摘要：論述了人機(jī)工程學(xué)對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要性，指出人機(jī)結(jié)合及人機(jī)功能分配的主要研究?jī)?nèi)容，對(duì)人體感覺(jué)功能與設(shè)計(jì)關(guān)系的協(xié)調(diào)提出了具體建議。
　　關(guān)鍵詞：人機(jī)系統(tǒng)；環(huán)境條件；人機(jī)工程　

　　人機(jī)工程學(xué)是研究人的特性及工作條件與機(jī)器相匹配的科學(xué)。它把人和機(jī)器視為一個(gè)有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)，指出機(jī)器應(yīng)該具有什么樣的條件才能使人付出適宜的代價(jià)后可獲得整個(gè)系統(tǒng)的最佳效益。人機(jī)工程學(xué)不僅涉及到工程技術(shù)理論，還涉及到人體解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)以及勞動(dòng)衛(wèi)生學(xué)等。認(rèn)真研究這門(mén)科學(xué)，可以創(chuàng)造出最佳設(shè)計(jì)和最適宜的條件，使人機(jī)實(shí)現(xiàn)高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，形成高效、經(jīng)濟(jì)、安全的有機(jī)系統(tǒng)。
　　1　人機(jī)匹配與人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　人機(jī)匹配是指人的特性與機(jī)器特性的適當(dāng)配合。在人機(jī)系統(tǒng)中，人是系統(tǒng)的主體，機(jī)器是人創(chuàng)造出來(lái)的，機(jī)器當(dāng)然應(yīng)該適應(yīng)人的特點(diǎn)。如操作空間應(yīng)與人體外形測(cè)量尺寸相適應(yīng)；操作機(jī)構(gòu)應(yīng)與人的形體和最佳用力范圍相適應(yīng)，指示儀表及信號(hào)應(yīng)適合人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)的常規(guī)要求等。
　操縱機(jī)構(gòu)是人將信息傳給機(jī)器的工具。因?yàn)槿溯敵鲂畔⒌牟课唬凇⑹?、足等）不同和操作要求不同，所以操作機(jī)構(gòu)的種類(lèi)也很多。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮機(jī)器的動(dòng)作方向、阻力、速度和安全等因素。如果操縱機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向與被控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方向及儀表顯示方向保持一致，操作就會(huì)準(zhǔn)確及時(shí)；也可簡(jiǎn)化培訓(xùn)過(guò)程，改善調(diào)節(jié)的速度和精度，并減少事故。操縱機(jī)構(gòu)存在摩擦、彈性、粘性和慣性等阻力是必要的，這可以產(chǎn)生“操縱直接感覺(jué)”，使操作連貫，減少振動(dòng)和過(guò)載造成的干擾，保證操作控制的準(zhǔn)確性。
　控制動(dòng)作分為行程調(diào)節(jié)和微量調(diào)節(jié)。行程調(diào)節(jié)可使控制器迅速接近所需位置。微量調(diào)節(jié)則使控制器準(zhǔn)確地置于所需位置。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使操縱機(jī)構(gòu)與儀表顯示的位移有合適的比率。
　在儀表指示設(shè)計(jì)中，視覺(jué)顯示裝置最多。人的正常視距為46cm～71cm，視角為39°～41°。儀表應(yīng)設(shè)置在操作者正面視野內(nèi)， 最佳視距為50cm～55cm;重要儀表不得超出40°視角的范圍，常用儀表必須在30°視角內(nèi)。儀表高度最好與眼睛相平，上下視線(xiàn)在10°～45°范圍內(nèi)。指針刻度間距擺角不得小于10°，指針的寬度為1.0mm～2.5mm，并應(yīng)貼近刻度盤(pán)表面，以減少誤差。當(dāng)有多個(gè)儀表并列時(shí)，其正常位置變化所對(duì)應(yīng)的指針?lè)较驊?yīng)該相同，閃光信號(hào)不要太多，閃光頻率以0.67Hz~1.67Hz為宜。
　由于作為人機(jī)系統(tǒng)主體的人有易出錯(cuò)誤的特性，除通過(guò)訓(xùn)練提高其可靠性外，在操作機(jī)構(gòu)和指示儀表設(shè)計(jì)中還需采取安全措施，以防偶然錯(cuò)失而造成嚴(yán)重后果。預(yù)防方法很多，常用的有順序自鎖、鎖定、阻尼、槽卡、定向、定位等物理方法。
　綜上所述，以裝運(yùn)設(shè)備為例， 當(dāng)總體設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①1.60m~1.90m身高的駕駛員操作位置有最佳選擇，既有合適的操作空間，也有足夠的自由空間；②轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、液壓操縱桿、制動(dòng)器和踏板等操作機(jī)構(gòu)的排列布置，對(duì)于駕駛員應(yīng)是最方便、最舒適的區(qū)域；③應(yīng)有與機(jī)器性能相適應(yīng)的操作特性和制動(dòng)力最佳值范圍，為改善操作進(jìn)程，可配備導(dǎo)向輔助裝置；④操作者的腳、頭、手臂各部位有足夠的運(yùn)動(dòng)空間，坐姿應(yīng)符合人體解剖學(xué)和生理學(xué)特點(diǎn)；⑤減少機(jī)器的振動(dòng)性及對(duì)操作者的噪聲危害，要降低和控制振動(dòng)源和噪聲源的強(qiáng)度，必要時(shí)可采取個(gè)人防振和防噪措施；⑥在操作者所期望的最佳視野，要使視線(xiàn)不被大體積貨載遮擋，必要時(shí)可偏置操作者及助手的座位。
　應(yīng)特別指出，良好的視野狀況意味著操作工作的安全可靠性，也關(guān)系到操作者的舒適程度。
　　圖1所示為H20型叉車(chē)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)確定的最佳操作位置。

　　2　人機(jī)結(jié)合和人機(jī)功能分配
　人與機(jī)器的結(jié)合形式，依復(fù)雜程度不同可分為“勞動(dòng)者—工具”、“操作者—機(jī)器”、“監(jiān)控者—自動(dòng)機(jī)圖1H20型叉車(chē)的操作位置器”和“監(jiān)督者-智能機(jī)器”等幾種。機(jī)器的自動(dòng)化和智能化使其操縱復(fù)雜程度提高，對(duì)操作者提出了嚴(yán)格要求，操作者的人體功能限制也對(duì)機(jī)器設(shè)計(jì)提出了特殊要求。人機(jī)結(jié)合的原則改變了傳統(tǒng)的只考慮機(jī)械性能的設(shè)計(jì)思想，提出了同時(shí)考慮人與機(jī)器兩方面因素、以獲取最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的設(shè)計(jì)思想。
　人體的功能動(dòng)作具有對(duì)稱(chēng)性及協(xié)調(diào)性。操作動(dòng)作的設(shè)計(jì)應(yīng)使操作簡(jiǎn)便、連貫、協(xié)調(diào)和省力。在人機(jī)系統(tǒng)中，崗位設(shè)計(jì)要同人機(jī)界面設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。崗位設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮工作空間、工作姿勢(shì)、座椅型式、工作臺(tái)面、照明及工具安放位置等合理性；人機(jī)界面設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮控制裝置集中方便、儀器顯示明顯、人機(jī)信息交換迅速及時(shí)等。通過(guò)人機(jī)結(jié)合的合理設(shè)計(jì)，可以有效地提高人機(jī)系統(tǒng)效率。
　通過(guò)對(duì)人體特性和機(jī)器特性的權(quán)衡分析，將人機(jī)系統(tǒng)的不同功能恰當(dāng)?shù)胤峙浣o人或機(jī)器，稱(chēng)為功能分配。功能分配是提高人機(jī)系統(tǒng)效率的關(guān)鍵，例如設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮人的姿勢(shì)不同，所能付出的力量也不同；拉力大于提力，提力大于握力，膝部屈曲160°時(shí)蹬力最大（人腿輸出力值分布見(jiàn)圖2）。此外還應(yīng)考慮人體無(wú)條件反應(yīng)時(shí)間為0.1s~0.15s等。
　縱觀人類(lèi)機(jī)械設(shè)計(jì)史可知，造成產(chǎn)品與人體能力之間不甚協(xié)調(diào)的基本原因有兩個(gè)，一是在作產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)人機(jī)協(xié)調(diào)性不夠重視，沒(méi)有認(rèn)真對(duì)待，而是強(qiáng)調(diào)人體如何去適應(yīng)產(chǎn)品。由于人的能力是有限的，對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性也是有限的，所以就不可能達(dá)到期望的人機(jī)協(xié)調(diào)性。其二是人類(lèi)對(duì)自身生理特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)在逐步深化，認(rèn)識(shí)膚淺時(shí)則不能提出作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的約束條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們從正反兩方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中認(rèn)識(shí)到人機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)關(guān)系的重要性，并使研究工作得以強(qiáng)化。
　綜上所述，以裝運(yùn)設(shè)備為例，當(dāng)做人機(jī)功能分配時(shí)就應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①要求付出的體力必須保持在人體生理上可以承受的限度內(nèi)，必要時(shí)可采用技術(shù)性的輔助手段；②身體的運(yùn)動(dòng)應(yīng)符合自然的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，付出的體力應(yīng)與人體的活動(dòng)狀況相適應(yīng)；③不得因姿勢(shì)不當(dāng)而給人體肌肉、關(guān)節(jié)、韌帶以及心血管系統(tǒng)造成不必要的負(fù)擔(dān)；④顯示儀表的選擇設(shè)計(jì)和布置應(yīng)與人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等察覺(jué)能力相適應(yīng)。

　此外還應(yīng)注意操作手柄要設(shè)計(jì)得很靈活，以使操作靈活、簡(jiǎn)便?？刂瓢粹o的操作力應(yīng)適當(dāng)，當(dāng)手或手指的靜重力作用于按鈕上時(shí)，按鈕不應(yīng)動(dòng)作，但也不能需施很大勁才能使按鈕動(dòng)作。只有認(rèn)真考慮人的因素，才能提高操作的準(zhǔn)確性和可靠性，才能充分發(fā)揮人及機(jī)器的功能。
　　3　人機(jī)系統(tǒng)與環(huán)境因素
　人機(jī)系統(tǒng)是在特定環(huán)境中進(jìn)行工作的。環(huán)境對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的工作效能有很大影響；人機(jī)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境也有具體要求。特別是作為系統(tǒng)主體的人，對(duì)工作環(huán)境的要求更為苛刻。為了保持系統(tǒng)的高效率、可靠性和持久性，單從不傷害人體的角度來(lái)創(chuàng)制環(huán)境是不夠的，還必須考慮操作者工作的舒適性。
　人機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境是多種多樣的。加工機(jī)床一般安設(shè)在廠房中，它的空間及鄰近條件基本是不變的；礦山采掘?qū)Ｓ迷O(shè)備在野外工作，經(jīng)受粉塵污染和風(fēng)雨襲擊比較嚴(yán)重，裝運(yùn)設(shè)備用于倒運(yùn)物料，它與道路狀況和裝卸條件關(guān)系密切等等。但不管是何種工作環(huán)境，人們最關(guān)心的是溫度、光照、振動(dòng)及噪聲等幾個(gè)方面。
　溫度環(huán)境包括溫度、濕度、風(fēng)速等因素，表示方式主要是有效溫度（ET）、操作溫度（OT）、四小時(shí)汗率指數(shù)（P.SR）和濕黑干球溫度（WGBT）等。人體主觀感受的舒適溫度與人體主觀條件(運(yùn)動(dòng)量、穿衣多少、耐熱能力等)有關(guān)?？陀^標(biāo)準(zhǔn)的舒適溫度是生理學(xué)和醫(yī)學(xué)上認(rèn)為于人體最適宜的溫度：工作時(shí)為19℃～21℃。休息時(shí)為25℃～29℃。標(biāo)準(zhǔn)溫度為21±3℃。在“工作溫度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又稱(chēng)為“允許溫度”。生產(chǎn)率與溫度和濕度變化的關(guān)系見(jiàn)圖3所示。當(dāng)溫度為20℃、濕度為50%時(shí)，生產(chǎn)率為100%(A點(diǎn))；當(dāng)濕度不變，溫度升高至25℃時(shí)， 生產(chǎn)率下降至80%(B點(diǎn))；當(dāng)溫度升高至40℃、濕度為80%時(shí)，生產(chǎn)率下降至65%(C點(diǎn))。
　工作環(huán)境的光線(xiàn)照度與人的感官疲勞和精神疲勞密切相關(guān)。人有舒適度感的基本照度要求是100Lx， 一般工作場(chǎng)合為200Lx，精細(xì)加工車(chē)間為500Lx。照明光線(xiàn)應(yīng)均勻，無(wú)眩光，光色合適。對(duì)于裝運(yùn)設(shè)備特別要注意，司機(jī)室應(yīng)有遮陽(yáng)裝置，避免太陽(yáng)的直接眩光，并要避免鏡面、臺(tái)面強(qiáng)反射眩光。當(dāng)幾面開(kāi)窗有多個(gè)陰陽(yáng)時(shí)，應(yīng)采用控光玻璃來(lái)減弱相反方向的入射光，手和身體在臺(tái)面上的陰影不要造成干擾，以免引起不舒適感覺(jué)，產(chǎn)生過(guò)早視覺(jué)疲勞、工作效率降低和活動(dòng)能力減弱等狀況。
　人體是一個(gè)彈性系統(tǒng)， 有自己的振動(dòng)特性(以4Hz～8Hz、10Hz～12Hz、20Hz～25Hz為第1、2、3共振峰)，人的各個(gè)器官也有自己的共振頻率。例如眼睛的共振頻率為20Hz～25Hz，頭為25Hz～30Hz，手為30Hz～40Hz，內(nèi)臟為5Hz～8Hz，神經(jīng)為245Hz～250Hz。振動(dòng)會(huì)使人不舒適，降低人的視覺(jué)和操作效率，增多失誤，尤其發(fā)生共振時(shí)，可能造成人體疾患。研制產(chǎn)品時(shí)，要通過(guò)測(cè)試檢查，并在設(shè)備結(jié)構(gòu)和元件上采用隔振、吸振和緩沖減震等裝置，避免達(dá)到生理臨界范圍的機(jī)械振動(dòng)和將沖擊傳至人體。

　噪聲是工業(yè)中多見(jiàn)的污染因素。工業(yè)噪聲主要是由企業(yè)內(nèi)的各種設(shè)備產(chǎn)生的。噪聲會(huì)使聽(tīng)力下降，注意力不易集中，反應(yīng)遲鈍，容易疲乏，不僅使工作速度受到影響，而且會(huì)降低工作質(zhì)量。如果噪聲級(jí)超過(guò)85dB，將會(huì)危害人的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，產(chǎn)生神經(jīng)衰弱和高血壓等病癥。所以，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)必須考慮降噪和防噪問(wèn)題。工程中經(jīng)常采取如下幾項(xiàng)措施：①采用能夠吸收噪聲的材料和結(jié)構(gòu)，盡量吸收掉一些噪聲能，降低噪聲；②利用隔聲板、隔聲罩、隔聲管道和消聲器等堅(jiān)實(shí)的材料或裝置隔離噪聲傳播的通路，控制噪聲；③對(duì)于振動(dòng)較嚴(yán)重的噪聲源，可采用彈簧、橡膠和氣墊等元件減少振動(dòng)力的傳遞或者在振動(dòng)表面覆蓋以阻尼材料，降低噪聲輻射率。
　在設(shè)備的減噪和防噪設(shè)計(jì)中采取何種措施為好，要在仔細(xì)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)噪聲源和傳播途徑有針對(duì)性地選擇，而且必須兼顧技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性，以獲得理想效益。