人机工程学在机械制造设计中的应用分析

李海林

摘要：人机工程学分析了人和机器之间的关系，将融合其中的功能最好的发挥出来，属于一门价值综合型的学科内容，在机械制造中应用人机工程学的概念，能够为人们创造出十分安全且舒适的工作环境，且能够将人和机器的最大价值发挥出来，提升机械制造和设计出产品的科学性、合理性和安全性。

关键词：人体工程学;机械设计;机械制造

引言

人机工程学，其是一门融合人力力学、生理学、物理学等学科的新型学科，其具有较强的知识交叉性、共通性。目前，西方国家关于人机工程学的研究、应用，已经有了较高的水平，而我国依然处于起步阶段。所以，在未来的发展中，应该将人机工程学，广泛应用在机械制造设计中，在提高机械制造设计水平的同时，还能够不断促进人机工程学的发展。

1、人机工程学概述

就工程学发展的角度分析，人机工程学实际上是一门交叉性质的学科内容，其整个学科的范围已经涵盖了工程学范围、心理学范围和力学范围等，建立在人体工程学基础上的深入分析，由此确保实现人、机和外部环境三者之间的良好协调和分配。就机械设计的角度来看，整个设计过程实际上是系统性的工程，就设计者的角度分析，整个设计过程中需要针对不同的设计元素进行充分考虑分析，例如，分析工作环境、分析机械设备自身和实际的工作强度等因素。随着智能化技术的不断创新，当前机械设计的诸多项目中，人本设计的理念得到了良好的推广和应用。就实用性的角度分析，机械设计的实际目的是为了有效提升项目作业的实际效率，由此可见，设计者需要关注人机工程学发展的有关理论内容，注重理论应用于实践的适应性。

2、在机械设计中人体机能的体现

2.1感觉系统

感官通道不同所适应的场合也明显不同。其中，视觉通道更加适合进行复杂或抽象信息，较长或需延迟的信息，与空间方位、位置相关信息等的有效传输。而听觉通道适合传输繁杂信息，较短或不需延迟的信息，与空间无关联信息，快速响应信息等等。触觉通道则更加适合简捷、明了，以及急需快速传递的信息，一般应用于通过手触摸的机器与装置场合中。在信息通过视觉通道进行传输时，进行机械装置设计时，需要对人的视角、视力、视野、视距、中央与周围视觉、色觉、明暗适应等多方面因素进行充分考虑。

2.2神经系统

基于感觉通道所传输的信息，通过大脑中枢多元化处理。大脑处理信息的速度和记忆活动等都具备不可替代的重要意义。其中，就人脑反应速度而言，在进行产品设计时，不能超出人脑速度。而且，还需合理利用人脑的记忆功能，通过复杂的记忆活动能力进行科学设计，以此提高整体效率与实用价值。

2.3运动系统

所谓运动系统实际上就是人体完成不同动作与从事生产劳动的器官系统。在进行机械设计的时候，需要对骨的功能、关节活动范围、肌肉强度与力度等进行综合考虑。其中关节需要位于舒适调节的范围中，肢体运动需要对肢体出力、运动范围与动作速度频率等进行全面考虑。所谓，为了促使操作人员能够灵活便捷地落实相关动作指令，需要对操作对象空间与操作人员肢体涉猎范围之间的关系进行综合考虑，以此完成工作中所需力量与操作人员能够提供的力量间的密切联系等等。

3、人机工程学在机械设计与制造中应用

3.1设计中要考虑操作者使用或维修的便捷性

操控性强、效率高、信号源少是机械设计的基本方针，这也为机械的操作和维修提供了便利，实现机械便捷的初衷。如在进行机械车床操作台的设计时，操作台的高度要适中，不能过高或过低。操作台过高时，身高较低的技术人员很难操控;操作台过低时，不仅技术人员难以操控，还可能会造成设备的拥挤，导致设备使用年限缩短，维修难度增加。此外，机械车床的标牌和指示刻度也应当设计在合理位置，这将有助于技术人员进行检查和调整。

3.2设计中要考虑工作环境的舒适性

有资料表明，环境因素往往会对人的情绪产生影响，如果工作环境恶劣，那么人的工作效率就会下降。人机工程学的研究重点就是要提高人和机械的工作效率，排除对人和机械产生影响的环境等因素。如工作者处于一个噪音很大的环境，那么他将会出现听力下降、心理焦虑、注意力不集中等不好的现象，降低工作效率的同时也使其身体出现异样。环境的温度和湿度同样会影响工作者的工作效率，冬天温度为18摄氏度至25摄氏度，湿度为30%至80%;夏天温度为23摄氏度至28摄氏度，湿度为30%至60%时工作者的体能和精力最旺盛，工作效率也最高。环境明亮程度对人的工作效率也有影响，光线太强容易造成工作者的眼科疾病，光线太暗不利于机械的制造与检查。此外，明亮欢快的色彩也会提高人的工作效率。国外曾进行過类似的实验：将工厂周围环境涂成明亮色彩，员工的工作效率就能提升5%-15%;适当增加或降低车间内的明亮程度，员工的工作效率提升10%-30%;在车间安装空调，并适当调整车间湿度，员工的工作效率提升了15%-25%。因此，人机工程学在机械设计制造上的应用将提高工作环境的舒适度，最大限度的提升工作效率，使人与机械的最大价值得到充分发挥。

3.3设计时要考虑机械产品的安全性

机械制造设计时应注重机械良好的性能，更应注重机械的安全性，并应制定相应的安全防护措施。机械的安全性可分为两类：一类是保证机械的使用安全，另一类则是保证操作人员的人身安全。前者应通过制定相应规范、进行特别声明等方式，防止机械出现错误操控、超载、电流过载等现象的发生，如在机械设计时增加超载报警器，电路设计时增加电流过载保护器等。后者则应为机械设计人员所重视，毕竟人的生命安全重于一切。提升此类安全性的措施有增加防护装置、将操作台移至安全区域等。如车床的绝缘外壳、汽车上的安全气囊等。

3.4设计时要考虑人机功能分配的协调性

人机功能分配良好的协调性也是机械制造设计时应关注的一个重点。如果仅考虑技术能力、经济能力和材料的性能，那么设计出来的机械产品只能说是性能较好的机器，并不会与人具有良好的协调性，也就不会有人购买和使用。笔者认为，影响人机功能分配协调性的因素主要有两个：一是在机械制造设计时错误的以机械为主体，未考虑人的因素，进而出现了机械设备先进，但却与人协调性较差的现象。二是随着科技的发展，人们越来越关注自身的生理状态，因此机械设计还应满足人生理特点的需求。人机功能的分配经历了劳动者——工具、操作者——机器、监控者——自动机器和监督者——智能机器等时期。在未来机械制造设计中，设计人员不仅需要将机械设计知识应用其中，还应当融入物理学、生理学等知识，综合考虑影响人和机器工作效率的各个因素，对预发情况进行模拟，在提升人和机器工作效率方面寻求最佳点，即保证人的高效率，又保证机器的高效率，将需要完成的各项功能合理分配给人和机器，实现人机功能分配具有良好的协调性的目标。如在进行机械制造设计时应考虑每个人的行为习惯不同，身体弯弓时推力最大，提拉重物时重心会下降，同时在机器控制方面还应考虑人体反应时间，提高机器的安全性。

结束语

综上所述，将人机工程学应用在机械制造设计中，其所具有的必要性不言而喻，所以相关人员应该加大重视，采用合理的方式将其应用在工作中。在这一基础上，提高了机械制造设计的便捷性、舒适性、协调性以及安全性，进而在根本上提高机械制造设计的质量，满足用户的相关需求，促进机械行业的稳定发展。

参考文献

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