人机工程学在军用器材设计时的作用

■ 苌军红 王 飞

人机工程学在军用器材设计时的作用

■ 苌军红 王 飞

人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。它为军用器材设计开拓了新设计思路，并提供了独特的设计方法和理论依据。

1.引言

人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。它的研究和应用为了使机械装置更加适合人体的需要，使其发挥更大的效能。军用器材主要是指武军部队和公安干警在捕歼和执勤过程中使用的防护和辅助器材，包括防护、阻车、观察、探测、军具、攀登等器材。由于军用器材使用者社会职能的特殊性，以及执行任务的危险性，对军用器材的可靠性和功能提出了更高的要求。因此，在军用器材的设计过程中运用人机工程学的理论和方法，将起到事半功倍的作用。

2.人机工程学发展简述

人机工程学的起源可以追述到20世纪初期，作为一门独立的学科已经有50多年历史。第二次世界大战期间，由于战争的需要，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器和器材。但由于片面注重新式武器和器材的功能研究，而忽视了“人的因素”，因而由于操作失误导致失败的教训屡见不鲜。例如，由于战斗机中座舱及仪表位置设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操纵器而导致意外事故；或者由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象经常发生。后来人们研究认识到“人的因素”是设计中不能忽视的一个重要条件，研究的范围也从军事领域开始向非军事领域发展。

上世纪60年代，欧美各国进入了大规模的经济发展时期，由于科学技术的进步，使人机工程学获得了更多的发展机会。随着人机工程学所涉及的研究和应用领域的不断扩大，从事本学科的专家所涉及的专业和学科也就越来越多，主要有解剖学、生理学、心理学、工业卫生学、工业与工程设计、工作研究、建筑与照明工程、管理工程等专业领域。由于人机工程学的迅速发展及其在各个领域中的作用愈来愈显著，从而引起各学科专家、学者的关注。1961年正式成立了国际人类工效学学会，该学术组织已召开十三次国际学术会议，交流和探讨不同时期本学科的研究动向和发展趋势，从而有力推动着本学科不断向纵深发展。

3.人机工程学的应用

人机工程学是一门新兴的边缘学科，它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。用以设计能使操作者发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。军用器材设计是一项综合性的规划活动，同时受环境、社会形态、文化观念、军事效益以及经济效益等多方面的制约和影响，即功能与形式、技术与部队需要的统一。军用器材设计的出发点是人，设计的目的是为了部队更好地完成任务，在设计中应把先进的技术科学和部队执勤、处突的需求完美结合。概而言之，设计的主导思想以人为中心，以更好地完成部队的各项任务为目标，着重研究“物”、“人”和“作战环境”之间的协调关系。

3.1在设计中提供人体尺度参数

人机工程学应用人体测量学、人体力学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数。人体工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体构造尺寸（静态尺寸）和功能尺寸（动态尺寸）。各种机械、设备、设施和工具等设计对象在适合人的使用方面，首先应考虑如何适合于人的形态和功能范围的限度。操作装置都应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应，而且其布置应尽可能设在人操作方便、反应最灵活的范围之内。在设计中所涉及的人体参数的确定都需要大量人体构造和功能尺寸的测量数据。通过对人体机能的全面了解，在军用器材设计中可以增强针对性，使其更符合使用者的生理特征。

部队官兵多为18至40岁的青壮年人，而且在入伍时对身高都有严格要求，其平均身高、坐高、立姿和坐姿的眼高等尺寸与国标中的尺寸有较大差异，应此，在设计军用器材时应单独建立数据库，也可参考解放军现行的人体尺寸标准。军用器材设计中应着重考虑人体尺寸，以防弹衣为例，依据人体体型的不同，应有不同的型号；其次，依据人体的生理结构，在防弹衣的重点防护区域（如心脏附近）加厚防护层，从而在整体上提高防弹衣的防护性能；最后，防弹衣在设计时结构应紧凑，在满足防弹要求的基础上，应尽量选择质地柔软，质量轻便的材料，以利于使用者正常完成战术动作。

3.2为军用器材的功能合理性提供科学依据

如搞纯物质功能的创作活动，不考虑人机工程学的原理与方法，那将是创作活动的失败。以此，如何解决“物”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理、心理机能相协调的“物”，这将是军用器材设计中在功能问题上的新课题。在设计军用器材时，应以人机工程学提供的参数和要求为设计依据。

以头盔设计为例，分为防弹头盔和防暴头盔，由于功能不同，设计时其所用材料也不同，一般执勤和站岗时多用防暴头盔，在设计时，不仅要考虑头盔上的图案应庄严肃目，有一定的威慑力，体现出国威军威，还要考虑到该头盔多用于长时间配戴，对颈部造成较大压力，因而在选材时应尽可能使用强度高、密度小的轻质材料。头盔外形应增大防护面积，合理设计内衬结构，最大限度缓冲乃至消除外界力对使用者头部的伤害。同时头盔应具有一定的通风和保暖功能，适用于使用者不同季节使用。防弹头盔的主要功能用于保障作战人员的人身安全，头盔的防护效果是第一位，同时应注重其隐蔽性和舒适性。

3.3为军用器材设计中考虑“环境因素”提供设计准则。

通过研究人体对环境中各种化学、物理因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程度，确定了人在各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、舒适和高效出发，为军用器材设计中考虑“环境因素”提供了分析评价方法和设计准则。人机系统中人的特性、能力和限制已经有大量测试数据可查。从系统分析角度研究人机系统，在原有设备基本不变的情况下，由于考虑了人的动态特性而进行系统分析，再适当改动设备，就能显著提高工效。

人机系统是在特定环境中进行工作的。环境对人机系统的工作效能有很大影响、人机系统对环境也有具体要求。特别是作为系统主体的人，对工作环境的要求更为苛刻。为了保持系统的高效率、可靠性和持久性，单从不伤害人体的角度来创造环境是不够的，还必须考虑操作者工作的舒适性。军用装备使用者职能的特殊性，决定了其使用环境的复杂性，因此在设计时必须考虑环境因素。不管在何种工作环境，人们最关心的是温度、光照、振动及噪声等几个方面。温度环境包括温度、湿度、风速等因素，人体主观感受的舒适温度与人体主观条件有关。客观标准的舒适度是生理学和医学上认为于人体最适宜的温度：工作时为19~21℃。休息时为25~29℃。标准温度为21--30℃。在“工作温度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又称为“允许温度”。工作环境的光线照度与人的感官疲劳和精神疲劳密切相关。人有舒适度感的基本照度要求是100 ，并且照明光线应均匀，无眩光，光色合适。对于装运设备特别要注意，驾驶室应有遮阳装置，避免太阳的直接眩光，并要避免镜面、台面强反射眩光。人体是一个弹性系统，有自己的振动特性，人的各个器官也有自己的振动频率。振动会使人不舒适，降低人的视觉和操作效率，增多失误，尤其发生共振时，可能造成人体疾患。研制产品时，要通过测试检查，并在设备结构和元件上采用隔振、吸振和缓冲减震等装置，避免达到生理临界范围的机械振动和将冲击传至人体。噪声会使听力下降，注意力不易集中，反应迟钝，容易疲乏，不仅使工作速度受到影响，而且会降低工作质量。如果噪声级超过85dB，将会危害人的神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统，产生神经衰弱和高血压等病症。所以，设计产品时必须考虑降噪问题。在设计军器材时可采取如下几项措施：①采用能够吸收噪声的材料和结构，尽量吸收一些噪声能，降低噪声；②利用隔声板、隔声罩、隔声管道和消声器等坚实的材料或装置隔离噪声传播的通路，控制噪声；③对于振动较严重的噪声源，可采用弹簧、橡胶和气垫等元件减少振动力的传递或者在振动表面覆盖以阻尼材料，降低噪声辐射率。

3.4为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序

军用器材关系到部队的战斗力，关系到武军部队官兵的生命安全，其意义十分重大。在设计过程中必须坚持以人为本的思想。一项优良的设计必然是人、环境、技术、经济、文化等因素巧妙平衡的产物。为此，要求设计时能够在各种制约因素中，找到一个平衡点。一般说来，人机系统要反复试验和使用才能逐渐完善。人机系统中，操纵人员是人机系统中的主体，设计和运用人机系统时应当充分发挥人在人机系统中的能动和主导作用。设计人员要和操纵人员密切配合，使人机系统达到要求的性能和指标，同时保证操纵人员操纵简便、安全舒适和提高系统工效。从人机工程学和军用器材设计的共同目标来评价，判断最佳平衡点的标准，就是在设计中坚持以“人”为核心的主导思想。以“人”为核心的主导思想具体表现在以各项设计均以人为主线，将人机工程学理论贯穿于设计的全过程。产品设计分为规划阶段、方案设计、技术设计、总体设计和加工设计五个阶段。在设计的各个阶段，都必须进行人机工程学设计，以保证产品使用功能得以充分发挥。人机工程学等新兴学科的迅速发展和广泛应用，也必然会将军用器材设计的水准推到一个崭新的高度。

4.结束语

综上，人机工程学为军用器材设计开拓了新设计思路，并提供了独特的设计方法和理论依据。在军用器材设计过程中应用人机工程学的知识，必将设计出更适合部队官兵使用，能大大提升战斗力的新产品。

1.丁玉兰.人机工程学. [M]北京理工大学出版社，2000

2.毛敏，喻翔．人机工程学中界面技术的发展分析[J］．人类工效学，2003.3

3.王熙元．人机工程学的研究对象[J］．东北大学学报，2001.10

4.马泽群．浅析工业设计中的人机工程学[J］．成都纺织高等专科学校学报，2003.1

（作者单位：总装备部驻晋某军事代表室）