人機工程學在某型測試設備上的應用

蘇斌山，吳長春，王偉濤

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

機械化時代，除了人與人之間的交流之外，還有很大一部分是人與機械之間的交流，所要面對的更多的是機械操作。由于施工作業的復雜度日趨增加，作業效率要求的不斷提高和工程機械種類的增多，操作者工作也越來越繁重。

隨著科技的發展和生活水平的提高，人性化的結構設計，越來越受到人們的青睞。人機工程學是一門新興的邊緣學科。其是運用人體測量學、生理學、心理學、生物力學以及工程學科的研究方法和手段，綜合地進行人體結構、功能、心理以及力學等問題研究的學科，用以設計使操作者能發揮最大效能的機械、儀器和控制裝置，并研究控制臺上各個儀表的最適位置。

許多經驗教訓表明，人機界面設計不合理，會導致操作人員操作失誤，降低系統運行安全性，甚至造成重大事故，同時還會對操作人員造成生理或心理傷害，許多職業病，也都源于不合理的操作環境或作業姿勢。

根據人機工程學的基本原理，人機界面的設計，應能夠保證系統運行的安全性，提高系統的工效，改善操作人員的舒適性以及保證操作人員的健康，最大程度地防止職業病的發生。

1 問題的提出

通常設計，都是從經驗來估計人機交流平臺的高度位置，本文主要從工程以及人機環境角度，通過人體尺寸分析，來討論確定測試設備人機交流平臺，包括鍵盤輸入設備和屏幕裝置以及適配器懸掛位置高度，在人機工程上的合理性。

某型測試設備的結構，如圖1 所示。

圖1 某型測試設備工作狀況圖

整個測試設備由上下兩個機箱和后掛適配器組成，外加測試電纜，整個測試系統在室內進行。

本文主要通過人機工程學，計算確定系統中顯示和輸入設備高度尺寸B1 以及后掛適配器的高度B2。

2 顯示器的高度和角度設計

作為測試設備，編程和調試人員需要長時間采用坐姿面對屏幕。設備的設計，應考慮在坐姿狀態下，使人手操作鍵盤時，處于最合理的部位，并使眼睛處于最佳高度，獲得最佳視野。

測試設備總體結構為上下組合式，為了提高系統單元的模塊化設計，增加互換性和可操作性，測試設備單元面板的高度為

nU（≥1，n∈N，1U=44.45 mm），

上下機箱內部有效高度分別為12U 和10U。

人體測量的數據，常以百分位數Pk作為一種位置指標，一個界值。一個百分位數將群體或樣本的全部測量值分為兩部分，其中K%的測量值等于或者小于它，（100- K）%的測量值大于它。對某型測試設備系統來說，在操作過程中，主要涉及到的人體尺寸如表1 所列。

表1 我國成年人體部分尺寸（單位：mm）

根據工業產品的重要程度和樣本概率，50 百分位數可以作為產品尺寸設計的依據，我們取人體百分位為50 的一組數據，作為參考數值，設顯示和輸入設備理論高度為B1’，那么

B1’（男）=A4+A2=413+263=676（mm）

B1’（女）=A4+A2=382+251=633（mm）

通常，工作平面的高度，都是憑經驗估計或者根據傳統的做法確定的。然而，通過科學研究發現，最舒適的高度，是低于人體肘部高度76 mm；另外，休息平面高度，應該低于肘部高度25～38 mm，設修正后的舒適高度理論值為B1”，那么

B1”（男）=A4+A2- 76=676- 76=600（mm）；

B1”（女）=A4+A2- 76=633- 76=557（mm）。

男性休息高度范圍為（638，651）mm；

女性休息高度范圍為（595，608）mm。

綜合以上計算結果，選擇鍵盤等輸入設備的高度，取值范圍為（595，651）mm。

根據實際情況，某型測試設備采用上下機箱組合式結構，輸入輸出設備選用抽拉掀蓋式三位一體，外形和功能跟筆記本相似，顯示器掀起后，打開角度可調，但高度無法調節。鍵盤和顯示器的整體性，限制了位置高度的選擇。由于直交流電源必須放在下機箱，并且三位一體必須和工控機等在同一個機箱內部相連，三位一體只能置于上機箱，根據機箱的高度，三位一體最低高度為810 mm，基于實際情況的考慮，只能選擇高度可調的座椅來調節操作高度。

根據表1 中A1 的數值，坐姿眼高取50 分位處的798 mm（男）和739 mm（女），那么設坐姿時眼離地面高度為B3，那么，

B3（男）=A1+A4=798+413=1211（mm）；

B3（女）=A1+A4=739+382=1121（mm）。

當座椅高度不調節時，顯示屏起始高度下限范圍為（810，840）mm，上限范圍（1 110，1 140）mm，顯示屏基本處于人眼最佳視區中心，處于水平偏俯視狀態，當座椅上調200 mm 后，顯示屏就完全處于俯視狀態，根據人體舒適度要求，人如果長時間處于俯視狀態，會感覺身體不適，但基于箱體規格以及設計要求，只能靠個體的差異，來人為調節舒適度。

3 后掛適配器的高度設計

根據表1，50 百分位處立姿肘高的尺寸C1 為1 024 mm（男）和960 mm（女）可知，后期加掛適配器的高度定位范圍約為（960，1100）mm，根據機箱的實際高度，如圖2 所示。

圖2 某型測試設備后視圖

加掛適配器的高度可以為987.8（810+4 U）mm或者是1 032.25（810+5 U）mm，基于模塊使用功能的要求，最后確定其高度為1 032.25（810+5U）mm，此高度符合人機工程要求，滿足使用要求和功能要求。

4 結束語

通過以上數據分析說明，設計雖然確定了該型測試設備某一滿足度指標，但用一種尺寸規格的產品，卻永遠無法達到所有人的要求。這種情況下，只能靠系列化和可調節性設計，來加以解決，這是此類問題通常的有效解決方案。

[1]馬江彬.人機工程學及其應用[M].北京：機械工業出版社，1993.

[2]丁玉蘭.人機工程學（修訂版）[M].北京：北京理工大學出版社，2000.

[3]袁修干，莊達民.人機工程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.