人机工程学在机械设计专业教学中的切入点思考

陈亮

摘 要：人机工程学是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐结合。通过机械设计具体实例的分析，了解其中所包含的人机工程学要素，预测未来的产品设计面临的新课题。社会的发展，技术的进步，产品的更新等等都与人，机，环境有密切的联系，所以要实现“以人为本”人性化设计思想，必定以人机工程学为参照。

关键词：人机工程学;人性化设计;以人为本

所谓人机工程学，是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科，人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人——机——环境”系统。这个系统中，人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。

人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数，满足人性化设计的要求。而所谓人性化产品，泛指只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑。我们可以将它们描述为：以心理为圆心，生理为半径，用以建立人与物（产品）之间和谐关系的方式，最大限度地挖掘人的潜能，综合平衡地使用人的肌能，保护人体健康，从而提高生产率。

因此对于机械设计学科而言，人机工程学与机械设计是息息相关的，毕竟两者都是研究人与机械的学科。人机工程学在机械设计专业领域的应用，以人——机械——环境系统为对象，以改善操作者的劳动条件和舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适、高效为目标，力求使这个系统的总体性能达到最优。现代社会是人与机械的社会，机械设备与人的生活息息相关，“一堆冰冷的钢铁”是无法满足现代人精神和文明需要的，因此机械设计必须以人为本，体现人机协调，使用操作方便、舒适，使机械设备适应人的各种生理和心理要求，从而提高工作效率、保障安全、维护健康。

未来的机械设计将在外观设计、人机工程以及室内环境等方面更加注意人性化的发展。人机工程学在对人的特性进行详细研究的基础上设定了一系列的设计准则，因此可以作为切入点，将人机工程学和机械设计专业教学联系在一起：

1）基于人体感官的界面设计

例如，人的视觉有视角、视野、可视光波长范围、颜色分辨力、视觉灵敏度、定位错觉、运动错觉、视觉疲劳等特性，机械设备的防护玻璃、仪表板和仪表的设计就要充分考虑这些特性，使驾驶者能够得到足够的视区，能够迅速辨认各种信号，减少失误和视觉疲劳。交通标志的设计也应该采用大多数人能明辩的颜色和不易产生错觉的形状。

2）基于人体形态的界面设计

人体在不同的姿态下工作，全身的骨头和关节处于不同的相对位置，全身的肌肉处于不同的紧张状态，心臟负担不同，疲劳程度也不同。设计一台机器首先要考虑采用什么身体形态来操纵，选定姿态后，还要考虑以最舒适的方式对人体进行支撑，并适当地布置被操作对象的位置，从而减少疲劳和误操作。例如司机在驾驶汽车的时候采用坐姿，坐椅的设计要符合人体骨骼的最佳轮廓，仪表的布置应在易于看到的地方，操纵杆/板的位置要在人体四肢灵活运动的范围内。

3）基于力特性的界面设计

人体在不同的姿态下，用力的疲劳程度不同，操纵机器所需的力量应该选择在对应姿态下不易引起疲劳的范围内。例如转向助力器就是为了减轻操纵力而设计的。人体在不同的姿态下最大拉力、最大推力也不相同，例如坐姿下人腿的蹬力在过臀部水平线下方20度左右较大，操纵性也较好，所以刹车踏板就安装在这个位置上。人体在不同的姿态使用不同的肌肉群进行工作，动作的灵活性、速度和最高频率都不相同，例如腿的反复伸缩具有较低的频率，而手指则可以用较高的频率进行敲击。因此，对应不同的操纵频率应采用不同的动作方式来完成。

我们必须理解明白，并且深切的感悟出人体工程学与机械专业的相关性，使我们在产品设计过程中应充分考虑人和所设计的产品及他们所处的环境的协调及统一，提高产品与人之间的和谐关系，尽量满足舒适和安全的使用要求，以实现“以人为本”的人性化设计思想，使我们在设计方面得到了启迪和发展。

利用人机工程学原理来进行机械设计是社会进步发展的必然结果，随着我国产业升级和人们对各种导致亚健康的工作环境的重视，这一趋势必将势不可挡。作为未来的中国机械设计的参与者和主导者，现在的学生只有充分学习并运用人机工程学原理，才能使机械设计成为真正以人为本的设计。符合人机工程学原理的人性化设计最实在同时也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现，是人与机械完美和谐的结合，使人性化的设计真正体现出对人的尊重与关怀。因此，我们必须加大对人机工程学原理在机械设计专业教学中的应用研究。

参考文献：

[1] 《车辆人机工程学》.毛恩荣 . 张红 . 宋正河 . 编著. 北京理工大学出版社

[2] 《人机工程学设计应用》.严扬.编著.中国轻工业出版社.

[3] 《世界著名设计公司卷》.蔡军.徐邦跃.编著.黑龙江科学技术出版社.

[4] 《人机工程学》.丁玉兰.主编.北京理工大学出版社.