浅谈人机工程理论对农机产品设计的影响*

2022-09-03马君芹

南方农机 2022年17期

马君芹

（江苏省灌云中等专业学校，江苏连云港 222200）

随着科技水平与经济的不断发展，农机用户在实际操作中对于农机产品的需求也在不断提升，尤其是在产品的安全、效率以及使用性能等方面。因此，研发高性能的农机产品对推动我国农业的现代化发展以及乡村振兴战略均具有重要意义。随着全球经济一体化的深入推进，科学技术水平是一个国家国际竞争力的重要元素之一。因此，在现代化农机产品设计中，设计人员需要将人机工程理论与农机的设计巧妙结合，通过人性化、科技化的创新改良，进而提升我国农机产品设计的整体技术水平，满足科技时代的现代化需求。

1 人机工程理论概述

1.1 人机工程理论

人机工程学是一门研究人体测量、人体力学以及劳动生理学等一系列内容的综合性学科。该门学科主要以人体结构为基础，对人体不同部分的机能、尺寸以及面积等与机械工程中人力劳动的关系进行研究，形成人体的结构特征参数[1]。在机械工程中，人体对机械劳动的适应能力具有一定的范围，因此合理设置人机之间的配合参数，能够较好地提升人机工程的效率。

1.2 人机工程理论的显著特点

人机工程理论的研究不同于传统的人力机械研究，在传统的机械工程中，技术人员通常将人力与机械的性能分开研究。而人机工程理论，提倡在人机配合的过程中，要综合考量人、机械以及环境多元化的关系，利用先进的科学技术加以创新，从而实现人、机、环境三者之间的有机结合。并且，人机工程理论指出人、机械以及环境三者的影响对于工程的开展同样重要，在农机设计中需要综合考虑三者之间的内在联系，最终通过不断改良而形成最优的方案。因此，在当前农机设计的背景下，利用人机工程理论能够较好地处理机械工程中的分工问题、配合问题以及操作问题等，能够较好地拓宽当前的农机设计思路，对于我国人机工程的发展具有重要的战略意义。

1.3 人机工程发展前景

随着科技的快速进步，在未来的人机工程发展中，势必会更加注重人与机械之间的有机结合，更加侧重设计理念的革新，使整体的人机设计不断向更为广泛的领域拓展。在现代科技的发展中，人机工程已经逐渐向虚拟技术、互联网络等数字化领域发展。在未来的人机工程市场里，无论是小型的科技农机产品还是大型的农机设备，都将在人机协调关系上达到极致，使得机械的操作方式更为优化。同时，以人机工程为依托设计的产品，在结构的设计以及界面的布置上都将满足绝大多数消费者的需求。总之，中国未来利用人机工程制造的产品将在设计的各个环节实现全面革新，凭借出色的设计外观、高效的使用效率等优势屹立在世界的科技前沿，将人与自然、科技与应用完美结合[2-3]。

2 人机工程理论在现代农业产品设计中的应用

在现代农机产品发展中，人机工程理论与农机产品的设计有着密切的关系，如图1所示。在农机产品设计过程中，设计人员需要以人的身体特征作为产品设计的必要条件，对一些具体的数据进行约束。同时，设计的标准要以人的正常操作为依托，使产品的使用更加贴近的人的使用习惯，进而提升农机产品的舒适性与高效性。

图1 人机工程理论与农机产品设计的联系

2.1 “智慧”农机促进粮食增收

近年来，为了深化农业改革，促进我国农业综合实力的提升，国家大力推进科技发展，将农机产品的研发摆在了重要位置。农业相关部门紧紧围绕农机装备技术升级这一主线，深挖产业潜能，不断创新农机制造的核心技术，打造了具有中国农业特色的智慧农机发展模式。以北大荒集团为例，相关统计数据显示，2021年该集团农作物播种面积高达4 500余万亩，粮食总量超过230亿kg。在农机方面，该集团的农机机械水平高达99.7%，能够实现施肥、育种等多个流程的同时运行，极大地提升了产量，充分发挥了智慧农机的优势。近年来，在智慧农机的推动下，我国又在农业领域推出基于北斗导航的智能化农机管理体系，极大地提升了农机的使用效率，为未来农机的发展奠定了坚实基础。

虽然当前我国智慧农机发展迅速，但是仍然存在提升空间。未来，国家将在农机设计领域继续创新，合理分配材料资源，推动农机产品与现代信息技术的充分融合，进而使我国农机的整体设计水平能够在现有基础上突破瓶颈，走在世界农机发展的最前列[4]。

2.2 以“微农机”助力农业提质增效

我国地大物博，拥有广袤的土地资源，农机的发展具有庞大的市场。但是，受到地形地貌的影响，很多大型农机无法用于一些丘陵、盆地等特殊地形的农业生产。因此，我国便积极发展微农机产品，以推动国内全域的农业协同发展。在具体的微农机推广中，国家提倡对农机产品的设计要分类型但不分区域，对不同品种的农业产物进行分类制作，进而满足农业产业发展的需求[5]。同时，为了提升对于微农机的设计动力，近年来国家颁布了很多惠民政策，为农机产品及配套设施的设计生产提供了强大的动力。例如山地玉米收割机、棉花采摘机等，都是在结合实际环境条件的情况下设计生产的，极大地促进了我国各区域农业的均衡发展。

在农机产品使用过程中，农机操作需要与配套设施形成合力方能发挥最大能力。在我国农机的设计中，国家不仅提倡设计者要紧密结合地形地貌，使农机切合地势特点。同时，还提倡设计者与相关部门或企业进行联系，及时合理地改造地势，例如农田连片、高标准农田等等，使地势满足机械的设计要求。这样可以有效改善农机的通行条件及使用效率，极大地提升产量。另外，在农机设计中，国家还提出可以对农作物的品种进行改良，通过改进品种、种植方式等，使农作物能够与农机的使用相匹配，最大程度提升农作物的质量与数量[6]。

3 人机工程理论对农机产品设计的影响

3.1 对操作人员的影响

在农机产品的使用中，操作人员的操作方式对农机的使用效率具有重大影响。正是如此，农机产品的设计直接关乎操作人员使用的舒适程度、心理状态等。目前，我国农民的数量巨大，很多农民由于受教育程度较低，对于农机的使用通常会选取简单容易操作的产品，因此农机的设计要充分与使用者的诉求相融合，才能最大程度提升产品的使用效率。在农机产品的设计中，设计者要坚持简单易懂的设计原则，对于危险部位要尽量隔离，防止误操作出现安全事故。另外，农机产品的设计说明书也要简单易懂，尽量不要出现专业术语或者生僻字，这些都会影响操作人员的认知与使用。在设计理念上，农机的构图要充分结合操作人员的平均身体尺寸，将体重、环境等多方面元素都考虑在内，这样才能真正发挥农机产品的性能[7]。

3.2 对农机设备的影响

1）对农机产品操纵器设计的影响。随着科学技术的不断进步，现代农机产品的设计已经开始实现与电子技术、信息技术的融合，以保障农机产品使用人员的舒适度和安全性。自动化的操纵器在使用中，能够极大地降低操作者的劳动强度，减少操作的时间，对于农作物的增收具有重要作用。因此多功能的农机操作器已经成为当前以及未来农机需要探索的重要方向。例如，在现代飞机使用过程中，操作室会存在一个复合型的操作杆，飞行员利用此操作杆便能够实现多种复杂飞行变向；现代汽车的方向盘周围会存在多个功能按钮，驾驶员利用这些按钮便能够在日常驾驶中对各种功能进行开关。因此，复合型的农机结构设计将成为未来农机产品发展的重要趋势[8]。

2）对农机产品显示设计的影响。在人机系统中，显示装置是各部分操作的外在表达，是机械使用的重要组成部分。操作中，使用人员利用显示器能够快速掌握使用情况以及相关信息，对于农机的正确使用与效率提升具有重要作用。目前，我国的农机产品仪表均以显示为主，仪表的外观形状通常分为圆形、方形或者多边形，以满足不同生产作业的需求。利用人机工程理论进行农机产品显示设计，能够有效提高使用者的使用效率，同时还能够满足市场对于产品研发的需求。再者，在人机工程理论的指导下，市面上的农机产品显示设计均采用较为整齐排列排版，以适应人的视觉需求，凸显了人机之间的巧妙结合。

3）对农机产品安全性的影响。在农机产品设计中，安全性能的好坏直接影响使用者对产品的使用。利用人机工程理论对农机产品的安全性能进行设计，需要在设计环节突出对各类因素的安全分析，使操作者能够在使用时尽量减少误操作。因此，结合人机工程理论的内容，设计者在农机产品的设计中要以人性化为前提，展现人机之间的结合。例如，在水稻插秧机的设计中，当前仍然有很多农机产品未实现人机的有效匹配。借助人机工程理论，设计者如果在插秧机的顶部设计遮阳板，在底部设置挡泥板，这样不仅能在烈日下正常开展工作，同时在雨天也能够正常操作，不影响操作效率。因此，利用人机工程理论调整农机产品的设计，可以在提升农机产品使用舒适度的同时，增强安全性能[9]。

3.3 对农机使用环境的影响

在农机产品的设计中，很多设计者只是从产品的使用、生产以及舒适度入手，忽略了产品在不同环境中使用的差异性。以人机工程理论为基础，设计者需要针对环境对农机产品使用时造成的影响，进行有效的产品设计，从而使农机产品能够适应各类特殊的环境。例如，在一些道路较为颠簸的地区，设计者在农机产品设计中要充分考虑产品使用过程中的强度，通过提升产品的强度，适应土地的不同硬度；在一些温度较低、风沙较大的地区，设计者同样要结合人机工程理论的内容，对产品进行有针对性的改造设计，以期实现人、机、环境三者的有机结合[10]。