人機工程學起重機械設計研究

李健 張登

摘要：隨著社會科技的不斷進步，大型工程越發凸顯其重要性，工程機械也隨之快速發展。但是，從工業設計的角度來看，物流工程相關的機械設計往往更注重技術上的研發而忽略了人機關系。本文將從人機工程的角度分析當前起重機械存在的設計缺陷和不足，并給出適當的符合人機工程學的建議。

關鍵詞：工程機械；起重機械；人機工程學；色彩與造型；人機界面；人機智能系統

一、色彩和形態關系的應用原則

1.色彩的應用原則隨著社會的發展和民眾審美的提高，起重機械在色彩上也發生了巨大的改變，從之前的沉重色調（例如灰色、灰黑色）變為現在常見的活潑色調（如明黃色、乳白色）。由于設計技術的巨大進步，起重機械的加工工藝隨之改變，形態也逐漸輕量化、簡單化。機械也不再是從前只會不斷工作運行的冰冷機器，而是有著情感的、表達著不同特色的人類伙伴。到現今，例如起重機械的色彩不再僅僅只是一兩種專屬的顏色，設計師全面考慮機械的結構、用途、功能、使用地域，采用或穩重或輕盈或高雅的色彩與造型協調一致。在色彩的應用上，最首要的便是色彩與整體機械的功能相一致。通過色彩的不同結合方式產生的視覺效果，會給人帶來不一樣的視覺體會，會直接影響人心理狀態，情緒的起伏和工作效率。通過對色彩三種要素（明度、純度、色相）的有序組合，達到與色彩心理學預期的效果狀態。例如通過明度的調節（黑變成白）使得產品的整體或者局部會產生凸起或下凹的視覺體會，通過色相的調節（如紅變成綠），可以使產品意象有截然不同的表現（如紅燈停綠燈行）。在產品的整體造型中來看，色彩的應用更加側重整體協調的特性。但是，在局部或者特殊部位則可能需要差別大的色彩應用，以達到區域劃分，防止誤判的效果。最后，色彩的應用應該體現出人文關懷，產品應該富有生氣和特性，而不只是冷冷的機器。

2.形態的應用大多數的機械設計最初的靈感來自大自然。因此，仿生設計的理念被設計師大量的應用，最早的起重機械就是通過模仿自然界的動物形態造就的，但是這只能算的上是模仿而不是仿生。真正意義的仿生最本質的特點是創新而不是模仿。模仿是一種“照著干”的思維方式，創新是另一種獨立的思維思維方式[4]。在對產品形態的設計中，產品的功能應放在首要的位置，也只是因為產品的功能才能夠衍生出產品的形態，這一點我們可以從動物的身上輕易看到（如啄木鳥的喙、食蟻獸的吻）。在實際的操作的過程中，我們要避免繁瑣機構的產生，避免幾何形式出現，要化繁為簡，突出產品功能，同時要注意將人機關系和諧融入，即機器適應人的同時把機器打造成跟人有著共同情感的物體。

二、人機界面原則

人機界面是指系統中的人、機、環境之間的相互作用的區域。通常人機界面有信息性界面。工具性界面和環境性界面等。人機系統一旦建立，人機界面便會隨之產生。在人機界面交互系統中，人一般是作為主動的一方，信息通過產品界面作用于人體感受器官，然后人體感受器官將信息轉化到人體大腦，在大腦中經過綜合、分析、判斷，最后做出決策，之后在通過人體器官做出相應的反應。由于人機交互中視覺、聽覺、觸覺都相應參與其中，因此，將人機界面顯示主要分為視覺顯示、聽覺顯示和觸覺顯示。為合理解決人機交互界面設計，我們需要將上述三種顯示的特征及其設計原則進行明確分析。

1.視覺顯示的特征及其設計原則通過對于人體視覺器官的了解，我們可以得出以下視覺特征：（1）眼睛一般先看到水平方向的物體，后看到垂直方向的物體；（2）視線的變化習慣于從左到右，從上到下的順時針方向運動；（3）人眼對水平方向尺寸和比例的估計準確率大于對垂直方向尺寸和比例的估計；（4）兩眼的運動總是協調的；（5）人眼對直線輪廓比對曲線輪廓更容易接受；（6）顏色對比與人眼辨色能力有一定關系。如人從遠處辨認顏色時，容易辨認的順序是紅、綠、黃、白等等。基于上述的視覺特征，我們可以得到大致的視覺顯示的設計原則，根據不同作業方式和作業環境，可以得出人體對于視覺顯示的要求是否需要嚴格精確。例如儀表板的顯示界面中哪一部分需要精確讀數（數字儀表盤）那一部分需要明細信息變化（指針儀表盤）等。通過簡單通俗的符號形式，信息顯示方式以及信息顯示位置等達到對信息的快速識別、信息記憶、信息主次劃分的目的，避免錯誤信息識別下產生的錯誤操作。

2.聽覺顯示的特征及其設計原則聽覺是人體在接收外界信息時的又一重要特征，聽覺有著相應的物理特征：（1）人的聽覺有著特定的聲音頻率范圍；（2）有著特定的聲音動態范圍；（3）有著特定的方向靈敏度；（4）一個聲音會被另外一個聲音掩蓋的現象。聽覺顯示一般被應用于提示裝置、警報裝置上。作為提示裝置聽覺顯示應該清晰明確，例如機械按鈕的反應提示音。警報裝置的聽覺顯示應有突出強調的功能，應該避免其他信息的干擾，引起人的注意，并強制使人接受。例如機器運行中的故障提示，機器工作過程中對于工作范圍內人員的警報提示等。

3.觸覺顯示的特征及其設計原則在實際的機器操作過程中，觸覺是直接作用于機器的，因此，觸覺操作的正確與否直接干系著人員安全與否和作業順暢與否。觸覺操作的區分主要在于不同形狀的表現，不同形狀的操縱裝置可以直接表示出操作動作的特征，例如，把手上的手指形狀傳給使用直接“握”的信息。不同的操縱裝置要有不同的操作方式，因此，在觸覺顯示設計時應根據操縱裝置的使用頻率來設計合理的形狀，這一性狀不僅要滿足人體作用器官（手、腳等）的生理構造，還應在設計中考慮不同體態、人種、環境下的普遍適應率。例如挖掘機的踏板應首先滿足人體腳部的生理構造，確定好大致形狀，然后結合人體尺寸百分數和具體作業環境進行尺寸調整。此外，還要考慮腳踏誤踩等因素。

三、作業崗位與作業空間設計原則

作業崗位指人作業時的姿勢，分為坐姿、立姿、坐立姿交替。作業空間指人體在作業狀態下的空間活動范圍。設計作業崗位時應該遵循人體舒適性原則，必須考慮作業者動作的習慣、規律、節奏等特性，相應的操作裝置也應滿足之前提到的界面設計原則，盡量避免工作崗位上的無關性設計，根據不同的操作要求設計出不同的作業崗位，例如，不同場合下的起重機對于駕駛員的作業崗位要求不同，因此，需要設計不同事業區域的駕駛艙。操作的活動范圍也應該符合國家標準設計和人體尺寸百分位數。視覺顯示端作業崗位的設計應注重人體姿勢與視覺顯示端的相對一致性，例如，眼——屏界面設計首先要滿足人的視覺特點，即從人體軸心線至視屏的最大距離范圍，俯首角度的范圍，顯示器的可調節范圍，以此來達到保護人眼、防止疲勞的目的；手——操縱裝置界面設計應滿足操縱裝置的活動范圍應在人體上臂與前臂活動的最適區域內。此外，可以增加一些適當的裝置來輔助緩解疲勞等不利人體因素產生。