試論人機工程學在機械制造設計中的應用

摘 要：科技的不斷發展，為機械設計與制造行業帶來機遇的同時也帶來了挑戰，在此背景下，將人機工程學應用于機械制造設計領域會為機械制造設計增添一絲生機。與只注重產品設計的傳統理念不同，人機工程學更注重綜合考慮經濟、環保等多方面因素，制定科學合理的計劃設計出高效、安全的機械產品。本文將詳細討論人機工程學的含義及其在機械制造設計中的應用。

關鍵詞：人機工程學；機械設計；功能分配

人機工程學是考慮到人和機器的因素，將各項功能充分發揮最大價值的一門綜合學科。機械制造中應用人機工程學，不僅能夠創造安全、舒適的工作環境，而且能夠發揮出人和機器的最大價值，使機械制造設計的產品更加科學化、合理化、安全化。

1 人機工程學的含義

人機工程學是一門結合物理學、人力力學、生理學等多門學科知識的學科，它起源于歐洲，形成和發展于美國。人機工程學把人—機—環境系統作為研究的基本對象，在人體生理特點和行為習慣、聽覺、視覺等感官機能特征、不同環境下人的生理和情緒變化以及疲勞機理等方面進行研究，綜合考慮人和機器的條件和要求，合理分配各項功能，進而創造安全、舒適的工作環境，最大限度的發揮人與機器的價值。

2 人機工程學在機械設計與制造中應用

2.1 設計中要考慮操作者使用或維修的便捷性

操控性強、效率高、信號源少是機械設計的基本方針，這也為機械的操作和維修提供了便利，實現機械便捷的初衷。如在進行機械車床操作臺的設計時，操作臺的高度要適中，不能過高或過低。操作臺過高時，身高較低的技術人員很難操控；操作臺過低時，不僅技術人員難以操控，還可能會造成設備的擁擠，導致設備使用年限縮短，維修難度增加。此外，機械車床的標牌和指示刻度也應當設計在合理位置，這將有助于技術人員進行檢查和調整。

2.2 設計中要考慮工作環境的舒適性

有資料表明，環境因素往往會對人的情緒產生影響，如果工作環境惡劣，那么人的工作效率就會下降。人機工程學的研究重點就是要提高人和機械的工作效率，排除對人和機械產生影響的環境等因素。如工作者處于一個噪音很大的環境，那么他將會出現聽力下降、心理焦慮、注意力不集中等不好的現象，降低工作效率的同時也使其身體出現異樣。環境的溫度和濕度同樣會影響工作者的工作效率，冬天溫度為18攝氏度至25攝氏度，濕度為30%至80%；夏天溫度為23攝氏度至28攝氏度，濕度為30%至60%時工作者的體能和精力最旺盛，工作效率也最高。環境明亮程度對人的工作效率也有影響，光線太強容易造成工作者的眼科疾病，光線太暗不利于機械的制造與檢查。此外，明亮歡快的色彩也會提高人的工作效率。國外曾進行過類似的實驗：將工廠周圍環境涂成明亮色彩，員工的工作效率就能提升5%-15%；適當增加或降低車間內的明亮程度，員工的工作效率提升10%-30%；在車間安裝空調，并適當調整車間濕度，員工的工作效率提升了15%-25%。因此，人機工程學在機械設計制造上的應用將提高工作環境的舒適度，最大限度的提升工作效率，使人與機械的最大價值得到充分發揮。

2.3 設計時要考慮機械產品的安全性

機械制造設計時應注重機械良好的性能，更應注重機械的安全性，并應制定相應的安全防護措施。機械的安全性可分為兩類：一類是保證機械的使用安全，另一類則是保證操作人員的人身安全。前者應通過制定相應規范、進行特別聲明等方式，防止機械出現錯誤操控、超載、電流過載等現象的發生，如在機械設計時增加超載報警器，電路設計時增加電流過載保護器等。后者則應為機械設計人員所重視，畢竟人的生命安全重于一切。提升此類安全性的措施有增加防護裝置、將操作臺移至安全區域等。如車床的絕緣外殼、汽車上的安全氣囊等。

2.4 設計時要考慮人機功能分配的協調性

人機功能分配良好的協調性也是機械制造設計時應關注的一個重點。如果僅考慮技術能力、經濟能力和材料的性能，那么設計出來的機械產品只能說是性能較好的機器，并不會與人具有良好的協調性，也就不會有人購買和使用。筆者認為，影響人機功能分配協調性的因素主要有兩個：一是在機械制造設計時錯誤的以機械為主體，未考慮人的因素，進而出現了機械設備先進，但卻與人協調性較差的現象。二是隨著科技的發展，人們越來越關注自身的生理狀態，因此機械設計還應滿足人生理特點的需求。人機功能的分配經歷了勞動者——工具、操作者——機器、監控者——自動機器和監督者——智能機器等時期。在未來機械制造設計中，設計人員不僅需要將機械設計知識應用其中，還應當融入物理學、生理學等知識，綜合考慮影響人和機器工作效率的各個因素，對預發情況進行模擬，在提升人和機器工作效率方面尋求最佳點，即保證人的高效率，又保證機器的高效率，將需要完成的各項功能合理分配給人和機器，實現人機功能分配具有良好的協調性的目標。如在進行機械制造設計時應考慮每個人的行為習慣不同，身體彎弓時推力最大，提拉重物時重心會下降，同時在機器控制方面還應考慮人體反應時間，提高機器的安全性。

3 結語

無論科技如何發展，時代如何變遷，機械制造設計始終是以服務人類為宗旨。因此，在機械設計中僅考慮機械產品效率的做法是錯誤的，機電一體化只是今天科技發展的成果，并非機械設計的最巔峰，人機結合才是機械設計的最終目標。人機工程學在機械制造設計中的應用勢必會提升機械行業的競爭力，最大限度的發揮機械的功能，推動經濟和科技的進一步發展。

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作者簡介：潘青（1992-），邵陽學院，男，漢，本科，研究方向：機械設計機制。