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摘要：随着科学技术和社会的不断进步，人们对机械设计本身的要求越来越高，如何实现人与产品的完美和谐统一是现阶段机械设计发展中的一大课题。本文通过对机械设计中人机工程存在的问题作简单分析，提出了一些实现人机工程的完善措施。
关键词：人机工程 机械设计 技术应用
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-460-01
人机工程就是通过对工作器具、工作方式和工作环境的设计和改造，使得作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高，使在不同的作业中人、机器及环境三者间的协调。人机工程的本质是以设计机械产品为主要目标，向如何建立优良的人机关系出发从而设计出在一定经济、成本条件制约下的最安全、舒适和高效的机械产品发展。无论多么完美的机械产品，最终也需要通过人的操作来满足人的某种需求而存在。所以在机械设计中既能最大程度地考虑到人的因素，又不影响机械产品本身所需要具备的实用功能，这一问题成为摆在每个机械设计师面前的关键和重要问题。在现代机械设计中更多地融入人性化的设计理念，既是我们每一个设计者需要努力的目标和方向，也是未来现代机械设计的发展趋势。以下将结合人机工程的基本思想和方法，简单地介绍了人机工程在机械设计中需要注意的几个方面，以及解决对策分析，希望对现阶段我国人机工程的发展有所帮助。
1.人机工程理念渗透于机械设计的全过程
就机械设计本身而言，它是一个比较复杂的过程，甚至是一种带有设计者一定主观色彩的创造性的活动，所以需要在设计的早期准备阶段将人机工程的相关因素考虑进来，使得人机工程的思想理念能贯穿于设计的整个过程，从而避免在机械设计即将完成时才发现一些不符合人机工程的问题，导致的改动全局设计，既影响了设计的完成时间，又增加了不必要的人力成本。比如一个普通的车间，工作时的温度和湿度、操作工人员的配备、机械设备的具体布置和空间限制、邻近的条件以及对振动和噪声的要求等一些基本的情况，是需要我们能在机械设计开始之前就了解的。只有这样才能正确地选用相对适合的结构和材料，考虑到一定客观条件制约下设备的自动化程度的最优化以及在设计中采取最有效的措施来降噪和防噪等。
如图1所示，可以形象地说明以上的观点。可见生产车间的实际情况和人员配备不仅在结构上影响流水线的外观宽度尺寸和工装板的数量，而且直接关系到其传动装置的布置和结构强度的设计，以及电机功率大小和相关电气元器件的选用等这都需要我们在一开始就考虑。
2.人机工程作业空间的设计
作业空间的设计是人机工程在机械设计中的一个重要方面。因为人体尺度往往会因为年龄、性别、种族、地区和职业等不同而具有明显的差异性，为了让操作者能够省力、舒适和高效地工作，就需要机械设计者能全面、具体地考虑到这种差异性，从而设计出最合理的作业空间。
表1为中国成人的工作台面合理高度为例，引用了一些简单的推荐值，在具体设计时还需进一步结合实际情况选用。因为再详细、全面的数值都只是满足一个群体里绝大多数人的身体条件，对于一项具体的设计而言，则需要设计者仔细地观察、分析，甚至于亲身体验所获得的感受。
3.机械产品的最终装配和后续维修注重以人为本
在目前的社会经济和技术条件之下，机械产品的最终装配和后续维修都离不开人的直接和间接参与，而产品的质量一方面需要设计人员的技术保证，另一方面也离不开制造、加工、装配和维修服务的配合，所以在设计时在可以达到产品功能的前提下，应尽可能在设计中多为具体生产和维修的人员的提供方便和提高效率，这才是真正意义上的将人机工程应用于机械设计之中。以图2中的机械结构为例，要求实现导杆和固定相对轴向移动，应考虑到时间长将会产生磨损，需要在两者之间安装铜套和考虑润滑。所以，为了方便维修人员维护和检修，可在铜套内、外设计了几条油槽，外面配备了铜套座，还在它的上面安装了一个油杯，并且开孔和里面的铜套的几条油槽相通，这样方便了维修人员加润滑油和定期更换已经磨损的铜套，而其它一些相关的零件就也不需要经常更换和拆卸。
4.在人机工程设計中注重机械安全设计
让机械的操作者享有最基本的人身安全，避免机械伤害是每一个机械设计者在设计阶段就应着重考虑和采取措施的，也是人机工程向机械设计提出的要求。具体包括以下几个方面。
（1）在设计中应保证操作者无法接触到危险的部件（减小特定的作业空间，使肢体无法进入，避免发生危险等）。
（2）在设计中消除不必要的危险部件（如锐角倒钝，去除毛刺等）。
（3）尽量将工位设计在安全的区域内（合理安排工位，留出足够的安全距离等）。
（4）设计刚性、强度等校核数据时，从增加安全性的角度出发（在满足整体结构要求的前提下，选用足够的安全系数，确保余量）。
（5）采用一定的安全防护装置（所有旋转的传动部件需要安装防护罩，如链轮、带轮、齿轮等，避免发生卷动伤害事故）。
（6）与电气设计配合的安全防护装置（双手控制安全装置和控制安全装置等）。现代机械设计本身并不是孤立的，它需要和其它许多学科和技术相结合，其中也离不开电气设计的配合。近年来广泛应用的光电保护器（又称光幕），就是一种控制安全装置。它运用红外线扫描探测技术，发射器和接受器安装于两侧，内部由单片机进行数字程序控制。使红外线收发单元在高速扫描状态下，形成红外线保护光幕。当人和物体进入保护光幕区内，接受器会迅速输出电平信号，由信号电缆线传输到光电控制器内。光电控制器输出信号控制机械设备停止工作，同时具有“报警”的功能，从而达到安全保护的目的。
5.加强产品外观和人机界面设计的合理性
随着人类对自我认识水平的不断提高，人们对于机械产品的要求不再仅仅满足于简单功能的实现，而是需要更多的符合生理学、心理学和美学方面的设计，使产品成为一种既强调功能、质量和结构又注重外部形态的和谐整体。所以要使设计的机械产品涵盖人机因素，离不开合理设计产品外观和人机界面。这其中还离不开色彩方面的知识，现代工业设计一般的原则是简洁而非繁复，所以在同一台设备上建议不采用过多色彩的堆砌，大面积的颜色尽量统一会给人以整洁、稳重和大气的感觉。而关于一些具体色彩的选择和搭配，还关系到每个机械产品本身所需要传递给人的独特的信息元素和设计者对于使用者的情感体验和心理感受的充分了解。人机界面分为广义和狭义两种：①广义是硬件人机界面，即人和机器的接口；②狭义就是人和软件的接口。这两者都需要充分考虑人的因素，一方面设计出提高输入、输出效率的设备，使操作者能方便、舒适、正确地完成工作，另一方面使软件界面设计尽量符合人的认知规律和特点，及时和使用者交流和沟通，以方便系统的合理改进。这样才能从某种意义上真正体现出对人的尊重和关心。
6.结语
总之，人机工程在机械设计中的应用是非常重要的，它是保证人与机器安全、舒适、高效地协同达成目标、完成任务，进而实现人与产品的完美和谐统一的必要条件。我们要在机械设计中注重人机工程的设计，把人机工程有效的应用在机械设计和产品生产中，促进我国制造业的高效运营和良性发展。
关键词：人机工程 机械设计 技术应用
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-460-01
人机工程就是通过对工作器具、工作方式和工作环境的设计和改造，使得作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高，使在不同的作业中人、机器及环境三者间的协调。人机工程的本质是以设计机械产品为主要目标，向如何建立优良的人机关系出发从而设计出在一定经济、成本条件制约下的最安全、舒适和高效的机械产品发展。无论多么完美的机械产品，最终也需要通过人的操作来满足人的某种需求而存在。所以在机械设计中既能最大程度地考虑到人的因素，又不影响机械产品本身所需要具备的实用功能，这一问题成为摆在每个机械设计师面前的关键和重要问题。在现代机械设计中更多地融入人性化的设计理念，既是我们每一个设计者需要努力的目标和方向，也是未来现代机械设计的发展趋势。以下将结合人机工程的基本思想和方法，简单地介绍了人机工程在机械设计中需要注意的几个方面，以及解决对策分析，希望对现阶段我国人机工程的发展有所帮助。
1.人机工程理念渗透于机械设计的全过程
就机械设计本身而言，它是一个比较复杂的过程，甚至是一种带有设计者一定主观色彩的创造性的活动，所以需要在设计的早期准备阶段将人机工程的相关因素考虑进来，使得人机工程的思想理念能贯穿于设计的整个过程，从而避免在机械设计即将完成时才发现一些不符合人机工程的问题，导致的改动全局设计，既影响了设计的完成时间，又增加了不必要的人力成本。比如一个普通的车间，工作时的温度和湿度、操作工人员的配备、机械设备的具体布置和空间限制、邻近的条件以及对振动和噪声的要求等一些基本的情况，是需要我们能在机械设计开始之前就了解的。只有这样才能正确地选用相对适合的结构和材料，考虑到一定客观条件制约下设备的自动化程度的最优化以及在设计中采取最有效的措施来降噪和防噪等。
如图1所示，可以形象地说明以上的观点。可见生产车间的实际情况和人员配备不仅在结构上影响流水线的外观宽度尺寸和工装板的数量，而且直接关系到其传动装置的布置和结构强度的设计，以及电机功率大小和相关电气元器件的选用等这都需要我们在一开始就考虑。
2.人机工程作业空间的设计
作业空间的设计是人机工程在机械设计中的一个重要方面。因为人体尺度往往会因为年龄、性别、种族、地区和职业等不同而具有明显的差异性，为了让操作者能够省力、舒适和高效地工作，就需要机械设计者能全面、具体地考虑到这种差异性，从而设计出最合理的作业空间。
表1为中国成人的工作台面合理高度为例，引用了一些简单的推荐值，在具体设计时还需进一步结合实际情况选用。因为再详细、全面的数值都只是满足一个群体里绝大多数人的身体条件，对于一项具体的设计而言，则需要设计者仔细地观察、分析，甚至于亲身体验所获得的感受。
3.机械产品的最终装配和后续维修注重以人为本
在目前的社会经济和技术条件之下，机械产品的最终装配和后续维修都离不开人的直接和间接参与，而产品的质量一方面需要设计人员的技术保证，另一方面也离不开制造、加工、装配和维修服务的配合，所以在设计时在可以达到产品功能的前提下，应尽可能在设计中多为具体生产和维修的人员的提供方便和提高效率，这才是真正意义上的将人机工程应用于机械设计之中。以图2中的机械结构为例，要求实现导杆和固定相对轴向移动，应考虑到时间长将会产生磨损，需要在两者之间安装铜套和考虑润滑。所以，为了方便维修人员维护和检修，可在铜套内、外设计了几条油槽，外面配备了铜套座，还在它的上面安装了一个油杯，并且开孔和里面的铜套的几条油槽相通，这样方便了维修人员加润滑油和定期更换已经磨损的铜套，而其它一些相关的零件就也不需要经常更换和拆卸。
4.在人机工程设計中注重机械安全设计
让机械的操作者享有最基本的人身安全，避免机械伤害是每一个机械设计者在设计阶段就应着重考虑和采取措施的，也是人机工程向机械设计提出的要求。具体包括以下几个方面。
（1）在设计中应保证操作者无法接触到危险的部件（减小特定的作业空间，使肢体无法进入，避免发生危险等）。
（2）在设计中消除不必要的危险部件（如锐角倒钝，去除毛刺等）。
（3）尽量将工位设计在安全的区域内（合理安排工位，留出足够的安全距离等）。
（4）设计刚性、强度等校核数据时，从增加安全性的角度出发（在满足整体结构要求的前提下，选用足够的安全系数，确保余量）。
（5）采用一定的安全防护装置（所有旋转的传动部件需要安装防护罩，如链轮、带轮、齿轮等，避免发生卷动伤害事故）。
（6）与电气设计配合的安全防护装置（双手控制安全装置和控制安全装置等）。现代机械设计本身并不是孤立的，它需要和其它许多学科和技术相结合，其中也离不开电气设计的配合。近年来广泛应用的光电保护器（又称光幕），就是一种控制安全装置。它运用红外线扫描探测技术，发射器和接受器安装于两侧，内部由单片机进行数字程序控制。使红外线收发单元在高速扫描状态下，形成红外线保护光幕。当人和物体进入保护光幕区内，接受器会迅速输出电平信号，由信号电缆线传输到光电控制器内。光电控制器输出信号控制机械设备停止工作，同时具有“报警”的功能，从而达到安全保护的目的。
5.加强产品外观和人机界面设计的合理性
随着人类对自我认识水平的不断提高，人们对于机械产品的要求不再仅仅满足于简单功能的实现，而是需要更多的符合生理学、心理学和美学方面的设计，使产品成为一种既强调功能、质量和结构又注重外部形态的和谐整体。所以要使设计的机械产品涵盖人机因素，离不开合理设计产品外观和人机界面。这其中还离不开色彩方面的知识，现代工业设计一般的原则是简洁而非繁复，所以在同一台设备上建议不采用过多色彩的堆砌，大面积的颜色尽量统一会给人以整洁、稳重和大气的感觉。而关于一些具体色彩的选择和搭配，还关系到每个机械产品本身所需要传递给人的独特的信息元素和设计者对于使用者的情感体验和心理感受的充分了解。人机界面分为广义和狭义两种：①广义是硬件人机界面，即人和机器的接口；②狭义就是人和软件的接口。这两者都需要充分考虑人的因素，一方面设计出提高输入、输出效率的设备，使操作者能方便、舒适、正确地完成工作，另一方面使软件界面设计尽量符合人的认知规律和特点，及时和使用者交流和沟通，以方便系统的合理改进。这样才能从某种意义上真正体现出对人的尊重和关心。
6.结语
总之，人机工程在机械设计中的应用是非常重要的，它是保证人与机器安全、舒适、高效地协同达成目标、完成任务，进而实现人与产品的完美和谐统一的必要条件。我们要在机械设计中注重人机工程的设计，把人机工程有效的应用在机械设计和产品生产中，促进我国制造业的高效运营和良性发展。