產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)
羅潤民 王俊發(fā) 李生寶 楊德華 胡付生 劉彥兵
摘 要：我國是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，現(xiàn)在已成為農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品制造和使用大國，同時(shí)，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化離不開農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的現(xiàn)代化。近年來，不同品牌的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品在技術(shù)層面的差距越來越小，產(chǎn)品功能已經(jīng)不再成為品牌競爭的主要手段。在這樣的背景下，作為能使產(chǎn)品與眾不同的重要特質(zhì)，人機(jī)工程學(xué)在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用情況，將是農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品差異化競爭的重要手段。因此，對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品人機(jī)工程學(xué)的研究將有助于農(nóng)業(yè)機(jī)械企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的形成。
關(guān)鍵詞：農(nóng)機(jī)產(chǎn)品；人機(jī)工程學(xué)；安全；便利
農(nóng)機(jī)產(chǎn)品作為一種需要使用者長時(shí)間、持續(xù)性的操作的機(jī)械系統(tǒng)，在其設(shè)計(jì)之初是否充分運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)理論知識(shí)，將直接關(guān)系到使用者生產(chǎn)作業(yè)時(shí)的安全和舒適，以及能否減輕使用者疲勞程度和提高工作效率。如果農(nóng)機(jī)產(chǎn)品能夠具備優(yōu)良的人機(jī)性能，既能滿足使用者的作業(yè)要求，又能使作業(yè)者操作起來更加方便、安全和舒適，同時(shí)可以減少使用者身體疲勞和精神負(fù)擔(dān)。
中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化離不開農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的現(xiàn)代化。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國農(nóng)機(jī)在普及率、產(chǎn)量上不斷提高，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度越來越高。然而不可忽略的一點(diǎn)是農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量卻沒有同步增長，存在著設(shè)計(jì)理念缺失、造型粗狂簡單、操作不便、不符合人體工程學(xué)要求等諸多問題。這樣就造成了我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力，所以，加強(qiáng)我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)刻不容緩。
1 人機(jī)工程學(xué)簡介
在人機(jī)工程學(xué)發(fā)展的不同歷史時(shí)期，不同的學(xué)者提出過多種關(guān)于人機(jī)工程學(xué)的定義，分別反映了當(dāng)時(shí)人機(jī)學(xué)學(xué)科思想的側(cè)重點(diǎn)。國際上較為常見的名稱有：人類工效學(xué)，或簡稱工效學(xué)，這個(gè)學(xué)科名稱在世界上應(yīng)用最廣；人的因素（學(xué)），或人因工程（學(xué)），美國一直沿用的名稱，某些東南亞國家和我國臺(tái)灣也采用這個(gè)名稱；人類工程學(xué)，或稱人體工程學(xué)；工程心理學(xué)以及人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)、宜人性設(shè)計(jì)（人機(jī)工程設(shè)計(jì)）等等。國際人機(jī)工程學(xué)學(xué)會(huì)（IEA，International Ergonomics Association）對(duì)人機(jī)工程學(xué)下過國際學(xué)者較為認(rèn)可的定義，即人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素，研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用，研究在工作中、家庭生活中與閑暇時(shí)怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學(xué)科。
2 農(nóng)機(jī)產(chǎn)品簡介
農(nóng)機(jī)，即農(nóng)業(yè)機(jī)械，是指在作物種植業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中以及農(nóng)、畜產(chǎn)品初加工和處理過程中所使用的各種機(jī)械。我國新石器時(shí)代的仰韶文化時(shí)期就有了原始的耕地工具——耒耜；在公元前3世紀(jì)，與耕地、播種、收獲、加工和灌溉等種植業(yè)相關(guān)的鐵、木制農(nóng)具開始大量出現(xiàn)；公元前90年前后，趙國發(fā)明的三行耬，即三行條播機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)至今仍被應(yīng)用；到9世紀(jì)已形成結(jié)構(gòu)相當(dāng)完備的畜力鏵式犁。
在20世紀(jì)30年代，馬拉收割機(jī)、馬拉谷物聯(lián)合收獲機(jī)等畜力機(jī)械相繼出現(xiàn)；40年代起，自走式的谷物聯(lián)合收獲機(jī)逐漸成為主流；到了50年代，先后制造并推廣使用了谷物播種機(jī)、割草機(jī)和玉米播種機(jī)等；到了60年代，水果、蔬菜等農(nóng)副產(chǎn)品的收獲機(jī)械開始迅速發(fā)展；從70年代開始，伴隨著科技革命的進(jìn)程，電子技術(shù)開始逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品作業(yè)過程的監(jiān)測和自身控制，產(chǎn)品的自動(dòng)化程度逐漸提高。進(jìn)入21世紀(jì)，液壓技術(shù)、電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)、紅外線、GPS等新技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品開始朝著人性化、智能化、集成化、多元化的方向發(fā)展。
3 農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)分析
3.1 農(nóng)機(jī)駕駛視野分析
農(nóng)機(jī)的駕駛視野起到掌握農(nóng)機(jī)工作情況和確保行駛安全的作用。除了駕駛室內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備外，其視野主要受農(nóng)機(jī)玻璃門窗的影響。因此，為了提高農(nóng)機(jī)駕駛者的視野，一是可以改進(jìn)、擴(kuò)大門窗玻璃，二是可以改進(jìn)倒車鏡、駕駛室內(nèi)電子監(jiān)控設(shè)施等設(shè)施。
3.2 農(nóng)機(jī)顯示設(shè)備分析
農(nóng)機(jī)的顯示設(shè)備（儀表）的人機(jī)因素設(shè)計(jì)尤為重要，不僅關(guān)系到作業(yè)效率，更關(guān)系到操作者的人身安全。農(nóng)機(jī)的儀表設(shè)計(jì)應(yīng)將各種信息盡可能地顯示在人的視覺特點(diǎn)范圍內(nèi)，使得操作人員頭部自然轉(zhuǎn)動(dòng)甚至不需要轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下就可以方便地看清儀表顯示數(shù)據(jù)。
儀表排列時(shí)水平范圍應(yīng)大于垂直范圍，且遵循自左至右、自上而下和順時(shí)針方向排列。按儀表的重要程度和使用頻率差異，應(yīng)以左上方布置為最優(yōu)，然后依次為右上方、左下方、右下方。表盤上字符的設(shè)計(jì)應(yīng)該力求能淸晰地顯示信息，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)刈煮w和大小。儀表的指針方面，形狀盡可能簡單，宜采用頭部尖、尾部平、中間等寬的指針。除了顯示儀表在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用，聲音提示、數(shù)字顯示、屏幕顯示也越來越多地運(yùn)用到農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中來，并且為及時(shí)、有效、直觀地反映農(nóng)機(jī)運(yùn)行狀況起到了很好的保障作用。
3.3 農(nóng)機(jī)駕駛座椅分析
座椅的相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)來源于對(duì)人體動(dòng)態(tài)和靜態(tài)尺寸的研究。但由于操作人員需要長時(shí)間動(dòng)態(tài)操作，故而人體的尺寸參數(shù)僅僅是參考因素之一。面臨不同的座椅參數(shù)，需要綜合考慮操作需要、動(dòng)態(tài)尺寸、大小百分位等因素，進(jìn)行靈活運(yùn)用。為了保證坐墊上合理的體壓分布 ， 坐墊應(yīng)相對(duì)結(jié)實(shí)平坦。另外，座椅靠背應(yīng)保證有對(duì)人體背部和腰部的合理支承。在農(nóng)機(jī)駕駛座椅的材料選擇方面，要充分考慮到座椅材料的震動(dòng)舒適性以及對(duì)人體熱環(huán)境的影響。
3.4 操控裝置分析
對(duì)作業(yè)空間內(nèi)的操控裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須要注重以人為中心，結(jié)合人體測量學(xué)數(shù)據(jù)，同時(shí)操控裝置的排布還必須要兼顧人的心理因素，以減輕農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)操作者的疲勞感和單調(diào)厭倦感。
操控裝置設(shè)計(jì)時(shí)除了必須使用手來操作的工作外，應(yīng)盡量釆用腳踏控制裝置，并要確保所有操控裝置簡單易操作，靠單人即可完成。布置時(shí)還應(yīng)考慮功能性，將功能上相關(guān)或相近的控制器按順序就近布置。對(duì)于按鈕等性質(zhì)的操作裝置或重要的操控器須有燈光或聲音的配合。
4 結(jié)語
當(dāng)前，我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品鼓勵(lì)政策的出臺(tái)以及國內(nèi)外農(nóng)機(jī)市場需求不斷增加，對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的性能及人性化要求也不斷提高。因此，企業(yè)必須要將人機(jī)工程學(xué)理論應(yīng)用到農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程中，為國內(nèi)外農(nóng)機(jī)用戶提供質(zhì)量可靠、充滿人性化的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。
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作者簡介：羅潤民，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)2012級(jí)本科生。
通訊作者：王俊發(fā)，教授，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士生導(dǎo)師。
