试论人机工程学在机械制造设计中的应用

摘 要：科技的不断发展，为机械设计与制造行业带来机遇的同时也带来了挑战，在此背景下，将人机工程学应用于机械制造设计领域会为机械制造设计增添一丝生机。与只注重产品设计的传统理念不同，人机工程学更注重综合考虑经济、环保等多方面因素，制定科学合理的计划设计出高效、安全的机械产品。本文将详细讨论人机工程学的含义及其在机械制造设计中的应用。

关键词：人机工程学；机械设计；功能分配

人机工程学是考虑到人和机器的因素，将各项功能充分发挥最大价值的一门综合学科。机械制造中应用人机工程学，不仅能够创造安全、舒适的工作环境，而且能够发挥出人和机器的最大价值，使机械制造设计的产品更加科学化、合理化、安全化。

1 人机工程学的含义

人机工程学是一门结合物理学、人力力学、生理学等多门学科知识的学科，它起源于欧洲，形成和发展于美国。人机工程学把人—机—环境系统作为研究的基本对象，在人体生理特点和行为习惯、听觉、视觉等感官机能特征、不同环境下人的生理和情绪变化以及疲劳机理等方面进行研究，综合考虑人和机器的条件和要求，合理分配各项功能，进而创造安全、舒适的工作环境，最大限度的发挥人与机器的价值。

2 人机工程学在机械设计与制造中应用

2.1 设计中要考虑操作者使用或维修的便捷性

操控性强、效率高、信号源少是机械设计的基本方针，这也为机械的操作和维修提供了便利，实现机械便捷的初衷。如在进行机械车床操作台的设计时，操作台的高度要适中，不能过高或过低。操作台过高时，身高较低的技术人员很难操控；操作台过低时，不仅技术人员难以操控，还可能会造成设备的拥挤，导致设备使用年限缩短，维修难度增加。此外，机械车床的标牌和指示刻度也应当设计在合理位置，这将有助于技术人员进行检查和调整。

2.2 设计中要考虑工作环境的舒适性

有资料表明，环境因素往往会对人的情绪产生影响，如果工作环境恶劣，那么人的工作效率就会下降。人机工程学的研究重点就是要提高人和机械的工作效率，排除对人和机械产生影响的环境等因素。如工作者处于一个噪音很大的环境，那么他将会出现听力下降、心理焦虑、注意力不集中等不好的现象，降低工作效率的同时也使其身体出现异样。环境的温度和湿度同样会影响工作者的工作效率，冬天温度为18摄氏度至25摄氏度，湿度为30%至80%；夏天温度为23摄氏度至28摄氏度，湿度为30%至60%时工作者的体能和精力最旺盛，工作效率也最高。环境明亮程度对人的工作效率也有影响，光线太强容易造成工作者的眼科疾病，光线太暗不利于机械的制造与检查。此外，明亮欢快的色彩也会提高人的工作效率。国外曾进行过类似的实验：将工厂周围环境涂成明亮色彩，员工的工作效率就能提升5%-15%；适当增加或降低车间内的明亮程度，员工的工作效率提升10%-30%；在车间安装空调，并适当调整车间湿度，员工的工作效率提升了15%-25%。因此，人机工程学在机械设计制造上的应用将提高工作环境的舒适度，最大限度的提升工作效率，使人与机械的最大价值得到充分发挥。

2.3 设计时要考虑机械产品的安全性

机械制造设计时应注重机械良好的性能，更应注重机械的安全性，并应制定相应的安全防护措施。机械的安全性可分为两类：一类是保证机械的使用安全，另一类则是保证操作人员的人身安全。前者应通过制定相应规范、进行特别声明等方式，防止机械出现错误操控、超载、电流过载等现象的发生，如在机械设计时增加超载报警器，电路设计时增加电流过载保护器等。后者则应为机械设计人员所重视，毕竟人的生命安全重于一切。提升此类安全性的措施有增加防护装置、将操作台移至安全区域等。如车床的绝缘外壳、汽车上的安全气囊等。

2.4 设计时要考虑人机功能分配的协调性

人机功能分配良好的协调性也是机械制造设计时应关注的一个重点。如果仅考虑技术能力、经济能力和材料的性能，那么设计出来的机械产品只能说是性能较好的机器，并不会与人具有良好的协调性，也就不会有人购买和使用。笔者认为，影响人机功能分配协调性的因素主要有两个：一是在机械制造设计时错误的以机械为主体，未考虑人的因素，进而出现了机械设备先进，但却与人协调性较差的现象。二是随着科技的发展，人们越来越关注自身的生理状态，因此机械设计还应满足人生理特点的需求。人机功能的分配经历了劳动者——工具、操作者——机器、监控者——自动机器和监督者——智能机器等时期。在未来机械制造设计中，设计人员不仅需要将机械设计知识应用其中，还应当融入物理学、生理学等知识，综合考虑影响人和机器工作效率的各个因素，对预发情况进行模拟，在提升人和机器工作效率方面寻求最佳点，即保证人的高效率，又保证机器的高效率，将需要完成的各项功能合理分配给人和机器，实现人机功能分配具有良好的协调性的目标。如在进行机械制造设计时应考虑每个人的行为习惯不同，身体弯弓时推力最大，提拉重物时重心会下降，同时在机器控制方面还应考虑人体反应时间，提高机器的安全性。

3 结语

无论科技如何发展，时代如何变迁，机械制造设计始终是以服务人类为宗旨。因此，在机械设计中仅考虑机械产品效率的做法是错误的，机电一体化只是今天科技发展的成果，并非机械设计的最巅峰，人机结合才是机械设计的最终目标。人机工程学在机械制造设计中的应用势必会提升机械行业的竞争力，最大限度的发挥机械的功能，推动经济和科技的进一步发展。

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作者简介：潘青（1992-），邵阳学院，男，汉，本科，研究方向：机械设计机制。