基于人机工程学的切割机工作台设计研究

(沈阳鼓风机集团申蓝机械有限公司 辽宁 沈阳 110869)

基于人机工程学的切割机工作台设计研究

那尔振白冬博

(沈阳鼓风机集团申蓝机械有限公司辽宁沈阳110869)

人机工程学是正确处理人—产品—环境和谐关系的基本途径和方法。泡沫切割机作为工业加工、生产、制造的重要设备，由于在整个过程中需要人来进行操作和使用，因此对切割机的工作台面尺寸、操作按钮尺寸与形式的设计进行人机分析尤为重要，结合人机工程学人体尺寸的相关理论知识，综合确定切割机工作台的精确尺寸，不仅能提高人的工作效率，同时能保证产品的安全可靠性，降低误操作的发生率。

工业设计；人机工程学；切割机；工作台

一、切割机工作台面尺寸布局分析

(一)泡沫切割机基本情况分析。泡沫切割机是用于切割泡沫、海绵等化学工业材料的机器设备，采用激光高温技术对包括金属、橡胶、塑料、玻璃在内的多种材料进行切割。其带有开放式工作台可方便工作人员进行加工操作，根据电脑控制输出到达对材料切割的效果。人们在使用切割机时往往是采用站姿进行操作，所以要结合人体站姿尺寸和活动范围等相关数据进行设计。

(二)工作台高度尺寸分析。在不计衣着、鞋底厚度等相关因素的情况下，立姿正视、侧视手臂活动及手部控制操作合理范围如图1所示，图中粗实线所示区域为最大活动范围，以人体肩关节为圆心，以臂长为半径确定的活动区域；细实线所绘区域是以肘关节为中心，前臂长为半径确定的最有利握取的活动范围；阴影部分即为手部操作最合理区域。侧视图中细实线所绘区域为人指尖可达做大范围，而阴影部分即是手部上下操作最合理范围。图中所示高度数值按照P50男对应数据进行取值，成人男性身高P50男=1678mm、肩高P50男=1367，结合GB/T16251-1966提供的相关数据和不考虑其他影响因素将工作台高度取值范围定为1010mm～1030mm。

(三)工作台水平尺寸分析。水平工作台是切割机设计的重要部分之一，关系到人员使用情况，所以也应详细地进行人机分析。图2所示为工作水平面内手臂活动及手操作范围的描述，其中数据均以成年男性P50对应的相关数据进行选取的，图3为人手臂运动轨迹角度示意图。

结合两图中分别给出了左右手最大活动范围、一般活动范围、最佳活动范围、活动区域角度相关数据，其中最佳活动范围尺寸长度取值范围在1190～1200mm之间、宽度取值范围在330～390mm之间，双手自如活动角度为60°，在此区间内可保证常用操作流程方便快捷地进行，可将切割机主体工作部件安置于此区域内，将不常用的功能操作控制器放置于手部最大活动范围内即可，以防止产生误操作引起的安全隐患，提高工作效率。

图3 单手或双手合理活动区域

二、操作控制按钮人机分析

在设计切割机操作控制按钮时应根据不同按钮的功能特性和操作形式进行有效的选择和确定，只有对操作部件进行科学的人机分析才能提高操作的容易程度，降低误操作率并保证工作效率。

(一)操作控制器类型和功能特性。操作器可按控制方式、操控运动轨迹及控制功能分为以下3类：1.按操控方式分：手动操纵器、脚动操纵器、声光控制器等。2.按运动形式分：旋转式(旋钮、十字把手、手轮等)，移动式(手柄、推板等)，按压式(按钮、按键等)。3.按功能类型分：开关式、转换式、调节式等。

(二)按钮和旋钮的形状、色彩、尺寸分析。1.按钮和旋钮的形状选择。按钮常用形状包括圆柱体、立方体、球体等；旋钮常用形态有圆柱体、圆台体等，形状应尽可能地对它的功能有所表示，便于识别和记忆。所以此切割机设计变压器调节控制选用形状为圆柱体的旋钮；同时电源开关选用四棱柱式的按钮，这是因为选取此形态不仅可以强调按钮的功能，而且能与旋钮形态区分开来，降低误操作发生。为了防止侧滑、便于施力应在按钮和旋钮与手部接触的表面设置纹理，可制成菱形波纹或者压制滚花。

2.按钮和旋钮的色彩选择。操作装置的色彩设计是为了使工作人员更加方便、准确地区分各个不同功能的控制键，并且能够使人们快速记忆按钮或旋钮的对应功能。操控装置的色彩选择应遵循相关标准和原则及被广泛理解的色彩含义认识习惯。本案切割机的启闭按钮色彩采用灰色、而调节旋钮则选用黑色。

3.按钮和旋钮的尺寸分析。按钮的截面形状通常为圆形、矩形，其尺寸大小即为截面圆直径或者是截面矩形长和宽，这些尺寸应与人体手部尺寸数据相符以满足人们使用需求。由于本次切割机按钮采用截面为矩形的外观形态，而且泡沫切割机整体具有一定的大小和体量感，所以选择截面矩形长和宽分别为20×12mm，即定为按钮的基本尺寸。

三、切割机整体综合尺寸

基于以上人机数据的分析研究最终确定切割机最终尺寸，其中工作台面高度尺寸取值为1020mm，并且需要根据因鞋厚所引起的尺寸变化进行补偿，工作人员鞋厚一般约为15mm，因此工作台面最终高度为1035mm；人在工作平面中手臂最合理活动范围长度在1190～120 0mm之间、最大活动范围是1500～1600mm；手臂活动最合理宽度范围是330～390mm、最大活动范围是500～600mm，由于工作台面上还应为机体的放置留下空间所以切割机工作台面长度为1550mm、宽度为550mm；操作部件按钮界面矩形尺寸为20×12mm、厚度为15mm，旋钮的直径尺寸为40mm、厚度为15mm。

四、结语

人机工程学是任何产品设计的理论依据和数据保障，这里所提到的产品不仅包括了人们日常生活中所用到的产品，也包括在机械加工制造中所需的各类设备设施。在进行切割机设计时应该根据人机工程学所提供的相关数据分别对工作台面、操作装置进行综合的尺寸设计和布局，并应该结合尺寸修正量最终得出最佳的产品功能尺寸。综上所述切割机尺寸设计和布局的人机工程学分析是极为重要的，只有这样才能保证切割机各部位零件尺寸和功能最好地符合人们身体比例尺寸和使用需求、习惯，提高人们的工作效率和产品的安全性、降低误操作的发生率使从业人员轻松舒适地完成工作目标任务，达到人性化的设计原则和体现出以人为本的设计理念。

[1]阮宝湘，邵祥华.工业设计人机工程[M].机械工业出版社，2005.

[2]姜天硕.人机工程学中人体尺寸在高级办公键盘托架中的应用研究[J].设计，2015.

[3]朱涛译.人体工程学图解[M].中国建筑工业出版社，2011.

[4]董健.人机工程学在数控机床人性化设计中的应用[D].齐齐哈尔大学，2012.

那尔振(1989-)，男，满族，辽宁沈阳人，质检工程师，助理工程师，大学本科，沈阳鼓风机集团申蓝机械有限公司，研究方向机械类；白冬博(1989-)，男，汉族，辽宁辽阳人，工艺员，助理工程师，大学本科，沈阳鼓风机集团申蓝机械有限公司，研究方向机械类。