从机械设计上提高工效的科学 人机工程学
孟庆强,刘元林,宁 姗
(黑龙江科技学院,哈尔滨150027)
摘 要:人机工程学是一门研究人、机、环境之间相互作用的新兴学科。随着人机系统的发展,人们对机械产品的设计要求越来越高,希望能找到一种提高机械工作效率的有效手段。通过总结和分析基于人机工程学原理的机械产品设计方法,提出了今后该领域的发展方向。
关键词:机械设计;人机工程学;功能分配;工作效率;绿色;安全
中图分类号:TH12 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(2007)10-0001-02
Improve the Science of Work Efficiency From Mechanical Design
Man -machine Engineering
MENG Qing-qiang,LIU Yuan-lin,NING Shan
(Heilongjiang Institute of Science and T echnology,Harbin 150027,China)
Abstract :Man-machine engineering is interactive ne w developing discipline a mong a research person,ma chine,environment.With the development of man-machine system,people have more and more high e xpec tations for design of the engineering goods,hope to find a kind of effective means to improve mechanical work ing efficiency.Through summarizing and analyzing the engineering goods design method based on man-ma chine engineering principle,have proposed the developing direction of this field in the future.
Key words :machinery is designed;man-machine engineering;function is distributed;working efficiency;green;safe
0 前言
机械是由零件组装在一起的,它在具备一定动力、控制、电源、电路的情况下,可以有特殊的应用范围,特别是在加工、处理、移动或打包原材料方面,极大的提高了效率,节省了人力。但是同样的机械,同样的性能,在完成同样的工作量时,会因为外界(人、环境、按钮的位置等)的差异而产生效率偏差。这样的偏差就是人、机、环境之间的关系不协调所遭成的。所以要想提高机械的工作效率就要很好的研究人、机、环境三者间如何协调发展的科学 人机工程学。
人机工程学是把人作为系统的一个组成要素,充分重视机械与人的关系及其相互作用。它指导机械设计人员在设计机械产品时,要充分考虑机械如何适合人的要求,以创造一种合理的、适合人的生理、心理、功能等特点的机械和劳动条件,要求在设计中综合考虑人的能力、技术水平和外界环境的特点,使 技术!更适合于人;并考虑到机械产品在不同环境条件下,对环境的控制和安全维护措施的要求[1]
,保护操作者的健康和能力,从而充分发挥人的潜力,使人机系统整体效率达到最大值。概括地说,主要包括两方面的内容,即机械怎样设计才能适合人的使用和人与机器怎样分工才合理。
1 人机作用及人机关系
1 1 人机作用
在人机系统里,人起调节器的作用,机械的一切变化显示在仪表上,人通过观察、感知仪表的显示,分析并判断作出相应的反应动作,从而改变机械的状态。机械的新状态又通过仪表显示出来,这又可能要求人作新的动作。如此循环,使人机系统具有闭环调节系统的一般特点,其中以正向联系和反馈与机械相联系的人,在系统中起着最重要的作用。明确了人执行功能的能力及执行方法,是合理设计控制系统的必要条件。在控制系统的结构方案设计和造型设计中,只有综合考虑人执行功能的能力和方法,才能使结构设计合理,造型设计符合功能要求。
1 2 人机关系
在科学技术急速发展的今天,机械的复杂程度随之增加,人将被机械所约束与人处于从属地位。为了使人成为机械的主人,使人与机械构成一个最优的系统,发挥最高的效率,设计者必须合理应用发挥人、机各自的长处,处理好人机关系,做到机宜人,人适机,首先做到机宜人,就是使机器系统满足使用者的体格、生理、心理、审美以及社会价值观念等条件的要求。包括信息显示,既便于接受又易于作出
收稿日期:2007-07-21;修订日期:2007-08-14
作者简介:孟庆强(1982-),男,哈尔滨人,助理工程师,2006年毕业于黑龙江科技学院,主要研究领域为机械设计。
第26卷第10期
2007年10月
煤 炭 技 术Coal Technology
Vol 26,No 10Oct,2007
2 人机功能分配
在人机系统中,人与机械的关系是控制、监视、与被监视的关系,人在整个系统中处于主导地位。机械是人的劳动工具,执行人们发出的各种指令,完成人们所需达到的目的。
在人机系统中明确人执行功能和方法,以及人的生理机能,是合理设计人机系统的必要条件,也只有了解和掌握了人和机械各自的机能特征,才能在人 机系统中进行人、机功能的合理分配,使人机系统最忧,效率最高[5]。
人具有一定的生理、心理和社会特征,这些特征将直接影响整个人 机系统各种因素的设计及系统的运转效率,而且人们的生理和心理机能有很大的差别和局限性,因而人们的工作能力和适应性也有差异,因此就必须研究人们各种机能的差异和局限性,找出具有普遍意义和使用价值的依据,为设计适合于大多数人的最优化的人 机系统服务。如操作系统中操纵力的设计,太大只能适应少数人的使用,而多数人操作不动或操作时很快就疲劳,太小会让人感到不安全,因为很可能无意识的碰到一个操作件时产生非正常的错误动作而发生意外,因此操作力的大小应以适应大多数人的操作方便、舒适、不易疲劳和感到安全为标准。
在人机系统中,人和机器各有自己的特点,各有所长和所短,如何在人机系统中充分发挥各自的特点和优势,取长补短,有机地配合是人机系统中人机功能合理分配的关键问题。
3 人机工程学对机械的要求
3 1 便于信息交互与处理
人机系统中人与机器的关系,实质是信息交互与处理过程的关系。人机关系倘若处理不好,对工作效率的影响是显而易见的。如机具太低,工人必须弯腰工作,这不仅容易疲劳,损害操作者健康,而且也直接影响生产效率和产品质量;如照明过强或太弱,都会影响操作的准确度。因此机器各部件的相对位置的安排,应首先考虑便于操作、观察和调整、维护。设计原则是操作要简单,操作位置、修理位置和信息源的数量尽量减少;操作部件的位置、大小、加力方向要与操作者的身材特征相适应。不同类型的操作部件要有明显区别,信号显示方式也要有所不同。如普通车床的床头箱在左边,而镗床的镗头在右边,都是为了适应右手操作的习惯。车床的车刀与刀架较小,为便于操作,刀架一般布置在工件前面,外圆磨床的砂轮架较大,为便于操作者接近工件,一般布置在工件的后边[2]。
3 2 绿色制造
在优美、整洁的环境里工作,身体就不易疲劳,精神也会保持愉快,产品的数量和质量就会提高。因此,人机工程学十分重视具体的环境对人的工作效率、身体健康的影响。温度、湿度对人的操作有影响,高温使人的注意力涣散,动作标准性下降,协调能力减弱。美化工作环境包括照明、色彩、音响以及劳动服装设计、工作机具造型等方面内容。如在其它条件不变的情况下,工厂仅对门窗做些改进,使自然光线比较合适,并加以美化,涂上合适的色彩,就能提高劳动生产率;改进机器上的照明设备使之亮度适当,造型美观,也可提高生产效率[3]。
3 3 安全防护
人机工程还要考虑安全防护。安全防护有两方面内容:∀采取措施,避免操作错误,对机器进行防护。操作错误可能来自外界或内部的某些干扰而产生的错误动作,也可能由于操作者本身的错误行为而引起操作错误。采取的措施有:防止超载的安全装置、自动锁紧装置、控制开关的闭锁装置等。目前,大型机电一体化设备一般具备自诊断功能,发生故障,能快捷检测故障,判断原因,准确定位故障点。#对操作者人身安全的保护。如行走车辆为保护驾驶员,除了三点式安全带、安全气囊、ABS防抱制动系统外,还出现防翻滚驾驶台等。人身防护的安全技术很多,如构件可靠性原理、有限损伤原理、冗余配制原理等,另外,报警系统、防护罩、挡板、绝缘外壳、噪声隔绝装置的采用也都是切实可行的。
4 结束语
机械的设计发展方向将使机械产品重新定位,产生高附加值,设计更加人性化,最大限度地适应用户,才能更快的提高机械的工作效率。这种机械产品除了能满足基本功能需求外,还满足了人们的审美要求,希望在人机工程学指导下的机械产品尽快尽早地投入市场,用更新颖且功能齐全的绿色机械来替代原先的产品,不断满足用户需求。
参考文献:
[1] 吴宗泽.机械设计禁忌500例[M].北京:机械工业出版社,
1997.
[2] 丁玉兰.人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社,2000.
[3] 严杨.人机工程学设计应用[M].北京:中国轻工业出版社,
1993.
[4] 周美兰.工业设计应用人机工程学[M].北京:中国轻工业出
版社,2001.
[5] 裘建新.现代工业制造中的人机工程学[J].机械制造,2002.
[6] 刘春荣.现代制造系统中的人因工程[J].机械设计与制造工
程,2002.
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