刍议适宜作业的人机工程学设计理念

时间：2024-05-17

贾丽萍

（哈尔滨哈轻塑胶有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

1 人机工程学设计

许多机械与操作者直接接触，甚至长期在机器旁进行操作，如机床、汽车、和许多仪器、仪表等。这些机器的尺寸、形状、色彩等不但影响操作者的工作效率和是否能够持久工作，而且当设计不合理时会产生各种职业病，甚至人身事故。而且机械是否适用，操作者的舒适性，也对该产品在市场上面的竞争力有很大的影响。因此，“人机工程学”受到广泛重视。人机工程学又称人机学，也称为人类工效学；它是在设计机械时，考虑如何使人获得操作简便而又准确的一门学科。

1.1 人机工程学设计的内涵和目的

举车床设计为例。车床里的传动系统、各种机构、材料及热处理、润滑系统，电动机及电路系统、床身、底座和其他零部件的刚、强度，等等，都不是人机界面，因此不属于人机工程设计的对象，而是工程技术设计的工作。而车床操作部件的尺寸、位置、操作方式、操作力、操作方向、照明系统和刻度盘等标识系统等等，才是车床人机工程设计的内容。至于车床的造型和色彩设计，一般地属于工业设计(工业产品艺术设计)的范围，但造型和色彩显然与人的心理因素、精神因素有关，可见与人机工程学设计也是相关的。

1.2 人机工程学设计包括的主要内容有

设计时考虑人体的尺寸、动作特点、感觉器官的要求、人体力学的要求、美学要求(形状、尺寸、颜色等)、作业安全和习惯要求。

2 作业研究与机械设计

2.1 作业与工效

作业是具体的劳动动作，是为完成一定工艺过程而作出的一系列动作的联合，是通过作业手段把材料变成合乎工序要求的活动。

通常作业的要素包括作业对象(材料)、作业手段(人的劳动、设备的运转，信息的流通等)和作业成果 (产品)。由于作业手段主要是人或机器，故作业可分为手工作业与机器作业两类。分类的目的是为确定作业研究的重点。例如对手工作业，主要考虑操作方法、技能的研究，对机器作业则以机器设备设计作为研究的重点，对人机系统作业则应以系统特性、功能作为作业研究的重点。

为了进行作业，必须形成作业区域。作业区域是根据作业需要、设备体积和人的活动范围来确定的。人在作业中要采取或保持一定作业姿势，要同作业对象、机械设备和作业成果在作业区域内保持一定的空间关系。

功效(工效)指工作效率或作业效率，这是指为达到工作或作业的目的所用的投入与产出的比值。人机工程学中所谓的工效，因为其研究目的已由效率逐渐转向安全、舒适，满意等人类生存目标，所以当我们说工效学时其工效的意义是比较广泛的。

工效即使在作业研究中，也不是仅仅由作业姿势、作业区域等因素决定的，它同作业的速度、精度、强度、复杂度有关，又同作业主体的功能，作业环境条件和各种激励因素有关。所以，只有人机工程学才将各种影响作业工效的因素作了综合全面的考虑，并提出比较全面的解决办法。

2.2 作业研究与设计

作业研究是以作业系统为对象的工程活动。任何一种工程活动，其目的都是为了设计、建立或改进目标系统，使之更为经济有效。作业研究的目的正是为了寻找最经济有效和使作业者胜任愉快的工作方法与工作时间，以有效利用资源、增进系统的工效。

机械工程技术人员研究作业的目的是为人机工程学设计提供设计依据，使设计的机械达到作业要求（即机械的使用与维护）。“适宜作业”是机械工程技术人员人机工程学设计的目标。

3 适宜作业的人机工程学设计

3.1 人机工程学设计的基本原则

对于一个运行成功的系统而言，仅有机器的高效运转是不够的，机器还必须在系统操作者的范围内使用方便或者可用。

人机环境系统的性能并不是系统中各要素本身性能的简单叠加，而取决于各要素之间的匹配关系，取决于系统的整体协调。人机工程学设计的基本原则是以人为本，整体协调，适宜作业。具体表现在以下几方面：作为工作系统的人-机器-环境系统，要以人为中心来进行设计;机器和环境的设计，要考虑作业人员的心理，心里特征及其限制；机器和环境应首先适应人，然后才是人要适应机器和环境；始终关注人的工作效绩。

3.2 人机工程学设计时需要考虑的主要因素

人类工效学家的目标是将设备设计在大多数人的强度、耐力、可及性、敏感性和信息处理能力的范围之内。应该在概念阶段考虑操作者与设备之间如何交互。这一问题不能在已有设计中得到有效解决，或者不易于结合进已有设计中考虑。人类是一个系统中最灵活的部分，因而操作者能够在有设计缺陷的设备周围工作，但这要求使用者付出额外的努力，只能留出较少的时间和精力去做其他工作，因此未充分使用人力资源。机械的设计对人们在工作中的安全和操作有极大的影响。机械设计工作者在设计中必须考虑的主要因素有：总体考虑(如身体要求和安全):作为制造系统中的一个极为重要的系统，可通过两个途径来设计生产机械设备以提高人类这一系统因子的操作技能：第一，合理地分配人或机器的任务；第二，设计设备使其符合人的能力范围以便优化其操作。可维护性:生产设备从开始设计时就要考虑可维护性问题。因为系统变得越来越复杂且系统内各部分更加相互依赖，维护必要性的评价和及时提供故障检修方面的帮助变得更为重要。显示器的设计:为了使生产设备高效运转，必须向操纵者提供了解机器状态的信息并使其能使用机器上的控制器对这些信息作出适当的反应。生产系统中使用显示器的目的是给操作者提供关于设备功能状况或过程的信息。控制器的设计:信息通过显示器提供给操纵者。操作者对显示的反应通过控制器或资料输入装置来实现。如果控制器的操作与人们的期望一致（符合人群的习惯模式），它们的尺寸与人体相适应，以及它们的运行特征在大多数人力量和精确度所能达到的范围内，那么系统的性能将得到加强。工具设计:在大多数工作中手持工具是用于执行所要求的精度和力度非人手可完成的任务。很少有手持工具的大小设计可满足不同操作者的首部特征；通常把柄的大小根据电动工具产生的扭矩而定，而双炳工具的跨距设计要求与所使用的扣件大小相匹配。设备的选择和评价：无论是识别工作场所设计中的不足还是计划购买新工具，对所选择的干预措施或候选工具的评估将有助于作出更合理的决定。