人機工程學在機床設計中的應用

王碩 王萌沈陽機床成套設備有限責任公司

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人機工程學在機床設計中的應用

王碩 王萌
沈陽機床成套設備有限責任公司

摘 要：人機工程學研究在設計人機系統時如何考慮人的特性和能力，以及受機器作業環境條件的限制，在我們的日常生活中，可以說時時處處都存在著人機學問題。本文通過對數控機床產品設計具體使用來說明機床設計中人機工程學因素，文章指出要實現“以人為本”人性化設計思想，必定以人機工程學為參照。

關鍵詞：人體工程學 人受機器 機床設計

隨著機械化、自動化和信息化的高度發展，人的因素在產品設計與生產中的影響越來越大，人機和諧發展的問題也就越來越顯得重要，人機工程學在產品設計的地位與作用愈顯出其的重要性。人機工程學的特點是在認真研究人，機，環境三個要素本身特性的基礎上，不單純著眼于個別要素的優良與否，而是將使用“物”的人和設計的“物”以及人與“物”所共處的環境作為一個系統來研究，在人機工程學中將這個系統稱為“人—機—環境”系統，這個系統中，人，機，環境三個要素之間相互作用，相互依存的關系決定著系統總體的性能，人機工程是科學的利用三個要素間的有機聯系，來尋求系統的最佳參數。

一、機床外形人機工程學應用

在數控機床的發展過程中使用人機工程學的方法研究數控機床的色彩搭配將越來越被設計者重視。從人的瞬間視覺感官分析，相對于機床的外部造型，機床的色彩具有更大的視覺沖擊力,其先于形體進入人的感官。據有研究顯示，人在觀察物體的最初20 秒中，色彩感占80%，形態感占20%；2分鐘之后，色彩占60%，形態占40%；5分鐘之后，色彩與形體各占一半。因此，相對于觀察者，色彩的傳遞速度比形體的傳遞速度更加迅速、強烈。數控車床上多采用區域劃分色彩，可以使操作者清晰的分辨機床各功能區域,方便操作和維修。整體一般采用2種到3種顏色，使得整體感更強。數控車床的整體輪廓設計多采用簡潔直線輪廓，整體穩重大方。

二、顯示板人機工程學應用

顯示面板作為機床人機交流的平臺，其人性化的設計將極大的增強人機信息交流的準確度。通過研究發現，數控系統顯示面板與人的正常視距為46cm～71cm 為宜,視角為19°～31°，顯示面板的位置最好略低于操作者眼睛，位于其下端,上下視線在10°～45°范圍內。以數控車床為例介紹其人性化的設計應用。操作面板下橫置扶手，便于操作者通過拖拽調整其位置以達到最佳的視距范圍；也便于單手操作界面時另一只手自然握持其上，防止在操作過程中顯示面板移動。操作面板向外傾斜20度，便于站立操作時以自然下斜的視線觀察操作面板，操作面板屏幕為霧面屏，表面經過防眩光處理，不刺眼，避免鏡面反光影響視線。紅黃配色的急停按鈕在黑色背景下清晰醒目；黑色磨砂質感的手輪防滑，轉動時脈動清晰細膩，操作者在調節手輪時主要以手部觸摸為主，輪面上圓弧凹槽便于指尖按入，快速搖動手輪；起停按鈕配有顏色符號，配合內藏指示燈，清晰明了、簡潔美觀。界面色彩與圖形合理應用，界面上使用3～5種顏色，以灰色系為主，色彩舒適，對人眼睛的刺激小，避免因視覺疲勞，出現操作失誤；界面各功能模塊的劃分區域最好充分的考慮人的生理和心理特點進行設計，方便操作；界面圖形更加簡潔直觀，使得操作者學習更加容易，使用更加簡單。

三、軟件設計人機工程學應用

（一）色彩與圖形

為了讓界面能更好的進行提示工作，緩解操作者的視覺疲勞，界面上的顏色選擇變成了一個關鍵的問題。一般來說界面上的顏色不會超過3～5種，因為太多的顏色只會讓操作者感覺眼花繚亂，合適的色彩會讓操作者產生舒適感，不會產生視覺疲勞，減少工作中的失誤。因為圖形具有直觀形象的特點，因此可以適當在界面上增加一些圖形來幫助操作者理解。同時界面上的各個功能區的劃分也會對機床的運行產生一定的影響，因此在設計時，應該按照人的生理和心理上的特點進行設計，便于操作。

（二）界面風格

因為一致性的設計系統不僅能夠對操作者的學習有一定的幫助，盡快熟悉數控機床的工作系統，而且還能減少機床操作的出錯率。所以在進行界面設計的時候盡量使得界面的外觀、布局和信息顯示相似。對于操作者來說，數控機床的人機界面大致可以分為監控區、操作區還有工作處理區三個區域。監控區顯示比較集中，操作區就是操作者完成各種操作的區域，而工作處理區是對工件進行裝卸的區域。在結構和功能上這三個區域各自獨立，但是監控區和操作區可以組合成為一個單元，形成控制區，處于一個控制面板中。

（三）工作處理區域

因為現在的數控機床設備是自動加工，因此操作者在工作處理區域主要就是對工件進行裝卡以及觀察工件的加工狀態。數控機床在工作處理區域大多采用的是防護門封閉式的加工形式，這樣的方法不僅使得操作者的安全有了保證，還能有效增強機床的整體感。關于機床門的尺寸問題，首先考慮的便是能否滿足操作者對于裝卡工件的所需功能上的要求，通常是在機床門打開的情況下寬度大于所使用工作臺的寬度。大型數控機床大多采用的是雙開門結構，而小型的數控機床采用的是單開門結構。數控機床的門上都有由玻璃制作的觀察窗，這樣是為了操作者觀察工件的加工進度。不同類型的機床所設計的觀察窗會因為功能的不同而大小各異。比如說主軸運動范圍較大的機床觀察窗就會較大，車床因為需要觀察的加工范圍較小，因此該處的觀察窗就會較小一些。觀察窗主要是根據人體的結構進行設計，為了讓操作者在其視野范圍內更好的觀察機床的運作情況，觀察窗的高度還有大小都要保證人有最好的視野范圍。左右推拉式的機床門是現在數控機床使用最為廣泛的一類機床門，因為這種機床門有利于操作者的手在左右運動時施展推拉力。

四、結束語

由于數控機床的更加人性化的設計風格，使得操作者的應用需求得到滿足，數控機床更加美觀的特性得到了展示。因為該設計是根據人的生理還有心理的特點來對先前的數控機床結構進行調整，因此在該過程中能夠有效的加強人與數控機床的有關設備的信息交流，進而再反饋到環境中，達到“人-機器-環境”三者的和諧發展。

參考文獻：

[1]馮光勇. 人機工程學在機械設計中的應用[J]. 數控機床，2013

[2]李曉天. 人機工程學在汽車設計中的應用[J]. 科技創新，2014