人机工程学在人性化煤矿机械设计中的应用探讨

乔杉

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077）

随着科技水平的不断发展，煤矿使用的机械化设备得到了较大的提升，煤矿机电设备逐渐向智能化、复杂化和大型化发展，因此，对操作人员的专业性和操作水平有了较高的要求，在进行煤矿机械设备设计的过程中，如果只考虑机械设备的生产情况，忽视工作环境因素和人工方面的客观因素，在一定程度上会提升操作人员的失误率，影响到设备的使用效果，所以，在开展人机工程学的研究时，要从人机角度出发，真正意义上实现煤矿设备机械化的运用。

1 人机工程学的作用

煤炭是我国主要的能源之一，我国是一个煤炭大国，具备丰富的煤炭储量，进行煤矿开采的机械设备有很多种，煤矿机械设备属于野外作业的重型设备，所以，操作起来比较复杂，且容易受到噪声、振动、油污等因素的影响，同时，所处环境、天气等因素的影响也会造成操作人员的紧张感和疲劳感，工作人员如果长期在此条件下工作，势必会影响到生产效率的提高。以往，煤矿设备在人们心中的印象是体型庞大，外观笨、脏、色彩单调、线条生硬，不易操作、显示装置不够人性化等。随着科学技术水平的提高，现代化的机械设备在进行设计时，对人性化要求日益提高，不仅在造型上、线条上和细节上进行综合考虑，还使工作人员在设备操作过程中得到更好的视觉享受和心理上的舒适，尽量降低操作人员的负担，提高生产效率，减少生产事故的发生。

人机工程学是最近几十年才发展起来的边缘学科，它综合了人体科学、环境科学、安全科学、社会科学、工程技术科学以及技术美学等方面的内容进行研究，利用系统工程的观点，以人的心理和生理特征为依据，研究人和机电设备、人和环境和机电设备和环境之间的关系，从而设计出安全舒适、操作简便以及一机一环境相互配合的系统工程，将人机工程学理论运用到煤矿机电设备操作过程中，不仅可以提高操作人员的工作效率，保证设备安全、可靠运行，还可以使操作人员处于一个舒适、安全的工作环境，一定程度上消除了操作人员由于疲劳和紧张导致的煤矿安全生产事故。

2 人机工程学的应用

人性化煤矿机械设计主要以人机工程学原理为基本原则，另外，利用人机界面学、造型美学、产品语义学和工程技术等原则，将人作为核心部分，创造出“人机环境”为一体的综合系统设计，通过系统的最优选择和最优设计手段，使人与机器设备之间彼此适应，将功能合理进行分配，为操作人员设计出合理、和谐的人机作业环境。人机工程学在人性化煤矿机械设计中的应用主要有以下几个方面。

2.1 人体测量数据在煤矿机械设计中的应用

煤矿作业环境比较特殊，为了更好地设计出符合人生理和心理特征的要求，使操作人员在井下作业期间处于舒适环境以及适宜的环境中，尽可能地减少操作人员的体能消耗，提高实际劳动效率，产品在进行设计阶段就要充分了解煤矿机械设备使用范围和适宜人体操作的各部分尺寸范围，这就要使用到人体测量数据技术。比如，在井下作业时，石门、硐室、巷道、罐笼等尺寸要根据人体数据的第95百分位数为依据，还要考虑到距离机器部件的有效半径和紧急出口的尺寸，一般要根据人体数据的第99百分位数为依据。另外，装载机和铲运机驾驶位置、观察窗的尺寸大小、操作手柄的形状和大小以及维修空间的形式和大小等都要进行设计。在设计时，操纵机构尽量放在人主操作位置上，操纵机构的运动方向也要符合操作人员的作业习惯，这样设计可以保证操作人员的安全效果，比如手柄向左移动时，被操纵的机构也要向左移动。用来操纵的螺旋装置在正常情况下，一般设计为右选螺旋，操纵力的大小也要设计在符合操作人员劳动强度的范围内。在设计操作台、操纵杆、仪表盘时，要根据人体高度进行设计。综上所述，机械设备在进行设计时要根据人们的生理特征和劳动强度的大小进行综合考虑。

2.2 人机界面在煤矿机械中的人性化设计

在煤矿机械操作界面，人机界面是主要设计方向，人机界面可以实现人与机器之间的信息传递和信息交换，是计算机科学和设计艺术学、心理学、人机工程和认知科学的交叉研究领域。由于煤矿机械结构比较复杂，具有较多的动力机构，所以，在操作界面的操作十分频繁。人机界面如果布置过于杂乱，会造成操作人员产生烦躁感。另外，还存在一定的安全隐患。

合理的操作界面美观大方、通俗易懂、操作方便，操作面板是人机操作的主要界面，工作人员可以在操作界面上完成很多工作，在操作面板上可以显示出机械位置和倾斜度方面的信息，可以让操作人员处于一个比较舒适和高效的环境中，操作面板上位置和形式方面的设计可以结合结构的位置进行设计，操作面板定位方面可以结合设备的造型和操作要求进行设计，比如仪器仪表的设计尽量选用不刺激和不反光的暗色调。

2.3 煤矿机械噪声方面的设计

由于煤矿企业工作环境具有的特殊性，其噪声存在于各个生产环节中，且煤矿生产设备噪声源比较多，噪声级别比较高，造成的噪声危害是多方面的。噪声不仅影响到工作人员的正常工作，还可能会诱发多种疾病。在强噪声的影响下，会影响人集中注意力，工作中容易出现失误，大功率的噪声可能会妨碍仪器设备的正常运转，引发安全事故。

2.4 机械造型美在煤矿机械设计中的应用

井下煤矿是一个缺乏色彩的世界，给人带来一种单调感和压抑感，影响了工作人员的生产效率和情绪，可以利用合理的色彩设计来改善井下煤矿的视觉环境，井下使用的煤矿机械设备要选择淡蓝、淡绿或黄黑相间的明快颜色，根据井下工作环境的实际情况选择具有刺激、活跃的鲜明色彩，使工作人员容易辨认。

3 结束语

人机工程学具有易推广、投资少和见效快的优势，将人机工程学原理应用在煤矿机械设备中，不仅能制造出简便省力、性能优越、安全可靠和高效率的煤矿机械设备，还能推动我国煤炭科学技术的进步和安全生产水平，具有重要意义。

［1］谭志.人机工程学在机械设计制造中应用研究［J］.科技展望，2015（34）：50.

［2］潘青.试论人机工程学在机械制造设计中的应用［J］.科技风，2016（06）：27.