人機(jī)工程學(xué)在車輛產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙　吉　波

（1東華大學(xué)，上海200051；2日照裕鑫動(dòng)力有限公司，山東　日照276800）

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經(jīng)驗(yàn)交流

人機(jī)工程學(xué)在車輛產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙吉波1,2

（1東華大學(xué)，上海200051；2日照裕鑫動(dòng)力有限公司，山東日照276800）

摘要：以車輛產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，通過對(duì)人-車（機(jī)）-道路（環(huán)境）系統(tǒng)分析，在設(shè)計(jì)中依據(jù)現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)理論和方法——人機(jī)工程學(xué)，尋找影響系統(tǒng)效能的因素，研究設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案，以獲得最高效能和最佳要素間關(guān)系的人機(jī)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；車輛；駕駛室設(shè)計(jì)；效能

1　前　言

當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，市場競爭日益激烈，產(chǎn)品性能和技術(shù)的先進(jìn)性已是同類競爭產(chǎn)品的共性，是產(chǎn)品應(yīng)具有的基本前提，技術(shù)的先進(jìn)性在短時(shí)間內(nèi)可以作為產(chǎn)品的差異化優(yōu)勢。產(chǎn)品是否是一個(gè)優(yōu)良設(shè)計(jì)，決定了產(chǎn)品在市場上的表現(xiàn)，也就是人們對(duì)產(chǎn)品能否會(huì)產(chǎn)生興趣，是進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要任務(wù)和目的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是人們?yōu)榱诉_(dá)到某一需要，為創(chuàng)造出人們自我本身以外的人造物體，有序進(jìn)行的創(chuàng)新改造活動(dòng)。以進(jìn)行全面分析研究產(chǎn)品的系統(tǒng)為前提，以現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)理論和方法、先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念為理論依據(jù)，研究設(shè)計(jì)系統(tǒng)中最佳的人與產(chǎn)品和環(huán)境、產(chǎn)品與環(huán)境的關(guān)系，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出能夠使系統(tǒng)達(dá)到最大效能的產(chǎn)品，即達(dá)到人機(jī)系統(tǒng)的最佳匹配和最大效能。

本研究就人機(jī)工程學(xué)在車輛產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

2　人機(jī)工程學(xué)概述

人機(jī)工程學(xué)就是研究分析人與產(chǎn)品、環(huán)境的關(guān)系，以自然科學(xué)、人體科學(xué)、社會(huì)學(xué)、工程技術(shù)等理論和方法為依據(jù)，研究設(shè)計(jì)能夠達(dá)到最高效能的人機(jī)系統(tǒng)的一門學(xué)科。人機(jī)工程學(xué)是在研究分析人、機(jī)、環(huán)境等各自特性的基礎(chǔ)上，以整體思維的方式進(jìn)行研究分析人機(jī)系統(tǒng)，追求最優(yōu)的人與產(chǎn)品、環(huán)境之間的關(guān)系，達(dá)到人及系統(tǒng)的最高效能。

人機(jī)工程學(xué)就是以人的生理的自然因素和人的社會(huì)因素為依據(jù)，研究設(shè)計(jì)最優(yōu)良的人與機(jī)器、環(huán)境之間的關(guān)系的一門學(xué)問。也就是研究怎樣使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠滿足人的心理感受、人體功能和局限，以及動(dòng)作習(xí)慣的一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論方法。

3　車輛人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)分析

人-車-道路系統(tǒng)——人駕駛車輛在道路上行駛，如圖1所示。在人-車-道路系統(tǒng)中，駕駛員既處于車輛的駕駛室小環(huán)境中，又與車共同處于道路這個(gè)大環(huán)境中。道路環(huán)境中的聲、光、溫?zé)?、振?dòng)、塵埃和有害氣體以及車輛行駛中本身產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲、溫?zé)?、廢氣等對(duì)駕駛者的生理、心理產(chǎn)生影響，從而影響操作的準(zhǔn)確性和效率。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是創(chuàng)造一個(gè)舒適安全可靠的駕駛環(huán)境，以保證車輛高效安全平穩(wěn)行駛。

圖1　人-車-道路系統(tǒng)及其人機(jī)信息交互

振動(dòng)是車輛以一定速度在道路上運(yùn)行時(shí)自然產(chǎn)生的，也是車輛產(chǎn)品在設(shè)計(jì)制造時(shí)就已經(jīng)決定了的。一是因?yàn)榈缆返穆繁砻尜|(zhì)量狀態(tài)導(dǎo)致車輛顛簸而形成的振動(dòng)；二是因?yàn)檐囕v自身動(dòng)力機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)及動(dòng)力傳遞系統(tǒng)產(chǎn)生的；三是因車輛構(gòu)件、覆蓋件等剛性不足造成共振。這些因不同原因造成的振動(dòng)，可以通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造進(jìn)行減震和吸震，以減少振動(dòng)對(duì)駕乘人員的影響。

噪聲是由車輛的振動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，并隨著速度增大而升高，噪聲對(duì)人的生理和心理影響是不言而喻的，是一種主要的環(huán)境污染因素。減少噪聲的產(chǎn)生及影響，一是合理設(shè)計(jì)消聲器、隔聲罩等；二是通過駕駛室及內(nèi)飾設(shè)計(jì)提高駕駛室密封性及吸音隔音；三是采取上述的減震措施減少噪聲產(chǎn)生等。

塵埃及有害氣體主要是環(huán)境中的大氣污染成分，以及車輛和內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。在駕駛無駕駛室的三輪摩托車時(shí)，駕駛?cè)藛T將直接受到塵埃及有害氣體的侵害，影響駕駛?cè)藛T的身心健康。

光線影響駕駛?cè)藛T的視覺，光線來自道路環(huán)境中的光照、白天的陽光、夜晚的路燈及其他車輛燈照射以及夜間行駛駕駛室內(nèi)照明等。駕駛室內(nèi)的溫?zé)崾前l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的和室外環(huán)境溫度的影響。它會(huì)影響人的生理、心理狀態(tài)，影響工作效率和操作準(zhǔn)確性，甚至可能造成駕駛員誤讀、誤操作等，影響車輛行駛安全。通過駕駛室整體及室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)，能夠創(chuàng)造一個(gè)明快、舒適、安全的駕駛環(huán)境。

4　三輪摩托車駕駛室設(shè)計(jì)

影響人-車-道路系統(tǒng)有效運(yùn)行的主要因素有光、噪聲、振動(dòng)、塵埃、有害氣體、溫?zé)岬龋云饰鼋Y(jié)果為依據(jù)，針對(duì)人-車-道路系統(tǒng)效能的影響因素，應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)理論、數(shù)據(jù)和手段，如人機(jī)工程學(xué)、色彩學(xué)等，研究設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，以提高三輪摩托車駕乘人員的舒適性和安全性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要包括人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)兩大方面。

4.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)人在系統(tǒng)中的主體作用，即人主要起到的一些支配作用；設(shè)計(jì)機(jī)器在系統(tǒng)中的性能及用途——機(jī)器的客體功用，以及人與機(jī)器的信息交流溝通等。運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理，按照人體生理尺度和心理特征，以達(dá)到解決人-車輛-道路行駛系統(tǒng)的安全性、易讀、易懂、易操作、省力和高效性等。

人機(jī)系統(tǒng)中信息交互設(shè)計(jì)，主要是機(jī)器、環(huán)境與人的信息交互，即操作者對(duì)機(jī)器實(shí)施的操作行為和顯示機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的信息等兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)。信息交互的設(shè)計(jì)，就是按照人體生理尺度和心理特征，研究設(shè)計(jì)信息傳遞交互的方式和準(zhǔn)確可靠性，以及信息的易讀和易懂等。

按照人體尺寸、視覺特征、生理尺度，合理設(shè)計(jì)顯示裝置顯示信息的大小，確定顯示裝置的安裝位置，如視距（46～71 mm）、視角（40°）等。正確設(shè)計(jì)操縱裝置的尺寸、質(zhì)感、外形和操縱裝置的分布位置等，要適宜于人的生理尺度和心理感受及操作習(xí)慣，如按照人手尺寸百分位，設(shè)計(jì)車輛操縱把手的長度（＞100 mm）、把手直徑(一般在30～50 mm)、把手與距離產(chǎn)品最近表面的間隙(一般在30～50 mm)、把手操縱幅度（位移量）等參數(shù)。

環(huán)境設(shè)計(jì)就是為了創(chuàng)造一個(gè)宜人的良好作業(yè)環(huán)境。如在工作室內(nèi)設(shè)計(jì)布置機(jī)器的顯示設(shè)施、操作機(jī)構(gòu)、工作椅等，要適宜于操作習(xí)慣、人體尺寸及視覺特征等。信息顯示儀器應(yīng)布置在視野中心30°范圍內(nèi)；操縱手柄應(yīng)當(dāng)布置在人的右側(cè)偏前處，高度應(yīng)按照人體工作姿勢及人體尺度確定等，達(dá)到易用性。

設(shè)計(jì)三輪摩托車輛駕駛作業(yè)空間，既要保證駕駛?cè)藛T在駕駛車輛時(shí)，其手足操縱動(dòng)作所必需的活動(dòng)空間，以及設(shè)計(jì)布置顯示儀器、工作椅、操作機(jī)構(gòu)等所需空間位置，且操作機(jī)構(gòu)必須布置在駕駛員操作時(shí)很容易達(dá)到的位置，以保證準(zhǔn)確可靠的操縱，避免誤操作。通過駕駛室內(nèi)部形態(tài)、色彩等裝飾設(shè)計(jì)，給操作者一個(gè)舒適感、空間感的心理暗示，創(chuàng)造一個(gè)舒適宜人安全的駕乘空間。

4.2產(chǎn)品設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)產(chǎn)品的內(nèi)容主要包括產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)、外觀造型設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品材料設(shè)計(jì)等。依據(jù)人體尺寸、人的生理尺度和心理特征，在全面分析研究設(shè)計(jì)產(chǎn)品系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)滿足各項(xiàng)要求的產(chǎn)品。如車輛駕駛室儀表盤的設(shè)計(jì)，既要把所有儀表等裝置合理安裝布置到位，保證顯示信息的易讀性，又要盡量少的占用駕駛室空間，還要保證美觀宜人和具有質(zhì)感，以創(chuàng)造舒適宜人的駕駛環(huán)境，提高人機(jī)系統(tǒng)的功效。

5　結(jié)　語

在分析研究人-車（機(jī)）-道路（環(huán)境）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，全面分析研究人與機(jī)器、人與環(huán)境、機(jī)器與環(huán)境之間的關(guān)系，以現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)理論和方法（如人機(jī)工程學(xué)等）為理論指導(dǎo)，針對(duì)分析的影響系統(tǒng)效能的各種主要因素，研究設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案，設(shè)計(jì)創(chuàng)造出最佳的人與產(chǎn)品和環(huán)境、產(chǎn)品與環(huán)境關(guān)系的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)最大的人機(jī)系統(tǒng)的效能。

中圖分類號(hào)：U462

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-4620（2016）02-0071-02

收稿日期：2016-03-01

作者簡介：趙吉波，男，1962年生，東華大學(xué)在職在讀研究生，現(xiàn)為日照裕鑫動(dòng)力有限公司高級(jí)工程師，從事技術(shù)管理工作。