人机工程学在工程机械中的应用分析

张宇晖

摘   要：人机工程学是一门集人体科学、劳动科学以及工程技术等学科为一体的综合性学科，是高等教育新兴的学科，将其应用到工程机械中可以通过对机械的系统、任务以及作业环境等方面合理设计，从而提高工程机械的工作效率、工作安全性以及舒适性，获得了良好的应用效果。为此，本文着重分析了人机工程学在工程机械中的实践应用，希望可以进一步推动人机工程学的应用发展。

关键词：人机工程学  工程机械  人-机-环境  应用

中图分类号：TH12                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0026-02

近年来，随着科学技术的不断发展以及高等教育的深化改革，人机工程学获得了较快的发展，已经被广泛的应用在工程机械中，通过科学的作业环境管理和工程机械设计等措施实现工程机械运行系统的最优化，进而有效提高工程机械的工作效率和稳定性。

1  人机工程学概述

人机工程学最早发源于欧洲，并在美国形成具体理论并获得进一步发展，它是一门研究人在生产活动中如何合理、适度的劳动和用力的学科，简称“人机学”。人机工程学的基础研究对象是人-机-环境，通过运用心理学、生理学等有关学科按照人体和机械的工作特点和规律，合理的设计人和机械工作中所承担的职能，实现人-机的有效配合，进而为人营造一个舒适且安全的生产作业环境，实现工作效率最优化[1]。企业产品附加值的提高需要从人机工程学的角度入手，设计并制造出符合人类工作习惯的人性化产品，从而激发消费者的购买欲望。

2  人机工程学在工程机械中的基本应用

伴随人机工程学的发展，在工程机械中，充分考虑人-机-环境这个整体系统的协調，让机器如何适合人的要求，创造更为高效和舒适的工作环境，提升机械产品的整机造形和操作舒适性，提高整机的使用价值和生产效率。使人-机-环境这个整体系统达到最优化，是工程机械的一个发展趋势。

2.1 提高人-机功能的匹配度

工程机械种类繁多，而且有特定的性能指标、结构参数以及人-机关系等，以适应各种用途和作业环境。所以，工程机械在设计和制造的过程中要充分考虑到其实际的作业环境和功能，同时要注意人-机之间的匹配度问题，以此为基础才能设计制造出符合人类操作习惯和规律的工程机械，实现工程机械系统的优化[2]。人机工程学在工程机械中的应用可以通过对工程机械使用者的心理特征和行为特点进行分析，并结合工程机械的工作特点和使用性能等方面，挖掘出人的潜力与工程机械进行完美的匹配。人-机匹配度指的是人的操作特性与机械的工作特性匹配情况，是衡量一个工程机械实用性能的标准。在人-机功能匹配的设计过程中，人是设计主体，机械是按照人的主观意愿制造而成的，是附属品，所以，工程机械的工作特性要以符合人的操作特性为前提。

目前，随着自动化水平的不断提高，人机工程学在工程机械中的应用逐渐改变了以往只考虑工程机械使用性能的思想，逐渐发展为从人、机两方面因素进行考量的新设想，希望可以通过提高工程机械自动化水平、智能化程度等，进一步提高人-机功能的匹配度。

2.2 降低工程机械操作难度

为了迎合工程机械的实际操作人，人机工程学从简化工程机械操作流程、省力、省时等方面入手，有效降低工程机械的操作难度。具体来看，需要工程机械的设计制造者通过合理的安排和规划，在操作空间、操作姿势、操作界面以及仪器显示等具体的介质上实现工程机械与人高度匹配，提高人-机系统的效率[3]。

人-机系统的实际工作效率取决于系统功能的合理分配，简单的说就是按照人和工程机械的特性合理的划分人-机系统的功能，各司其职、协同合作，通过人、机的紧密配合完成工作任务。例如，在设计工程机械的操作平台时，设计人员要通过对人机工程学的深入分析，找到人的工作姿势与操作工程机械之间的最优关系，充分发挥操作者的最大潜能，提高工程机械的操作科学性和合理性，并提升其工作舒适度，减少力量的损失[4]。

3  人机作业环境优化的实际应用分析

人-机作业环境对工程机械的工作效率具有很大的影响，既要保证工作环境的安全、稳定，又要确保人的舒适度，提高人-机系统作业的效率和持久性。从人机工程学的研究内容出发，人-机作业环境的优化主要有操作安全、操作舒适性两个方面[5]。

3.1 工程机械操作安全

人在操作工程机械的过程中，会面临着各种各样的安全隐患，例如夹伤、撞伤、摔伤等，甚至会致残或死亡。因此，工程机械在设计制造的过程中，需要在人机工程学的指导和辅助下，全方位提高工程机械的使用安全性，克服人为操作不当或者意外而出现安全事故。所以，人-机作业环境的优化必须考虑到工程机械的作业环境问题，通过人机工程学的分析，并结合以往的现场作业经验，找到工程机械实际工作中可能发生的安全故障问题，合理的配置人-机系统的功能区域，提前作出应对，减少工程机械安全事故的发生[6]。例如，在汽车的驾驶室内安装自动监控设备和报警系统，并在前后配备红外扫描装置，在遇到障碍物的时候能提前报警，提醒驾驶人及时应对处理。另外，在道路驾驶视野十分有限，车辆通过安装智能制动系统，作出智能判断，自动启动制动操作，降低意外事故的发生概率。

3.2 家用轿车的操作舒适性

伴随我国经济发飞速发展，人民生活水平的不断提高，汽车已经走进千家万户，人们对驾驶汽车的舒适性要求越来越高。人机作业环境优化，座椅、仪表区、前后门、前后盖、前后门把手、遮阳板、顶灯、天窗、储物箱等整车舒适性操作，不但提高了家用轿车的使用安全性，而且提高了操作者的使用舒适性，应用成效良好。

在家用轿车设计制造和使用的过程中，需要将操作的舒适度需求考虑在内，尤其是家用轿车的操作平台和装置等，一定要符合人机工程学的原理，操作装置的位置、大小、运动形态以及操作力度等都要符合人体的构造和特性，要保证操作者的操作过程简单、省力，操作室空间要合理，要保证操作者的工作视野和身体活动范围，提高操作人员的工作舒适性。家用轿车的舒适性开发流程如图1所示。

家用轿车舒适性包括：汽车平顺性、噪声、空气调节性能、乘坐环境及驾驶操作性能等，而整车操作舒适性是指用户在操作时直观的舒适性感受。所有的操作按钮、手柄的位置都是基于驾驶人在座椅的C位来定义调节，保证人舒适操作。

基于市场的反馈，越来越多的家用轿车座椅都设计了腰脱、按摩、通风、加热等功能，已满足客户的个性化需求和操作舒适性。

腰脱操作，可以在长时间驾驶情况下，输出适宜的腰部顶出支撑量及腰部支撑位置，减轻驾驶员的腰部酸疼。

按摩操作，有效地缓解人体长时间保持一个姿势带来的血液循环不顺畅。通過控制充气量来自动调节按摩的力度和时间。

通风操作，就是在座椅上增加通风功能，汽车在炎热的夏天暴晒后温度达到五、六十度情况下，让车内快速降温，比立即启动空调系统降温更环保舒适。

加热操作，就是在车辆点火后，无需等待发动机预热，加热座椅垫，在寒冷的冬天，提高人体舒适度的同时，减少立即开启空调对车辆造成的损伤[7]。

4  结语

总之，人机工程学在工程机械中的应用获得了很好的效果，不但提高了人-机系统的匹配度、降低了操作难度，而且优化了工程机械的操作环境，显著提升了人-机系统的整体性能，从而获得了更高的效益。

参考文献

[1] 黄腾辉，彭宁涛，龙罡，等.人机工程学在机械设计中的应用研究[J].内燃机与配件，2018（6）：227-228.

[2] 乔冬阳.人机工程学在机械设计中的应用研究[J].信息记录材料，2018，19（2）：48-49.

[3] 柳明磊.论工业产品设计中人机工程学应用[J].今日财富，2019（2）：211.

[4] 席志强.人机工程学在机械设计、制造中应用的必然性[J].科技创新与应用， 2017（3）：124.

[5] 陈圆.基于人机工程学的控制室设计研究[J].控制工程， 2019（4）：664-669.

[6] 周凯.人机工程学在人性化煤矿机械设计中的应用[J].内燃机与配件， 2017（9）：124.

[7] 徐全信，任文蕾，石仁杰，等.工业产品设计中人机工程学的应用方向探讨[J]. 数码世界，2019（5）：141.

[8] 龚治人.家用轿车的座椅舒适性研究与应用[D].上海交通大学，2017.