基于人機(jī)工程學(xué)的切割機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì)研究

(沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)申藍(lán)機(jī)械有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110869)

基于人機(jī)工程學(xué)的切割機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì)研究

那爾振白冬博

(沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)申藍(lán)機(jī)械有限公司遼寧沈陽(yáng)110869)

人機(jī)工程學(xué)是正確處理人—產(chǎn)品—環(huán)境和諧關(guān)系的基本途徑和方法。泡沫切割機(jī)作為工業(yè)加工、生產(chǎn)、制造的重要設(shè)備，由于在整個(gè)過(guò)程中需要人來(lái)進(jìn)行操作和使用，因此對(duì)切割機(jī)的工作臺(tái)面尺寸、操作按鈕尺寸與形式的設(shè)計(jì)進(jìn)行人機(jī)分析尤為重要，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)人體尺寸的相關(guān)理論知識(shí)，綜合確定切割機(jī)工作臺(tái)的精確尺寸，不僅能提高人的工作效率，同時(shí)能保證產(chǎn)品的安全可靠性，降低誤操作的發(fā)生率。

工業(yè)設(shè)計(jì)；人機(jī)工程學(xué)；切割機(jī)；工作臺(tái)

一、切割機(jī)工作臺(tái)面尺寸布局分析

(一)泡沫切割機(jī)基本情況分析。泡沫切割機(jī)是用于切割泡沫、海綿等化學(xué)工業(yè)材料的機(jī)器設(shè)備，采用激光高溫技術(shù)對(duì)包括金屬、橡膠、塑料、玻璃在內(nèi)的多種材料進(jìn)行切割。其帶有開放式工作臺(tái)可方便工作人員進(jìn)行加工操作，根據(jù)電腦控制輸出到達(dá)對(duì)材料切割的效果。人們?cè)谑褂们懈顧C(jī)時(shí)往往是采用站姿進(jìn)行操作，所以要結(jié)合人體站姿尺寸和活動(dòng)范圍等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(二)工作臺(tái)高度尺寸分析。在不計(jì)衣著、鞋底厚度等相關(guān)因素的情況下，立姿正視、側(cè)視手臂活動(dòng)及手部控制操作合理范圍如圖1所示，圖中粗實(shí)線所示區(qū)域?yàn)樽畲蠡顒?dòng)范圍，以人體肩關(guān)節(jié)為圓心，以臂長(zhǎng)為半徑確定的活動(dòng)區(qū)域；細(xì)實(shí)線所繪區(qū)域是以肘關(guān)節(jié)為中心，前臂長(zhǎng)為半徑確定的最有利握取的活動(dòng)范圍；陰影部分即為手部操作最合理區(qū)域。側(cè)視圖中細(xì)實(shí)線所繪區(qū)域?yàn)槿酥讣饪蛇_(dá)做大范圍，而陰影部分即是手部上下操作最合理范圍。圖中所示高度數(shù)值按照P50男對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行取值，成人男性身高P50男=1678mm、肩高P50男=1367，結(jié)合GB/T16251-1966提供的相關(guān)數(shù)據(jù)和不考慮其他影響因素將工作臺(tái)高度取值范圍定為1010mm～1030mm。

(三)工作臺(tái)水平尺寸分析。水平工作臺(tái)是切割機(jī)設(shè)計(jì)的重要部分之一，關(guān)系到人員使用情況，所以也應(yīng)詳細(xì)地進(jìn)行人機(jī)分析。圖2所示為工作水平面內(nèi)手臂活動(dòng)及手操作范圍的描述，其中數(shù)據(jù)均以成年男性P50對(duì)應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行選取的，圖3為人手臂運(yùn)動(dòng)軌跡角度示意圖。

結(jié)合兩圖中分別給出了左右手最大活動(dòng)范圍、一般活動(dòng)范圍、最佳活動(dòng)范圍、活動(dòng)區(qū)域角度相關(guān)數(shù)據(jù)，其中最佳活動(dòng)范圍尺寸長(zhǎng)度取值范圍在1190～1200mm之間、寬度取值范圍在330～390mm之間，雙手自如活動(dòng)角度為60°，在此區(qū)間內(nèi)可保證常用操作流程方便快捷地進(jìn)行，可將切割機(jī)主體工作部件安置于此區(qū)域內(nèi)，將不常用的功能操作控制器放置于手部最大活動(dòng)范圍內(nèi)即可，以防止產(chǎn)生誤操作引起的安全隱患，提高工作效率。

圖3 單手或雙手合理活動(dòng)區(qū)域

二、操作控制按鈕人機(jī)分析

在設(shè)計(jì)切割機(jī)操作控制按鈕時(shí)應(yīng)根據(jù)不同按鈕的功能特性和操作形式進(jìn)行有效的選擇和確定，只有對(duì)操作部件進(jìn)行科學(xué)的人機(jī)分析才能提高操作的容易程度，降低誤操作率并保證工作效率。

(一)操作控制器類型和功能特性。操作器可按控制方式、操控運(yùn)動(dòng)軌跡及控制功能分為以下3類：1.按操控方式分：手動(dòng)操縱器、腳動(dòng)操縱器、聲光控制器等。2.按運(yùn)動(dòng)形式分：旋轉(zhuǎn)式(旋鈕、十字把手、手輪等)，移動(dòng)式(手柄、推板等)，按壓式(按鈕、按鍵等)。3.按功能類型分：開關(guān)式、轉(zhuǎn)換式、調(diào)節(jié)式等。

(二)按鈕和旋鈕的形狀、色彩、尺寸分析。1.按鈕和旋鈕的形狀選擇。按鈕常用形狀包括圓柱體、立方體、球體等；旋鈕常用形態(tài)有圓柱體、圓臺(tái)體等，形狀應(yīng)盡可能地對(duì)它的功能有所表示，便于識(shí)別和記憶。所以此切割機(jī)設(shè)計(jì)變壓器調(diào)節(jié)控制選用形狀為圓柱體的旋鈕；同時(shí)電源開關(guān)選用四棱柱式的按鈕，這是因?yàn)檫x取此形態(tài)不僅可以強(qiáng)調(diào)按鈕的功能，而且能與旋鈕形態(tài)區(qū)分開來(lái)，降低誤操作發(fā)生。為了防止側(cè)滑、便于施力應(yīng)在按鈕和旋鈕與手部接觸的表面設(shè)置紋理，可制成菱形波紋或者壓制滾花。

2.按鈕和旋鈕的色彩選擇。操作裝置的色彩設(shè)計(jì)是為了使工作人員更加方便、準(zhǔn)確地區(qū)分各個(gè)不同功能的控制鍵，并且能夠使人們快速記憶按鈕或旋鈕的對(duì)應(yīng)功能。操控裝置的色彩選擇應(yīng)遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和原則及被廣泛理解的色彩含義認(rèn)識(shí)習(xí)慣。本案切割機(jī)的啟閉按鈕色彩采用灰色、而調(diào)節(jié)旋鈕則選用黑色。

3.按鈕和旋鈕的尺寸分析。按鈕的截面形狀通常為圓形、矩形，其尺寸大小即為截面圓直徑或者是截面矩形長(zhǎng)和寬，這些尺寸應(yīng)與人體手部尺寸數(shù)據(jù)相符以滿足人們使用需求。由于本次切割機(jī)按鈕采用截面為矩形的外觀形態(tài)，而且泡沫切割機(jī)整體具有一定的大小和體量感，所以選擇截面矩形長(zhǎng)和寬分別為20×12mm，即定為按鈕的基本尺寸。

三、切割機(jī)整體綜合尺寸

基于以上人機(jī)數(shù)據(jù)的分析研究最終確定切割機(jī)最終尺寸，其中工作臺(tái)面高度尺寸取值為1020mm，并且需要根據(jù)因鞋厚所引起的尺寸變化進(jìn)行補(bǔ)償，工作人員鞋厚一般約為15mm，因此工作臺(tái)面最終高度為1035mm；人在工作平面中手臂最合理活動(dòng)范圍長(zhǎng)度在1190～120 0mm之間、最大活動(dòng)范圍是1500～1600mm；手臂活動(dòng)最合理寬度范圍是330～390mm、最大活動(dòng)范圍是500～600mm，由于工作臺(tái)面上還應(yīng)為機(jī)體的放置留下空間所以切割機(jī)工作臺(tái)面長(zhǎng)度為1550mm、寬度為550mm；操作部件按鈕界面矩形尺寸為20×12mm、厚度為15mm，旋鈕的直徑尺寸為40mm、厚度為15mm。

四、結(jié)語(yǔ)

人機(jī)工程學(xué)是任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)保障，這里所提到的產(chǎn)品不僅包括了人們?nèi)粘Ｉ钪兴玫降漠a(chǎn)品，也包括在機(jī)械加工制造中所需的各類設(shè)備設(shè)施。在進(jìn)行切割機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)人機(jī)工程學(xué)所提供的相關(guān)數(shù)據(jù)分別對(duì)工作臺(tái)面、操作裝置進(jìn)行綜合的尺寸設(shè)計(jì)和布局，并應(yīng)該結(jié)合尺寸修正量最終得出最佳的產(chǎn)品功能尺寸。綜上所述切割機(jī)尺寸設(shè)計(jì)和布局的人機(jī)工程學(xué)分析是極為重要的，只有這樣才能保證切割機(jī)各部位零件尺寸和功能最好地符合人們身體比例尺寸和使用需求、習(xí)慣，提高人們的工作效率和產(chǎn)品的安全性、降低誤操作的發(fā)生率使從業(yè)人員輕松舒適地完成工作目標(biāo)任務(wù)，達(dá)到人性化的設(shè)計(jì)原則和體現(xiàn)出以人為本的設(shè)計(jì)理念。

[1]阮寶湘，邵祥華.工業(yè)設(shè)計(jì)人機(jī)工程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

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那爾振(1989-)，男，滿族，遼寧沈陽(yáng)人，質(zhì)檢工程師，助理工程師，大學(xué)本科，沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)申藍(lán)機(jī)械有限公司，研究方向機(jī)械類；白冬博(1989-)，男，漢族，遼寧遼陽(yáng)人，工藝員，助理工程師，大學(xué)本科，沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)申藍(lán)機(jī)械有限公司，研究方向機(jī)械類。