论人机工程学与机械工程

　　摘要：通过介绍人机工程的应用技术，论述人机工程学在机械工程中的应用以及如何应用。凸显了人机工程学在机械工程中的重要性。

　　关键词：人机工程学；机械工程；人性化设计

　　中图分类号：F8文献标识码：A文章编号：1672-3198(2010)06-0314-02

　　作者：殷彩玉

　　0前言

　　人机工程学是一门运用系统科学理论和方法，正确处理人、机、环境之间的关系，研究人――机――环境系统相互作用及最优组合的工程技术科学。其研究的对象是人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；其研究的内容是人和机器及环境之间的相互作用；其研究的目的是提高工作效率，保证人的健康、安全和舒适性等问题。

　　机械设计是一项极其复杂的工程，在设计过程中不仅需要设计人员考虑机械的材料、力学、温度、工作环境、工作强度和频率等因素外，还要求充分考虑人――机――环境之间的关系。因而人机工程学在机械工程领域，扮演着非常重要的角色。人们在设计机械产品的时候会因为所设计的作业空间的不同，颜色、温度、亮度等因素考虑角度的不同，对人的作业效能和作业疲劳等方面考虑的不同，使同一种机械产品在工作中产生不同的效果。这些效果可能表现在工作效率的不同，工作者安全的保障与否，工作者工作时间的长短差异等等。因此，在机械工程中，我们一定要综合考虑人、机、环境三者之间的关系，不仅要注重工作效率，还要注重作业人以及环境。

　　1人机工程学的应用技术

　　人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。通过人机工程学的研究与应用，可为机械设计中考虑“人”的因素提供人体尺寸参数；为机械设计中考虑“物”的功能合理性提供科学依据；为机械设计中考虑“环境”因素提供设计准则；为进行人、机、环境系统设计提供理论依据。

　　1.1人体尺度在机械工程中的应用

　　为了使各种与人体尺度有关的设计对象能符合人的生理特点，让人在使用时处于舒适的状态和适宜的环境之中，就必须在设计中充分考虑人体的各种尺度。在进行各种机械、设备、设施和工具等的设计时，首先要考虑的问题就是如何使它们适合于人的形态和功能的范围的限度。例如，所有的作业动作都必须在人的肢体活动所能及的范围之类，其高低位置必须与人体相应部位的高度位置相适应；同时还要考虑将其布置在人操作方便，反应最灵敏的范围之内。其目的是为了提高设计对象的宜人性，让使用者能够安全、健康、舒适、高效率的工作，从而有利于减少人体的疲劳和提高人机系统的效率。

　　人体不同部位的尺寸在机械设计中扮演着不同的角色，现举一些人体主要尺寸的应用原则：

　　(1)肘部高度：对于确定柜台、梳妆台、厨房案台、工作台、以及其他站着使用的工作表面的舒适高度，肘部高度数据是必不可少的。通过科学研究发现，最舒适的高度是低于人的肘部高度7.6cm。休息平面的高度大约应该低于肘部高度的2.5-3.8cm。

　　(2)大腿厚度：这是设计柜台、书桌、会议桌、课桌、家具及其他一些室内设备和为人们提供座位的设备的关键尺寸。要是大腿和大腿上方的物体有一定间隙。

　　(3)立姿垂直手握高度：可用于确定开关、控制器、拉杆、把手、书架以及衣帽架等等的高度。

　　以上只是列举了一部分。在设计过程中要充分考虑人体的各种尺寸，使设计出来的产品让人用着舒服，并尽量减轻人的疲劳感；同时还要注重工作效率的提高。

　　1.2人体机能的应用

　　人主要有9个子系统，其中与外界直接发生联系的主要有三个系统，即感觉系统、神经系统和运动系统。人在人机系统中作用过程大致如图1。

　　图1由图可知，要使系统有效运行，要求人体各部位协调工作。感觉器官感受外界的信息；大脑理解和决策信息；运动器官执行相应的动作。

　　1.2.1感觉系统

　　不同的感觉通道有不同的适应场合。例如视觉通道适合传递比较复杂或抽象的信息，比较长或需要延迟的信息，与空间方位、空间位置有关的信息等；听觉通道传递比较复杂的信息，短的或无需延迟的信息，与时间无关的信息，快速响应的信息等；触觉通道适合非常简明的、需要快速传递的信息，经常用受触摸的机器或装置的场合等。

　　当我们的信息用视觉通道传递时，我们设计机械装置时，要综合考虑人的视角与视力，视野与视距，中央视觉和周围视觉，色觉与色视野，暗适应和明适应等各方面的因素。例如眼睛沿水平方向运动比沿竖直方向运动快而且不宜疲劳；视线的变化习惯从左到右，从上到下；颜色对比与人眼也有一定关系，所以危险等信号标志都用红色。

　　当信息用听觉通道传递时，要综合考虑声音的频率，动态范围，人耳的方向敏感度，掩蔽效应等。同时，还要注意考虑人耳的安全。

　　1.2.2神经系统

　　通过感觉通道传入的信息，在大脑中枢进行复杂的处理。大脑处理信息的速度以及对信息的记忆活动等都具有很重要的意义。对于人脑反应的速度，我们在设计产品的过程中不能使之快于人脑的速度。同时，我们又要充分利用人脑的记忆功能，进行复杂只能活动的能力，来合理设计，从而提高效率，创造价值。

　　1.2.3运动系统

　　运动系统是人体完成各种动作和从事生产劳动的器官系统。骨的功能，各种关节的活动范围，肌肉的强度与力度等，都是我们设计机械器件时应该考虑的。例如关节必须处在一定的舒适调节范围内。对于肢体的运动，要考虑肢体的出力范围，运动范围，动作速度与频率等。

　　因此为了使操作者可以灵活、方便、快捷地执行动作，我们要考虑被操作对象的空间与操作者肢体所能及的范围的关系，完成工作所需要的力与操作者可以提供的力之间的关系等。

　　2环境因素的影响

　　在机械设计中经常要考虑的环境因素很多，如温度、湿度、照明、噪声、振动、粉尘、风力及有毒物质等；随着人类生产活动领域的扩大，影响因素还有失重、超重、异常气压、加速度及电离辐射等。设计者必须全面考虑各种条件和要求，将环境因素和人的因素与机器的所要达到的要求结合起来进行综合分析和决策，求得正确的解决方案。

　　3结束语

　　综上所述，现代机械工程的设计阶段要充分考虑人机工程学原理，进行人性化的设计。综合考虑环境因素，人的因素在设计中的影响。在保证工作者舒适、安全、健康、方便、快捷、灵活工作的同时，保证工作效率，寻求更优更高效的方法，找到人――机――环境间的最佳组合。