人机工程学在机床设计中的应用

2016-02-23王硕王萌沈阳机床成套设备有限责任公司

消费导刊 2016年1期

王硕王萌沈阳机床成套设备有限责任公司

人机工程学在机床设计中的应用

王硕王萌
沈阳机床成套设备有限责任公司

摘要：人机工程学研究在设计人机系统时如何考虑人的特性和能力，以及受机器作业环境条件的限制，在我们的日常生活中，可以说时时处处都存在着人机学问题。本文通过对数控机床产品设计具体使用来说明机床设计中人机工程学因素，文章指出要实现“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：人体工程学人受机器机床设计

随着机械化、自动化和信息化的高度发展，人的因素在产品设计与生产中的影响越来越大，人机和谐发展的问题也就越来越显得重要，人机工程学在产品设计的地位与作用愈显出其的重要性。人机工程学的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，人机工程是科学的利用三个要素间的有机联系，来寻求系统的最佳参数。

一、机床外形人机工程学应用

在数控机床的发展过程中使用人机工程学的方法研究数控机床的色彩搭配将越来越被设计者重视。从人的瞬间视觉感官分析，相对于机床的外部造型，机床的色彩具有更大的视觉冲击力,其先于形体进入人的感官。据有研究显示，人在观察物体的最初20 秒中，色彩感占80%，形态感占20%；2分钟之后，色彩占60%，形态占40%；5分钟之后，色彩与形体各占一半。因此，相对于观察者，色彩的传递速度比形体的传递速度更加迅速、强烈。数控车床上多采用区域划分色彩，可以使操作者清晰的分辨机床各功能区域,方便操作和维修。整体一般采用2种到3种颜色，使得整体感更强。数控车床的整体轮廓设计多采用简洁直线轮廓，整体稳重大方。

二、显示板人机工程学应用

显示面板作为机床人机交流的平台，其人性化的设计将极大的增强人机信息交流的准确度。通过研究发现，数控系统显示面板与人的正常视距为46cm～71cm 为宜,视角为19°～31°，显示面板的位置最好略低于操作者眼睛，位于其下端,上下视线在10°～45°范围内。以数控车床为例介绍其人性化的设计应用。操作面板下横置扶手，便于操作者通过拖拽调整其位置以达到最佳的视距范围；也便于单手操作界面时另一只手自然握持其上，防止在操作过程中显示面板移动。操作面板向外倾斜20度，便于站立操作时以自然下斜的视线观察操作面板，操作面板屏幕为雾面屏，表面经过防眩光处理，不刺眼，避免镜面反光影响视线。红黄配色的急停按钮在黑色背景下清晰醒目；黑色磨砂质感的手轮防滑，转动时脉动清晰细腻，操作者在调节手轮时主要以手部触摸为主，轮面上圆弧凹槽便于指尖按入，快速摇动手轮；起停按钮配有颜色符号，配合内藏指示灯，清晰明了、简洁美观。界面色彩与图形合理应用，界面上使用3～5种颜色，以灰色系为主，色彩舒适，对人眼睛的刺激小，避免因视觉疲劳，出现操作失误；界面各功能模块的划分区域最好充分的考虑人的生理和心理特点进行设计，方便操作；界面图形更加简洁直观，使得操作者学习更加容易，使用更加简单。

三、软件设计人机工程学应用

（一）色彩与图形

为了让界面能更好的进行提示工作，缓解操作者的视觉疲劳，界面上的颜色选择变成了一个关键的问题。一般来说界面上的颜色不会超过3～5种，因为太多的颜色只会让操作者感觉眼花缭乱，合适的色彩会让操作者产生舒适感，不会产生视觉疲劳，减少工作中的失误。因为图形具有直观形象的特点，因此可以适当在界面上增加一些图形来帮助操作者理解。同时界面上的各个功能区的划分也会对机床的运行产生一定的影响，因此在设计时，应该按照人的生理和心理上的特点进行设计，便于操作。

（二）界面风格

因为一致性的设计系统不仅能够对操作者的学习有一定的帮助，尽快熟悉数控机床的工作系统，而且还能减少机床操作的出错率。所以在进行界面设计的时候尽量使得界面的外观、布局和信息显示相似。对于操作者来说，数控机床的人机界面大致可以分为监控区、操作区还有工作处理区三个区域。监控区显示比较集中，操作区就是操作者完成各种操作的区域，而工作处理区是对工件进行装卸的区域。在结构和功能上这三个区域各自独立，但是监控区和操作区可以组合成为一个单元，形成控制区，处于一个控制面板中。

（三）工作处理区域

因为现在的数控机床设备是自动加工，因此操作者在工作处理区域主要就是对工件进行装卡以及观察工件的加工状态。数控机床在工作处理区域大多采用的是防护门封闭式的加工形式，这样的方法不仅使得操作者的安全有了保证，还能有效增强机床的整体感。关于机床门的尺寸问题，首先考虑的便是能否满足操作者对于装卡工件的所需功能上的要求，通常是在机床门打开的情况下宽度大于所使用工作台的宽度。大型数控机床大多采用的是双开门结构，而小型的数控机床采用的是单开门结构。数控机床的门上都有由玻璃制作的观察窗，这样是为了操作者观察工件的加工进度。不同类型的机床所设计的观察窗会因为功能的不同而大小各异。比如说主轴运动范围较大的机床观察窗就会较大，车床因为需要观察的加工范围较小，因此该处的观察窗就会较小一些。观察窗主要是根据人体的结构进行设计，为了让操作者在其视野范围内更好的观察机床的运作情况，观察窗的高度还有大小都要保证人有最好的视野范围。左右推拉式的机床门是现在数控机床使用最为广泛的一类机床门，因为这种机床门有利于操作者的手在左右运动时施展推拉力。