人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計、制造中應(yīng)用的必然性

席志強(qiáng)

摘 要：人機(jī)工程學(xué)分析了人和機(jī)器之間的關(guān)系，將融合其中的功能最好的發(fā)揮出來，屬于一門價值綜合型的學(xué)科內(nèi)容，在機(jī)械制造中應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的概念，能夠為人們創(chuàng)造出十分安全且舒適的工作環(huán)境，且能夠?qū)⑷撕蜋C(jī)器的最大價值發(fā)揮出來，提升機(jī)械制造和設(shè)計出產(chǎn)品的科學(xué)性、合理性和安全性。

關(guān)鍵詞：人體工程學(xué)；機(jī)械設(shè)計；機(jī)械制造；必然性

前言

隨著社會進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)處于不斷創(chuàng)新的階段，很多只是向企業(yè)提供的機(jī)器本身工作效率的機(jī)械產(chǎn)品和市場需求出現(xiàn)了矛盾，企業(yè)工人的需求開始朝向人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械上運(yùn)用的實(shí)際狀況，分析機(jī)械設(shè)計是否可以滿足工人的情緒需求、能力需求和操作習(xí)慣等。工人希望其操作的機(jī)械設(shè)備不需要付出太多的體力勞動，且確保操作者可以保持持續(xù)性且飽滿的精神。

1 人機(jī)工程學(xué)概述

就工程學(xué)發(fā)展的角度分析，人機(jī)工程學(xué)實(shí)際上是一門交叉性質(zhì)的學(xué)科內(nèi)容，其整個學(xué)科的范圍已經(jīng)涵蓋了工程學(xué)范圍、心理學(xué)范圍和力學(xué)范圍等，建立在人體工程學(xué)基礎(chǔ)上的深入分析，由此確保實(shí)現(xiàn)人、機(jī)和外部環(huán)境三者之間的良好協(xié)調(diào)和分配。就機(jī)械設(shè)計的角度來看，整個設(shè)計過程實(shí)際上是系統(tǒng)性的工程，就設(shè)計者的角度分析，整個設(shè)計過程中需要針對不同的設(shè)計元素進(jìn)行充分考慮分析，例如，分析工作環(huán)境、分析機(jī)械設(shè)備自身和實(shí)際的工作強(qiáng)度等因素。隨著智能化技術(shù)的不斷創(chuàng)新，當(dāng)前機(jī)械設(shè)計的諸多項目中，人本設(shè)計的理念得到了良好的推廣和應(yīng)用。就實(shí)用性的角度分析，機(jī)械設(shè)計的實(shí)際目的是為了有效提升項目作業(yè)的實(shí)際效率，由此可見，設(shè)計者需要關(guān)注人機(jī)工程學(xué)發(fā)展的有關(guān)理論內(nèi)容，注重理論應(yīng)用于實(shí)踐的適應(yīng)性。

2 機(jī)械設(shè)計制造中需要考慮到的人體機(jī)能系統(tǒng)

就機(jī)械設(shè)計制造的過程分析，需要考慮的因素很多，例如，需要分析使用者的神經(jīng)系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)和運(yùn)動系統(tǒng)等，以上也都是人機(jī)工程學(xué)發(fā)展的重要影響因素。

2.1 人體神經(jīng)系統(tǒng)

人體中的大腦中樞功能運(yùn)轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)在對不同種類信息的獲取和整合，做好信息的處理，中樞功能表現(xiàn)為對獲取的各類信息進(jìn)行整合與處理，由此能夠及時的應(yīng)對外部環(huán)境的刺激，基于以上分析，研究人員針對機(jī)械設(shè)備設(shè)計的時候，需要避免產(chǎn)品實(shí)際反映速度太快，避免人腦的反應(yīng)比不上機(jī)械反應(yīng)速度的情況，除了以上考慮，研究人員還需針對人腦的記憶功能進(jìn)行合理分析和利用，由此來有效提升研發(fā)產(chǎn)品的實(shí)際工作效率。

2.2 人體感覺系統(tǒng)

就生理學(xué)研究的角度分析，人體內(nèi)涵蓋了很多的感覺神經(jīng)，諸多的感覺通道都各自對應(yīng)了不同的場合，例如，視覺通道主要是為了向外部傳達(dá)信息；聽覺通道的作用主要是為了獲取外部的信息。就機(jī)械設(shè)計的研究人員來看，產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計的過程中需要關(guān)注人體的實(shí)際感覺，注重使用者的感受，針對人的視力范圍和聽力范圍進(jìn)行思考，確保產(chǎn)品設(shè)計的科學(xué)性和合理性。

2.3 人體運(yùn)動系統(tǒng)

運(yùn)動系統(tǒng)的主要職能是為了確保不同動作和勞動的完成，機(jī)械設(shè)計需要考慮到骨關(guān)節(jié)和肌肉強(qiáng)度，例如，肢體運(yùn)動過程中需要分析肢體的運(yùn)動范圍和出力強(qiáng)度，分析運(yùn)動的速度等。

3 人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計、制造中應(yīng)用的必然性

3.1 便于操作、觀察與維護(hù)

工廠操作中，需要實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-環(huán)境協(xié)調(diào)，如果處理不好人機(jī)關(guān)系，會顯著影響到員工的工作效率，例如，機(jī)具太低的話，工人工作要彎腰，不僅很容易疲勞且會給員工帶來不好的身體影響，導(dǎo)致駝背。如果照明不好，影響員工視力和工作效率。因此應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)有助于將部件合理安排和擺放，有助于員工的日常操作、觀察和維護(hù)。應(yīng)用的原則是為了更加簡便，減少操作位置和修理位置的數(shù)量，需要保障操作部件的位置、大小和力度方向和一般人身材基本特征的適應(yīng)性。不同類型的部件操作需要顯著區(qū)分開，信號顯示的形式也要有差異。駕駛員與汽車之間是十分典型的人機(jī)關(guān)系。汽車駕駛室的內(nèi)部布置需要符合駕駛員的視野范圍，確保乘坐舒適和安全，方向盤和座椅的位置、坐墊到腳踏板之間的距離都需要符合人機(jī)工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境

如果工人的工作環(huán)境比較舒適，其身體可能不會發(fā)生很大的疲勞，精神可能也會保持十分愉悅的狀態(tài)，間接的影響到工作效率。由此可見，人機(jī)工程學(xué)十分關(guān)注實(shí)際環(huán)境對于個人工作效率和身體健康的影響，例如，噪聲污染問題。就實(shí)際的生產(chǎn)生活來看，人們經(jīng)常受到噪聲的實(shí)際苦惱，很多噪聲可能聲音不太大，但是也能給人帶來很多的煩躁。溫度和濕度對于人的影響也是很大的，高溫很容易使人分散注意力，操作準(zhǔn)確性降低，協(xié)調(diào)能力變?nèi)酢８鶕?jù)調(diào)查研究顯示，夏季溫度控制在18℃～24℃，冬季溫度控制在17℃～22℃，這樣員工的工作效率較高。

3.3 提供安全防護(hù)

安全防護(hù)的內(nèi)容包含兩點(diǎn)，第一，采取針對性措施避免操作失誤的產(chǎn)生，良好防護(hù)機(jī)器運(yùn)行。操作的失誤可能來自于外部因素或者內(nèi)部因素，由此產(chǎn)生很多誤動作，也可能是因為操作者自身的因素發(fā)生了失誤。可以采取的措施包含設(shè)置避免超載的安全裝置，自動鎖緊裝置、控制開關(guān)等。第二，針對操作者自身實(shí)施的安全防護(hù)措施，例如，行走的車輛為了保障駕駛員的人身安全，已經(jīng)設(shè)置出防翻滾駕駛臺、防震座椅等。人身防護(hù)關(guān)系到的安全技術(shù)很多，例如，構(gòu)件可靠性技術(shù)、有限損壞技術(shù)等；除此之外，報警系統(tǒng)、防護(hù)罩、擋板等設(shè)備的應(yīng)用效果都不錯。

3.4 提升人機(jī)功能分配的協(xié)調(diào)性

人機(jī)功能分配的協(xié)調(diào)性是機(jī)械設(shè)計制造過程中需要關(guān)注的重要內(nèi)容，不能只是簡單的考慮到技術(shù)能力、經(jīng)濟(jì)能力、材料的性能，避免設(shè)計出來的機(jī)械產(chǎn)品只注重性能，忽視了設(shè)備和人之間的協(xié)調(diào)性，降低了人們的購買率和使用率。經(jīng)過分析，筆者認(rèn)為，人機(jī)功能協(xié)調(diào)性的主要影響因素包含以下兩點(diǎn)，第一，機(jī)械制造和設(shè)計的過程中片面的將機(jī)械作為主體，忽視了人的因素，由此產(chǎn)生了機(jī)械設(shè)備十分先進(jìn)但是人協(xié)調(diào)性很差的情況。第二，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們更多的關(guān)注自己的生理情況，機(jī)械設(shè)計需要滿足人們的生理需求。就未來機(jī)械設(shè)計制造的發(fā)展前景來看，設(shè)計人員可能不僅要分析機(jī)械設(shè)計知識，還需不斷學(xué)習(xí)相關(guān)的物理學(xué)知識、生理學(xué)知識和人體工程學(xué)等知識，綜合全面的分析人和機(jī)器工作效率的各方面因素，良好的模擬很多預(yù)發(fā)情況，良好的選擇人和機(jī)器工作效率之間的一個最佳點(diǎn)，提升人的高效率，同時保障機(jī)器運(yùn)行的高效率。將工作項目和機(jī)械的實(shí)際功能良好的分配到人和機(jī)器上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)的合理分配，提升機(jī)械運(yùn)行效率。例如，對機(jī)械設(shè)計制造的過程中需要考慮到不同人的行為和操作習(xí)慣，分析身體彎弓時產(chǎn)生的實(shí)際推力，提重物的時候人們的身體重心會顯著下降，機(jī)器控制上還需考慮到人體實(shí)際的反應(yīng)時間，確保機(jī)械運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)束語

不管科學(xué)技術(shù)未來的發(fā)展怎么樣，時代都將是隨著科學(xué)技術(shù)不斷變遷的，機(jī)械制造設(shè)計的全程目標(biāo)都為了良好的服務(wù)人們，因此機(jī)械設(shè)計和制造的過程中不能只是一味的思考機(jī)械運(yùn)行的效率，需要關(guān)注機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢，將人機(jī)工程學(xué)的理念運(yùn)用在設(shè)計中，實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的最終目標(biāo)。人機(jī)工程學(xué)理論融合機(jī)械設(shè)計和制造過程中，肯定會給機(jī)械行業(yè)帶來新的競爭環(huán)境，提升行業(yè)競爭力，由此良好實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計的功能，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]盧小菊，劉英林.淺談人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動化，2013，03：165-166.

[2]劉世豪，杜彥斌，郭志忠.基于人機(jī)工程學(xué)的數(shù)控機(jī)床耦合仿生優(yōu)化設(shè)計方法研究進(jìn)展[J].河北科技大學(xué)學(xué)報，2015，03：232-239.

[3]劉濤，陳明.基于人機(jī)工程學(xué)的數(shù)控機(jī)床設(shè)計與分析[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2014，11：49-52.

[4]張銳，羅剛，張強(qiáng)，等.人機(jī)工程學(xué)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)的教學(xué)探索[J].教育教學(xué)論壇，2014，41：119-121.

[5]程東東，翟華，王永成，等.安全人機(jī)工程學(xué)主動設(shè)計方法研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，06：9-12.