浅析机械设计中人机工程学的应用

田浩天

辽宁省鞍山市现代服务学校 辽宁 鞍山 114000

随着科学技术水平的发展，人们从最早的机械只满足于生产的需求，到现在既要满足生产的需求，还要满足人的“使用”需求。古代机械“设备”的设计与制作主要是考虑能够实现预设的某种运动即可。但现代化的机械设计，不仅仅从机械动力学的发展出发，而是在完成智能化的同时要有一定的操控化。说到底，机械设计的使用出发点是为“人”而服务的。而“人”如何能更好地操控机械呢？这就需要人机工程学来实现。所以我们在做机械设计时，要考虑人机工程学在机械设计中的应用。

1 人机工程学与机械设计的关系

1.1 人机工程学

无论是生产还是生活，人机工程学无处不在。举个简单的例子：一部智能手机，不仅仅要求它的处理速度、使用功能，还要求它的形状、重量，甚至是外形设计的是否好看。人体工程学在生活中应用的就更广泛了。比如公共场所的卫生间门有的设计师设计的是朝里推，有的设计成向外拉。那么，到底哪个更科学呢？当然是向外拉。我们知道，公共场所不容考虑的一个问题就是安全。试想，如果一位客人如厕中突发疾病，强行开门救人时，如果门设计成往内推很容易伤到伤者。所谓人机工程学是指应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，分析人的视觉、听觉、触觉、肤觉等感觉器官的机能特性，探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等[1]。

1.2 人机工程学在机械设计中的影响

由上述不难理解，机械设计更应该考虑人机工程学的应用。机械设计在追求功能的同时，还要以“人”为本。一方面，我们希望能够给使用者简单的操作，另一方面还要考虑使用者的便捷性、安全性以提高生产率及生产质量。这就是我们常说的人性化的设计。毕竟，任何机械设备都是为人服务的。比如数控机械的故障诊断。与一般设备不同，数控机床的故障随时间变化而变化，特别是初期运行时是故障发生的高频率时期。当数控机床发生故障时，除非出现危及数控机床或人身安全的紧急情况，一般不要关断电源，要尽可能地保持机床原来的状态不变，这样可以对出现的一些信号和现象做好记录以备分析研究。那么在这种情况下，我们在设计过程中就应考虑操作者的安全性。小到紧急制动按钮的形状设计大到系统的运行设计，这里面就需要人机工程学。可见，人机工程学在机械设计中存在十分必要。

2 人机工程学在机械设计中的应用

2.1 操作与控制功能性

任何机械设备在设计的最终是由人进行操作并且控制的。因此在设计过程中，要考虑操作者在进行操作与控制指令时的输入是否符合人的个体特征。包括触觉、视觉、听觉甚至是嗅觉。比如任何机械与设备操纵装置的设计，因为它起到控制和调节的作用，所以在设计过程中必须要考虑操作者的体型、力量、人体的动作习惯、生理特点等因素。像操作方向盘，应以人体生物学参数为依据，要考虑它本身的操纵力矩。但是直径尺寸则根据不同设备的需求而进行调整。像汽车的方向盘直径在300～600mm较适合，但车床的方向盘比汽车方向盘远小得多，还要在其上部设计手柄更为适合零件车削与加工操作[2]。

2.2 安全性

所有的机械设备在设计的过程中，无论是结构还是运行都非常注意安全参数。但是很多的设计中都完全关注机械设备本身，而忘记了机械设备的指令输入者——操作人员。人的协调性和生理性特点往往考虑较少。这样就造成操作者为了适应机械设备而做出调整。但人的协调性与生理性有局限，这样一来就会造成操作人员在对机械设备进行操作时出现安全隐患，如疲劳强度。举个简单的例子，一条生产线，每个工人的工位任务是拧螺丝。那么皮带传动的速度设计者就要考虑提高产量的同时还要注意人体本身承受的疲劳，传动过快单位时间拧的螺丝就越多，但工人越容易疲劳；过慢又会降低产量。这叫要求我们在设计机械设备时要充分考虑人体机能的因素。

2.3 环境性

人机工程学通俗地说，就是人、机与环境之间的关系。机械设备在设计过程中必须要考虑环境的需求。比如液压系统液压油的选择，要根据生产设备所处的温度环境而进行选择。但是人在工作环境的条件往往被设计者所忽略。就如刚刚提到的液压油的选择，只考虑温度的变化而不考虑操作者因素是不行的，我们知道，液压系统中液压油是有味道的，而人的嗅觉承受液压油的程度需要设计者去考虑。类似的还有车床在生产环境中的噪音、矿山机械设备在工作环境中粉尘、灰尘等。当然，环境的因素还包括对操作者间接性的影响，也是在机械设计过程中我们所需要注意的。比如设备仪表盘数字的显示、受环境影响光线的考虑等[3]。

3 人机工程学与机械设计未来发展

当然，随着科学技术的发展，每个行业都朝向信息化发展。机械设计越来越趋向于人性化、科技化而发展。我们总能希望用最少的力气（成本）提高最大的生产数量与质量。而操作者是最终的执行者。围绕操作者更好的操作是设计任何一个机械设备必须要考虑的问题。而人机工程学作为一门应用性很强的学科，在各行各业应用非常广泛。未来在机械设计的应用，有多种发展可能。可以向虚拟智能人性化方向发展。现在查询银行卡里的余额，很多银行只需要拨打客服电话，查询者只需语音说“查余额”就可，完全摆脱以前需要动手指的束缚。而人机工程学在机械设计过程中完全可以设想将虚拟现实技术，与“人”的个体相结合，做到真正的人机交融。相信未来有无限可能性。