基于人機工程學的切割機工作臺設計研究

(沈陽鼓風機集團申藍機械有限公司 遼寧 沈陽 110869)

基于人機工程學的切割機工作臺設計研究

那爾振白冬博

(沈陽鼓風機集團申藍機械有限公司遼寧沈陽110869)

人機工程學是正確處理人—產品—環境和諧關系的基本途徑和方法。泡沫切割機作為工業加工、生產、制造的重要設備，由于在整個過程中需要人來進行操作和使用，因此對切割機的工作臺面尺寸、操作按鈕尺寸與形式的設計進行人機分析尤為重要，結合人機工程學人體尺寸的相關理論知識，綜合確定切割機工作臺的精確尺寸，不僅能提高人的工作效率，同時能保證產品的安全可靠性，降低誤操作的發生率。

工業設計；人機工程學；切割機；工作臺

一、切割機工作臺面尺寸布局分析

(一)泡沫切割機基本情況分析。泡沫切割機是用于切割泡沫、海綿等化學工業材料的機器設備，采用激光高溫技術對包括金屬、橡膠、塑料、玻璃在內的多種材料進行切割。其帶有開放式工作臺可方便工作人員進行加工操作，根據電腦控制輸出到達對材料切割的效果。人們在使用切割機時往往是采用站姿進行操作，所以要結合人體站姿尺寸和活動范圍等相關數據進行設計。

(二)工作臺高度尺寸分析。在不計衣著、鞋底厚度等相關因素的情況下，立姿正視、側視手臂活動及手部控制操作合理范圍如圖1所示，圖中粗實線所示區域為最大活動范圍，以人體肩關節為圓心，以臂長為半徑確定的活動區域；細實線所繪區域是以肘關節為中心，前臂長為半徑確定的最有利握取的活動范圍；陰影部分即為手部操作最合理區域。側視圖中細實線所繪區域為人指尖可達做大范圍，而陰影部分即是手部上下操作最合理范圍。圖中所示高度數值按照P50男對應數據進行取值，成人男性身高P50男=1678mm、肩高P50男=1367，結合GB/T16251-1966提供的相關數據和不考慮其他影響因素將工作臺高度取值范圍定為1010mm～1030mm。

(三)工作臺水平尺寸分析。水平工作臺是切割機設計的重要部分之一，關系到人員使用情況，所以也應詳細地進行人機分析。圖2所示為工作水平面內手臂活動及手操作范圍的描述，其中數據均以成年男性P50對應的相關數據進行選取的，圖3為人手臂運動軌跡角度示意圖。

結合兩圖中分別給出了左右手最大活動范圍、一般活動范圍、最佳活動范圍、活動區域角度相關數據，其中最佳活動范圍尺寸長度取值范圍在1190～1200mm之間、寬度取值范圍在330～390mm之間，雙手自如活動角度為60°，在此區間內可保證常用操作流程方便快捷地進行，可將切割機主體工作部件安置于此區域內，將不常用的功能操作控制器放置于手部最大活動范圍內即可，以防止產生誤操作引起的安全隱患，提高工作效率。

圖3 單手或雙手合理活動區域

二、操作控制按鈕人機分析

在設計切割機操作控制按鈕時應根據不同按鈕的功能特性和操作形式進行有效的選擇和確定，只有對操作部件進行科學的人機分析才能提高操作的容易程度，降低誤操作率并保證工作效率。

(一)操作控制器類型和功能特性。操作器可按控制方式、操控運動軌跡及控制功能分為以下3類：1.按操控方式分：手動操縱器、腳動操縱器、聲光控制器等。2.按運動形式分：旋轉式(旋鈕、十字把手、手輪等)，移動式(手柄、推板等)，按壓式(按鈕、按鍵等)。3.按功能類型分：開關式、轉換式、調節式等。

(二)按鈕和旋鈕的形狀、色彩、尺寸分析。1.按鈕和旋鈕的形狀選擇。按鈕常用形狀包括圓柱體、立方體、球體等；旋鈕常用形態有圓柱體、圓臺體等，形狀應盡可能地對它的功能有所表示，便于識別和記憶。所以此切割機設計變壓器調節控制選用形狀為圓柱體的旋鈕；同時電源開關選用四棱柱式的按鈕，這是因為選取此形態不僅可以強調按鈕的功能，而且能與旋鈕形態區分開來，降低誤操作發生。為了防止側滑、便于施力應在按鈕和旋鈕與手部接觸的表面設置紋理，可制成菱形波紋或者壓制滾花。

2.按鈕和旋鈕的色彩選擇。操作裝置的色彩設計是為了使工作人員更加方便、準確地區分各個不同功能的控制鍵，并且能夠使人們快速記憶按鈕或旋鈕的對應功能。操控裝置的色彩選擇應遵循相關標準和原則及被廣泛理解的色彩含義認識習慣。本案切割機的啟閉按鈕色彩采用灰色、而調節旋鈕則選用黑色。

3.按鈕和旋鈕的尺寸分析。按鈕的截面形狀通常為圓形、矩形，其尺寸大小即為截面圓直徑或者是截面矩形長和寬，這些尺寸應與人體手部尺寸數據相符以滿足人們使用需求。由于本次切割機按鈕采用截面為矩形的外觀形態，而且泡沫切割機整體具有一定的大小和體量感，所以選擇截面矩形長和寬分別為20×12mm，即定為按鈕的基本尺寸。

三、切割機整體綜合尺寸

基于以上人機數據的分析研究最終確定切割機最終尺寸，其中工作臺面高度尺寸取值為1020mm，并且需要根據因鞋厚所引起的尺寸變化進行補償，工作人員鞋厚一般約為15mm，因此工作臺面最終高度為1035mm；人在工作平面中手臂最合理活動范圍長度在1190～120 0mm之間、最大活動范圍是1500～1600mm；手臂活動最合理寬度范圍是330～390mm、最大活動范圍是500～600mm，由于工作臺面上還應為機體的放置留下空間所以切割機工作臺面長度為1550mm、寬度為550mm；操作部件按鈕界面矩形尺寸為20×12mm、厚度為15mm，旋鈕的直徑尺寸為40mm、厚度為15mm。

四、結語

人機工程學是任何產品設計的理論依據和數據保障，這里所提到的產品不僅包括了人們日常生活中所用到的產品，也包括在機械加工制造中所需的各類設備設施。在進行切割機設計時應該根據人機工程學所提供的相關數據分別對工作臺面、操作裝置進行綜合的尺寸設計和布局，并應該結合尺寸修正量最終得出最佳的產品功能尺寸。綜上所述切割機尺寸設計和布局的人機工程學分析是極為重要的，只有這樣才能保證切割機各部位零件尺寸和功能最好地符合人們身體比例尺寸和使用需求、習慣，提高人們的工作效率和產品的安全性、降低誤操作的發生率使從業人員輕松舒適地完成工作目標任務，達到人性化的設計原則和體現出以人為本的設計理念。

[1]阮寶湘，邵祥華.工業設計人機工程[M].機械工業出版社，2005.

[2]姜天碩.人機工程學中人體尺寸在高級辦公鍵盤托架中的應用研究[J].設計，2015.

[3]朱濤譯.人體工程學圖解[M].中國建筑工業出版社，2011.

[4]董健.人機工程學在數控機床人性化設計中的應用[D].齊齊哈爾大學，2012.

那爾振(1989-)，男，滿族，遼寧沈陽人，質檢工程師，助理工程師，大學本科，沈陽鼓風機集團申藍機械有限公司，研究方向機械類；白冬博(1989-)，男，漢族，遼寧遼陽人，工藝員，助理工程師，大學本科，沈陽鼓風機集團申藍機械有限公司，研究方向機械類。