摘要：論述了人機工程學對于機械產品設計的重要性，指出人機結合及人機功能分配的主要研究內容，對人體感覺功能與設計關系的協(xié)調提出了具體建議。
　　關鍵詞：人機系統(tǒng)；環(huán)境條件；人機工程　

　　人機工程學是研究人的特性及工作條件與機器相匹配的科學。它把人和機器視為一個有機結合的系統(tǒng)，指出機器應該具有什么樣的條件才能使人付出適宜的代價后可獲得整個系統(tǒng)的最佳效益。人機工程學不僅涉及到工程技術理論，還涉及到人體解剖學、生理學、心理學以及勞動衛(wèi)生學等。認真研究這門科學，可以創(chuàng)造出最佳設計和最適宜的條件，使人機實現高度協(xié)調統(tǒng)一，形成高效、經濟、安全的有機系統(tǒng)。
　　1　人機匹配與人機系統(tǒng)總體設計
　人機匹配是指人的特性與機器特性的適當配合。在人機系統(tǒng)中，人是系統(tǒng)的主體，機器是人創(chuàng)造出來的，機器當然應該適應人的特點。如操作空間應與人體外形測量尺寸相適應；操作機構應與人的形體和最佳用力范圍相適應，指示儀表及信號應適合人的視覺、聽覺和觸覺的常規(guī)要求等。
　操縱機構是人將信息傳給機器的工具。因為人輸出信息的部位（口、手、足等）不同和操作要求不同，所以操作機構的種類也很多。在設計時要考慮機器的動作方向、阻力、速度和安全等因素。如果操縱機構的運動方向與被控制對象的運動方向及儀表顯示方向保持一致，操作就會準確及時；也可簡化培訓過程，改善調節(jié)的速度和精度，并減少事故。操縱機構存在摩擦、彈性、粘性和慣性等阻力是必要的，這可以產生“操縱直接感覺”，使操作連貫，減少振動和過載造成的干擾，保證操作控制的準確性。
　控制動作分為行程調節(jié)和微量調節(jié)。行程調節(jié)可使控制器迅速接近所需位置。微量調節(jié)則使控制器準確地置于所需位置。設計時應使操縱機構與儀表顯示的位移有合適的比率。
　在儀表指示設計中，視覺顯示裝置最多。人的正常視距為46cm～71cm，視角為39°～41°。儀表應設置在操作者正面視野內， 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。儀表高度最好與眼睛相平，上下視線在10°～45°范圍內。指針刻度間距擺角不得小于10°，指針的寬度為1.0mm～2.5mm，并應貼近刻度盤表面，以減少誤差。當有多個儀表并列時，其正常位置變化所對應的指針方向應該相同，閃光信號不要太多，閃光頻率以0.67Hz~1.67Hz為宜。
　由于作為人機系統(tǒng)主體的人有易出錯誤的特性，除通過訓練提高其可靠性外，在操作機構和指示儀表設計中還需采取安全措施，以防偶然錯失而造成嚴重后果。預防方法很多，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，以裝運設備為例， 當總體設計時就應考慮以下幾點：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轉向機構、液壓操縱桿、制動器和踏板等操作機構的排列布置，對于駕駛員應是最方便、最舒適的區(qū)域；③應有與機器性能相適應的操作特性和制動力最佳值范圍，為改善操作進程，可配備導向輔助裝置；④操作者的腳、頭、手臂各部位有足夠的運動空間，坐姿應符合人體解剖學和生理學特點；⑤減少機器的振動性及對操作者的噪聲危害，要降低和控制振動源和噪聲源的強度，必要時可采取個人防振和防噪措施；⑥在操作者所期望的最佳視野，要使視線不被大體積貨載遮擋，必要時可偏置操作者及助手的座位。
　應特別指出，良好的視野狀況意味著操作工作的安全可靠性，也關系到操作者的舒適程度。
　　圖1所示為H20型叉車根據人機工程學確定的最佳操作位置。

　　2　人機結合和人機功能分配
　人與機器的結合形式，依復雜程度不同可分為“勞動者—工具”、“操作者—機器”、“監(jiān)控者—自動機圖1H20型叉車的操作位置器”和“監(jiān)督者-智能機器”等幾種。機器的自動化和智能化使其操縱復雜程度提高，對操作者提出了嚴格要求，操作者的人體功能限制也對機器設計提出了特殊要求。人機結合的原則改變了傳統(tǒng)的只考慮機械性能的設計思想，提出了同時考慮人與機器兩方面因素、以獲取最佳技術經濟效果的設計思想。
　人體的功能動作具有對稱性及協(xié)調性。操作動作的設計應使操作簡便、連貫、協(xié)調和省力。在人機系統(tǒng)中，崗位設計要同人機界面設計結合起來。崗位設計主要應考慮工作空間、工作姿勢、座椅型式、工作臺面、照明及工具安放位置等合理性；人機界面設計主要應考慮控制裝置集中方便、儀器顯示明顯、人機信息交換迅速及時等。通過人機結合的合理設計，可以有效地提高人機系統(tǒng)效率。
　通過對人體特性和機器特性的權衡分析，將人機系統(tǒng)的不同功能恰當地分配給人或機器，稱為功能分配。功能分配是提高人機系統(tǒng)效率的關鍵，例如設計時應考慮人的姿勢不同，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°時蹬力最大（人腿輸出力值分布見圖2）。此外還應考慮人體無條件反應時間為0.1s~0.15s等。
　縱觀人類機械設計史可知，造成產品與人體能力之間不甚協(xié)調的基本原因有兩個，一是在作產品設計時，對人機協(xié)調性不夠重視，沒有認真對待，而是強調人體如何去適應產品。由于人的能力是有限的，對產品的適應性也是有限的，所以就不可能達到期望的人機協(xié)調性。其二是人類對自身生理特點的認識在逐步深化，認識膚淺時則不能提出作為產品設計的約束條件。隨著科學技術的發(fā)展，使人們從正反兩方面的經驗教訓中認識到人機系統(tǒng)協(xié)調關系的重要性，并使研究工作得以強化。
　綜上所述，以裝運設備為例，當做人機功能分配時就應考慮以下幾點：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，必要時可采用技術性的輔助手段；②身體的運動應符合自然的運動規(guī)律，付出的體力應與人體的活動狀況相適應；③不得因姿勢不當而給人體肌肉、關節(jié)、韌帶以及心血管系統(tǒng)造成不必要的負擔；④顯示儀表的選擇設計和布置應與人的視覺、聽覺和觸覺等察覺能力相適應。

　此外還應注意操作手柄要設計得很靈活，以使操作靈活、簡便?？刂瓢粹o的操作力應適當，當手或手指的靜重力作用于按鈕上時，按鈕不應動作，但也不能需施很大勁才能使按鈕動作。只有認真考慮人的因素，才能提高操作的準確性和可靠性，才能充分發(fā)揮人及機器的功能。
　　3　人機系統(tǒng)與環(huán)境因素
　人機系統(tǒng)是在特定環(huán)境中進行工作的。環(huán)境對人機系統(tǒng)的工作效能有很大影響；人機系統(tǒng)對環(huán)境也有具體要求。特別是作為系統(tǒng)主體的人，對工作環(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。
　人機系統(tǒng)的工作環(huán)境是多種多樣的。加工機床一般安設在廠房中，它的空間及鄰近條件基本是不變的；礦山采掘專用設備在野外工作，經受粉塵污染和風雨襲擊比較嚴重，裝運設備用于倒運物料，它與道路狀況和裝卸條件關系密切等等。但不管是何種工作環(huán)境，人們最關心的是溫度、光照、振動及噪聲等幾個方面。
　溫度環(huán)境包括溫度、濕度、風速等因素，表示方式主要是有效溫度（ET）、操作溫度（OT）、四小時汗率指數（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(運動量、穿衣多少、耐熱能力等)有關?？陀^標準的舒適溫度是生理學和醫(yī)學上認為于人體最適宜的溫度：工作時為19℃～21℃。休息時為25℃～29℃。標準溫度為21±3℃。在“工作溫度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又稱為“允許溫度”。生產率與溫度和濕度變化的關系見圖3所示。當溫度為20℃、濕度為50%時，生產率為100%(A點)；當濕度不變，溫度升高至25℃時， 生產率下降至80%(B點)；當溫度升高至40℃、濕度為80%時，生產率下降至65%(C點)。
　工作環(huán)境的光線照度與人的感官疲勞和精神疲勞密切相關。人有舒適度感的基本照度要求是100Lx， 一般工作場合為200Lx，精細加工車間為500Lx。照明光線應均勻，無眩光，光色合適。對于裝運設備特別要注意，司機室應有遮陽裝置，避免太陽的直接眩光，并要避免鏡面、臺面強反射眩光。當幾面開窗有多個陰陽時，應采用控光玻璃來減弱相反方向的入射光，手和身體在臺面上的陰影不要造成干擾，以免引起不舒適感覺，產生過早視覺疲勞、工作效率降低和活動能力減弱等狀況。
　人體是一個彈性系統(tǒng)， 有自己的振動特性(以4Hz～8Hz、10Hz～12Hz、20Hz～25Hz為第1、2、3共振峰)，人的各個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，內臟為5Hz～8Hz，神經為245Hz～250Hz。振動會使人不舒適，降低人的視覺和操作效率，增多失誤，尤其發(fā)生共振時，可能造成人體疾患。研制產品時，要通過測試檢查，并在設備結構和元件上采用隔振、吸振和緩沖減震等裝置，避免達到生理臨界范圍的機械振動和將沖擊傳至人體。

　噪聲是工業(yè)中多見的污染因素。工業(yè)噪聲主要是由企業(yè)內的各種設備產生的。噪聲會使聽力下降，注意力不易集中，反應遲鈍，容易疲乏，不僅使工作速度受到影響，而且會降低工作質量。如果噪聲級超過85dB，將會危害人的神經系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內分泌系統(tǒng)，產生神經衰弱和高血壓等病癥。所以，設計產品時必須考慮降噪和防噪問題。工程中經常采取如下幾項措施：①采用能夠吸收噪聲的材料和結構，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實的材料或裝置隔離噪聲傳播的通路，控制噪聲；③對于振動較嚴重的噪聲源，可采用彈簧、橡膠和氣墊等元件減少振動力的傳遞或者在振動表面覆蓋以阻尼材料，降低噪聲輻射率。
　在設備的減噪和防噪設計中采取何種措施為好，要在仔細檢測的基礎上，根據噪聲源和傳播途徑有針對性地選擇，而且必須兼顧技術可行性和經濟性，以獲得理想效益。