基于人類功效學的農機產品造型設計初探

羅潤民+王俊發+孫巍巍+王超+張翼

摘 要：我國是傳統農耕國家，農機產品的發明和使用是世界上比較早的，從仰韶文化時期的耒耜的使用，先民們一直用聰明智慧不斷改進農機產品的性能。隨著科技和經濟的發展，人們對農機產品的性能、工作效率、安全性和美觀性等提出了更高的要求。人類功效學原理在農機產品造型設計中的應用，能使農機產品具有與眾不同的特質，也是農機產品差異化競爭的重要手段。

關鍵詞：人類功效學 農機產品 造型 色彩

中圖分類號：F304.3 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2016）12-052-02

人類功效學這門學科出現過多種名稱與概念，不同時期各國專家、學者依據這一學科不同側重點為其下過諸多定義，各國對其有著不盡相同的稱謂：人類工效學、人類工程學、人機工程學、人體工程學、人因工程（學）等等。國際人類工效學學會（International Ergonomics Association，簡稱IEA）于2008年發布了最新定義：是研究系統中人與其他組成部分的交互關系的學科，運用其理論、數據和方法進行設計，應達到系統功效優化及人的健康、舒適的目的。

我國是一個農業大國，很早就發明和使用了農機產品，農業機械現代化是農業現代化的重要保障。進入21世紀，我國在科學技術和經濟建設等方面取得了長足發展，農業機械的制造生產數量以及普及率有了較大程度的提高，農業機械的自動化和協同性等方面也越來越高。最近幾年，我國農機產品的性能質量與歐美發達國家之間幾乎沒有差別，但是我國農機產品在外觀造型上明顯遜于對方，同等性能質量的產品在價格上更是低廉很多，從而造成了我們企業的利潤偏低的不利局面。因此，我們急需重視農機產品的工業設計，把現代先進的設計理念運用到農機產品的設計與制造中去。充分運用人類工效學學科知識，使農機產品具備良好的人機交互環境，既要滿足使用者作業所需的機械功能要求，又要滿足使用者操作起來安全、舒適、便捷等需要，進而減少使用者的身心疲憊和負擔。

一、農機產品簡述

農機產品（即農業機械產品），是指在種植業和畜牧業的生產過程中所使用的所有機械產品，以及在農畜產品初加工和處理過程中所使用的機械產品。據考古發現，我國最早的農機產品是耒耜（耕地器械），發掘于仰韶文化時期；公元前13世紀出現了用于牛耕的銅制犁頭；春秋時期，發掘出大量的鐵質、木質的農機具，它們主要用來耕地、播種、收獲、加工和灌溉等；公元前1世紀的西漢時期，發明了三行條播機具；到了公元9世紀發明了結構非常完備的畜力鏵式犁。

在20世紀初葉，畜力收割機、谷物聯合收獲機等機械相繼出現；1935年，英國的弗格森研制成功了拖拉機的農具懸掛系統，即弗格森系統；40年代起，自走式的谷物聯合收獲機開始普及；到了50年代，先后制造并推廣使用了谷物播種機、割草機和玉米播種機等；到了60年代，水果、蔬菜等農副產品的收獲機械開始迅速發展；從70年代開始，農機產品發展到了自動化階段，這時的農機產品大量應用電子技術，從而監測和控制農機產品的作業過程；進入21世紀，GPS導航定位系統、液壓控制技術、計算機輔助控制技術、紅外線等新技術不斷應用于農機產品，農業機械產品開始朝著人性化、智能化、集成化、多元化的方向發展。

二、農機產品設計案例——玉米根茬收獲機

（一）設計背景

農作物根茬資源的利用是一個世界性課題，從工業開發角度，可以提取木質素，制成具有高燃值的燃料。從農牧業角度，降解分離有用物，提高其作為飼料的功能；美國利用稈茬資源作飼料、手工制品，近年來開始了纖維素乙醇的提煉；日本主要將其作為未來的燃料。

（二）設計分析

長久以來，我國農機產品在設計過程中，大多從功能的實現、結構的可靠性和性能的穩定性等方面來考慮，而對農機產品的外觀造型、人機關系等方面關注不足。從而造成傳統農機產品給人以造型笨拙、工藝粗糙、色彩單調、比例失衡等印象，毫無美感可言。在此，筆者以玉米根茬收獲機作為設計對象，整體效果如圖1所示，仿生犁設計如圖2所示，輔助滾和拾撿滾設計如圖3所示，根茬導板設計如圖4所示，減震機構設計如圖5所示。

在本設計中，犁的設計，以鷹爪和荷葉為原型進行了仿生設計，主要是為了實現根土分離技術。本機器的工作環境是在土壤含水量20%～30%的土壤上作業，犁面上小突起的設計，是為了土壤不會粘到犁上，減少了人員清理犁的時間；拾撿滾的作用是將根茬向前推，然后在輔助滾的配合下，將根茬撿起、后拋至根茬導板；根茬導板的設計主要作業是為了能夠將拾撿滾上的玉米根茬收集到傳送帶上，并可以抖落部分根茬上的泥土；減震機構的設計，主要是為了能夠使機器在路面上平穩地行駛，對拾撿裝置起到了保護作用。

本設計充分利用人類工效學原理和現代設計理念，將功能、美觀、舒適、安全等方面作為重點考慮，改變了人們以往對農業機械的認識，具體創新之處有以下幾點：一是實現了集挖茬、拾茬、清茬、引茬、集茬、側位條鋪于一體的復合玉米根茬收獲工藝；二是仿生犁的設計擺脫了傳統機械鏟粘土的特點，造型仿生鷹爪，功能原理來源于荷葉，可以切斷玉米發達的根須，實現根土分離；三是根茬導板設計，有效地解決了根茬和拾撿滾的分離問題，很好地連接了拾撿滾和傳送帶。

三、結論

從2004年至今，國家連續12年發布以“三農”為主題的中央一號文件，尤其是2015年中央一號文件，明確提出要加快農業現代化的建設。這里就包含了農機產品現代化的建設內容，這種鼓勵發展農機產品的政策對于國內農機產品的設計與制造是非常好的契機，同時，也對農機產品的國際接軌提出了更高的要求。我國農機企業應該抓住機遇，在不斷提高農機產品的性能與質量的同時，更應該切實重視起農機產品的外型設計以及人性化要求，使我國農機產品做大做強，走向國際市場。

[基金項目：2014年黑龍江省大學生創新創業訓練重點項目（編號：201410222008）和黑龍江省教育廳科學技術研究項目（編號：12531662）階段成果。]

參考文獻：

[1] 阮寶湘等.工業設計人機工程[M].北京：機械工業出版社，2010

[2] 張建敏.農機產品的外型設計研究[J].農機化研究，2010（4）

[3] 羅潤民等.人機工程學視角下的農機產品分析[J].藝術科技，2016（10）

（作者單位：佳木斯大學機械工程學院 黑龍江佳木斯 154007）

（作者簡介：羅潤民，佳木斯大學機械工程學院工業設計專業2012級本科生；通訊作者：王俊發，教授，博士生導師，佳木斯大學機械工程學院，主要從事現代農業機械設計與試驗研究。）

（責編：賈偉）