人機工程學(xué)在機械設(shè)計專業(yè)教學(xué)中的切入點思考

陳亮

摘 要：人機工程學(xué)是一種人文精神的體現(xiàn)，是人與產(chǎn)品完美和諧結(jié)合。通過機械設(shè)計具體實例的分析，了解其中所包含的人機工程學(xué)要素，預(yù)測未來的產(chǎn)品設(shè)計面臨的新課題。社會的發(fā)展，技術(shù)的進步，產(chǎn)品的更新等等都與人，機，環(huán)境有密切的聯(lián)系，所以要實現(xiàn)“以人為本”人性化設(shè)計思想，必定以人機工程學(xué)為參照。

關(guān)鍵詞：人機工程學(xué);人性化設(shè)計;以人為本

所謂人機工程學(xué)，是研究人、機及其工作環(huán)境之間相互作用的交叉技術(shù)學(xué)科，人機工程學(xué)的顯著特點是，在認真研究人、機、環(huán)境三個要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和所設(shè)計的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究。在人機工程學(xué)中將這個系統(tǒng)稱為“人——機——環(huán)境”系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中，人、機、環(huán)境三個要素之間相互作用、相互依存的關(guān)系決定著系統(tǒng)總體的性能。

人機系統(tǒng)設(shè)計理論，就是科學(xué)地利用三個要素間的有機聯(lián)系來尋求系統(tǒng)的最佳參數(shù)，滿足人性化設(shè)計的要求。而所謂人性化產(chǎn)品，泛指只要是“人”所使用的產(chǎn)品，都應(yīng)在人機工程上加以考慮。我們可以將它們描述為：以心理為圓心，生理為半徑，用以建立人與物（產(chǎn)品）之間和諧關(guān)系的方式，最大限度地挖掘人的潛能，綜合平衡地使用人的肌能，保護人體健康，從而提高生產(chǎn)率。

因此對于機械設(shè)計學(xué)科而言，人機工程學(xué)與機械設(shè)計是息息相關(guān)的，畢竟兩者都是研究人與機械的學(xué)科。人機工程學(xué)在機械設(shè)計專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以人——機械——環(huán)境系統(tǒng)為對象，以改善操作者的勞動條件和舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適、高效為目標，力求使這個系統(tǒng)的總體性能達到最優(yōu)。現(xiàn)代社會是人與機械的社會，機械設(shè)備與人的生活息息相關(guān)，“一堆冰冷的鋼鐵”是無法滿足現(xiàn)代人精神和文明需要的，因此機械設(shè)計必須以人為本，體現(xiàn)人機協(xié)調(diào)，使用操作方便、舒適，使機械設(shè)備適應(yīng)人的各種生理和心理要求，從而提高工作效率、保障安全、維護健康。

未來的機械設(shè)計將在外觀設(shè)計、人機工程以及室內(nèi)環(huán)境等方面更加注意人性化的發(fā)展。人機工程學(xué)在對人的特性進行詳細研究的基礎(chǔ)上設(shè)定了一系列的設(shè)計準則，因此可以作為切入點，將人機工程學(xué)和機械設(shè)計專業(yè)教學(xué)聯(lián)系在一起：

1）基于人體感官的界面設(shè)計

例如，人的視覺有視角、視野、可視光波長范圍、顏色分辨力、視覺靈敏度、定位錯覺、運動錯覺、視覺疲勞等特性，機械設(shè)備的防護玻璃、儀表板和儀表的設(shè)計就要充分考慮這些特性，使駕駛者能夠得到足夠的視區(qū)，能夠迅速辨認各種信號，減少失誤和視覺疲勞。交通標志的設(shè)計也應(yīng)該采用大多數(shù)人能明辯的顏色和不易產(chǎn)生錯覺的形狀。

2）基于人體形態(tài)的界面設(shè)計

人體在不同的姿態(tài)下工作，全身的骨頭和關(guān)節(jié)處于不同的相對位置，全身的肌肉處于不同的緊張狀態(tài)，心臟負擔(dān)不同，疲勞程度也不同。設(shè)計一臺機器首先要考慮采用什么身體形態(tài)來操縱，選定姿態(tài)后，還要考慮以最舒適的方式對人體進行支撐，并適當?shù)夭贾帽徊僮鲗ο蟮奈恢茫瑥亩鴾p少疲勞和誤操作。例如司機在駕駛汽車的時候采用坐姿，坐椅的設(shè)計要符合人體骨骼的最佳輪廓，儀表的布置應(yīng)在易于看到的地方，操縱桿/板的位置要在人體四肢靈活運動的范圍內(nèi)。

3）基于力特性的界面設(shè)計

人體在不同的姿態(tài)下，用力的疲勞程度不同，操縱機器所需的力量應(yīng)該選擇在對應(yīng)姿態(tài)下不易引起疲勞的范圍內(nèi)。例如轉(zhuǎn)向助力器就是為了減輕操縱力而設(shè)計的。人體在不同的姿態(tài)下最大拉力、最大推力也不相同，例如坐姿下人腿的蹬力在過臀部水平線下方20度左右較大，操縱性也較好，所以剎車踏板就安裝在這個位置上。人體在不同的姿態(tài)使用不同的肌肉群進行工作，動作的靈活性、速度和最高頻率都不相同，例如腿的反復(fù)伸縮具有較低的頻率，而手指則可以用較高的頻率進行敲擊。因此，對應(yīng)不同的操縱頻率應(yīng)采用不同的動作方式來完成。

我們必須理解明白，并且深切的感悟出人體工程學(xué)與機械專業(yè)的相關(guān)性，使我們在產(chǎn)品設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮人和所設(shè)計的產(chǎn)品及他們所處的環(huán)境的協(xié)調(diào)及統(tǒng)一，提高產(chǎn)品與人之間的和諧關(guān)系，盡量滿足舒適和安全的使用要求，以實現(xiàn)“以人為本”的人性化設(shè)計思想，使我們在設(shè)計方面得到了啟迪和發(fā)展。

利用人機工程學(xué)原理來進行機械設(shè)計是社會進步發(fā)展的必然結(jié)果，隨著我國產(chǎn)業(yè)升級和人們對各種導(dǎo)致亞健康的工作環(huán)境的重視，這一趨勢必將勢不可擋。作為未來的中國機械設(shè)計的參與者和主導(dǎo)者，現(xiàn)在的學(xué)生只有充分學(xué)習(xí)并運用人機工程學(xué)原理，才能使機械設(shè)計成為真正以人為本的設(shè)計。符合人機工程學(xué)原理的人性化設(shè)計最實在同時也是最前沿的潮流與趨勢，是一種人文精神的體現(xiàn)，是人與機械完美和諧的結(jié)合，使人性化的設(shè)計真正體現(xiàn)出對人的尊重與關(guān)懷。因此，我們必須加大對人機工程學(xué)原理在機械設(shè)計專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究。

參考文獻：

[1] 《車輛人機工程學(xué)》.毛恩榮 . 張紅 . 宋正河 . 編著. 北京理工大學(xué)出版社

[2] 《人機工程學(xué)設(shè)計應(yīng)用》.嚴揚.編著.中國輕工業(yè)出版社.

[3] 《世界著名設(shè)計公司卷》.蔡軍.徐邦躍.編著.黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社.

[4] 《人機工程學(xué)》.丁玉蘭.主編.北京理工大學(xué)出版社.