人機工程學在機械制造設計中的應用分析

李海林

摘要：人機工程學分析了人和機器之間的關系，將融合其中的功能最好的發揮出來，屬于一門價值綜合型的學科內容，在機械制造中應用人機工程學的概念，能夠為人們創造出十分安全且舒適的工作環境，且能夠將人和機器的最大價值發揮出來，提升機械制造和設計出產品的科學性、合理性和安全性。

關鍵詞：人體工程學;機械設計;機械制造

引言

人機工程學，其是一門融合人力力學、生理學、物理學等學科的新型學科，其具有較強的知識交叉性、共通性。目前，西方國家關于人機工程學的研究、應用，已經有了較高的水平，而我國依然處于起步階段。所以，在未來的發展中，應該將人機工程學，廣泛應用在機械制造設計中，在提高機械制造設計水平的同時，還能夠不斷促進人機工程學的發展。

1、人機工程學概述

就工程學發展的角度分析，人機工程學實際上是一門交叉性質的學科內容，其整個學科的范圍已經涵蓋了工程學范圍、心理學范圍和力學范圍等，建立在人體工程學基礎上的深入分析，由此確保實現人、機和外部環境三者之間的良好協調和分配。就機械設計的角度來看，整個設計過程實際上是系統性的工程，就設計者的角度分析，整個設計過程中需要針對不同的設計元素進行充分考慮分析，例如，分析工作環境、分析機械設備自身和實際的工作強度等因素。隨著智能化技術的不斷創新，當前機械設計的諸多項目中，人本設計的理念得到了良好的推廣和應用。就實用性的角度分析，機械設計的實際目的是為了有效提升項目作業的實際效率，由此可見，設計者需要關注人機工程學發展的有關理論內容，注重理論應用于實踐的適應性。

2、在機械設計中人體機能的體現

2.1感覺系統

感官通道不同所適應的場合也明顯不同。其中，視覺通道更加適合進行復雜或抽象信息，較長或需延遲的信息，與空間方位、位置相關信息等的有效傳輸。而聽覺通道適合傳輸繁雜信息，較短或不需延遲的信息，與空間無關聯信息，快速響應信息等等。觸覺通道則更加適合簡捷、明了，以及急需快速傳遞的信息，一般應用于通過手觸摸的機器與裝置場合中。在信息通過視覺通道進行傳輸時，進行機械裝置設計時，需要對人的視角、視力、視野、視距、中央與周圍視覺、色覺、明暗適應等多方面因素進行充分考慮。

2.2神經系統

基于感覺通道所傳輸的信息，通過大腦中樞多元化處理。大腦處理信息的速度和記憶活動等都具備不可替代的重要意義。其中，就人腦反應速度而言，在進行產品設計時，不能超出人腦速度。而且，還需合理利用人腦的記憶功能，通過復雜的記憶活動能力進行科學設計，以此提高整體效率與實用價值。

2.3運動系統

所謂運動系統實際上就是人體完成不同動作與從事生產勞動的器官系統。在進行機械設計的時候，需要對骨的功能、關節活動范圍、肌肉強度與力度等進行綜合考慮。其中關節需要位于舒適調節的范圍中，肢體運動需要對肢體出力、運動范圍與動作速度頻率等進行全面考慮。所謂，為了促使操作人員能夠靈活便捷地落實相關動作指令，需要對操作對象空間與操作人員肢體涉獵范圍之間的關系進行綜合考慮，以此完成工作中所需力量與操作人員能夠提供的力量間的密切聯系等等。

3、人機工程學在機械設計與制造中應用

3.1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。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

結束語

綜上所述，將人機工程學應用在機械制造設計中，其所具有的必要性不言而喻，所以相關人員應該加大重視，采用合理的方式將其應用在工作中。在這一基礎上，提高了機械制造設計的便捷性、舒適性、協調性以及安全性，進而在根本上提高機械制造設計的質量，滿足用戶的相關需求，促進機械行業的穩定發展。

參考文獻

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