員易于搬動和加工，另操作臺高度也考慮到了操作者坐姿和立姿時手的功能高度，是針對大小試件的質量及加工難易程度確定的。由圖（8）看出，每臺機器的總高度普遍比操作臺高度要高，這是因為操作臺的工作部分或電機等都被隱藏在機器內部，或外加防護罩，從而降低了因刀具暴露在外而造成人體傷害的概率。

由分析可以看出，就木工機械的設計尺寸對人體的安全性與舒適性而言，相對合理的木工機械總的長度約為70cm～200cm，寬度約為50cm～130cm，高度約為70cm～160cm；操作臺的長度約為50cm～260cm，寬度約為45cm～200cm，高度約為70cm～100cm；安全距離和操縱臺高度的位置設計應最好在相對操作者在操作臺的另一側，操作臺應較人體位置視線水平或靠上，且不影響操作臺的正常工作為宜。電機與刀具的距離人體應位于機器中與操作者呈對角線的地方，若有其它情況必須靠近操作者時，有必要在其表面加防護罩。

2.2.木工機械的人機協同性分析

按標準[7]人體尺寸來看，健壯的成年人相比其他年齡層的人來說，木工機械中的事故發生率低，安全系數高。因為危險事故的發生除了機械的設計問題，還關系到人的主體因素[8]。所以人與機械的交互也是保證安全的主要因素，機械的設計是否符合操作者的操作習慣和舒適性也在很大程度上決定了危險事故的發生幾率和木材的加工效率。

3.結論與建議：

木工機械的設計應視加工件的尺寸，盡量不要超過一般機械的最高尺寸、最長尺寸、最寬尺寸。

操作員應定期檢查機械的零件等部分是否有松動或斷裂的情況。如砂光機的砂輪部分的零件、銑床銑削部分的零件、刨床刨削部分的零件等工作頻度大、容易松動的地方的零件需要定期檢查。

需要對會發生危險事故的木工機械（像帶鋸機等）安裝緊急制動裝置。避免發生事故時損壞機械和危及操作者的安全。

參考文獻：

[1]丁曉東. 從人機工程角度談機械產品的造型設計[J].機械研究與應用，2000，13（3）

[2]申利明. 木材加工機械工傷事故的重點及防治[J]. 南京林業大學學報（自然科學版），2001，25（6）

[3]徐云杰.木材加工作業工傷事故的工效學分析[J].林業機械與木工設備，2010，38（11）

[4] 何春俐，張連軍.基于人機工程學的機械產品設計[J].機械管理開發，2010，25（2）：38-40

[5]中國木機商貿網.木工機械設備色彩配搭方案[DB/OL].http：//www.woodworking365.com/News/7738.htm，2012-10-20

[6]李平，劉長生. 人機工程學在機械設計、安裝與生產中的應用[J].

[7] 中華人民共和國國家標準《中國成年人人體尺寸GB-10000-88》[S].

[8] 丁玉蘭. 人機工程學（第三版）[M]. 北京：北京理工大學出版社，2009：67.