【正文】 整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合于綜合集成，并在有序信息流的控制下，形成物質(zhì)與能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在高功能、高質(zhì)量、高性能等諸方面實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)的工程技術(shù)。近年來我國的一些大學(xué)和研究所作了研究與探索工作，一些新的機(jī)床設(shè)計(jì)研究方法也相繼出現(xiàn)，例如昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院相關(guān)研究人員研究過基于人機(jī)工程學(xué)的數(shù)控機(jī)床控制面板設(shè)計(jì)和機(jī)床造型設(shè)計(jì)，但僅限于一般性設(shè)計(jì)理論的提出,并未將其應(yīng)用化,且其研究內(nèi)容并不包括人機(jī)檢測(cè)部分。湖南大學(xué)趙江洪教授所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了數(shù)控機(jī)床ICAID原型系統(tǒng), 該系統(tǒng)重點(diǎn)是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)而開發(fā),在人機(jī)設(shè)計(jì)方面更為注重的是設(shè)計(jì)知識(shí)參考的提供和操作過程的研究,在人機(jī)檢測(cè)和視域設(shè)計(jì)方面的研究尚未涉及到【3】。我國對(duì)于數(shù)控機(jī)床首創(chuàng)了XNZD2415型數(shù)控龍門混聯(lián)機(jī)床，該機(jī)床充分吸收并聯(lián)機(jī)床的配置靈活與多樣性和傳統(tǒng)機(jī)床加工范圍大的優(yōu)點(diǎn)，通過兩自由度平行四邊形并聯(lián)機(jī)構(gòu)形成基礎(chǔ)龍門，在并聯(lián)平臺(tái)上附加兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的A、C軸擺角銑頭，配以工作臺(tái)的縱向移動(dòng)，可完成五自由度的運(yùn)動(dòng)。該構(gòu)型為國際首創(chuàng)。由上述國內(nèi)外對(duì)數(shù)控機(jī)床的人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀可以看出國內(nèi)對(duì)機(jī)床的人機(jī)研究與國外存在著一定的差距。國內(nèi)在研究較多的軟件UG 上所開發(fā)的人機(jī)模塊多是針對(duì)汽車行業(yè)的,專門針對(duì)機(jī)床產(chǎn)品的人機(jī)檢測(cè)的軟件模塊非常少見，而且某些研究方法還不夠完善，需要在人機(jī)研究方面給予更多的關(guān)注。 課題內(nèi)容1．提出：在整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)中機(jī)床要由人操作使用來實(shí)現(xiàn)其功能，機(jī)床功能的實(shí)現(xiàn)很大程度上取決于人使用的好壞，而人機(jī)交互的過程影響著操作者使用機(jī)床的狀態(tài)，因此使用人機(jī)工程學(xué)對(duì)機(jī)床造型進(jìn)行改善，讓機(jī)床以易懂、安全、舒適、親切的方式呈現(xiàn)給使用者，為使用者創(chuàng)造良好的人機(jī)交互環(huán)境。在對(duì)機(jī)床造型進(jìn)行改善設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的工作功能與操作特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)的系統(tǒng)研究，分別從數(shù)控機(jī)床外觀造型人機(jī)分析、數(shù)控機(jī)床控制面板人機(jī)界面研究、機(jī)床色彩人性化設(shè)計(jì)研究、機(jī)床標(biāo)牌人性化研究等方面進(jìn)行研究，使機(jī)床設(shè)計(jì)在其功能性、操作性的基礎(chǔ)上加入人的因素，將人作為設(shè)計(jì)的主題，做到以人為本。2．解決方法：UG軟件建模，用一定的測(cè)量手段對(duì)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量，然后運(yùn)用UG軟件根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)建立機(jī)床模型，根據(jù)模型分析機(jī)床關(guān)鍵尺寸是否滿足人體尺寸要求，最后再根據(jù)分析結(jié)果提出改進(jìn)。3．設(shè)計(jì)內(nèi)容：數(shù)控機(jī)床通過機(jī)床門、控制面板、觀察窗等外觀部件以及機(jī)床的著色效果給人以直觀的感受 ，能夠直接影響到用戶的生理心理狀況。在課題中針對(duì)這些影響因素，采用一定的測(cè)量技術(shù)測(cè)量其關(guān)鍵尺寸，通過UG軟件建模分析機(jī)床是否滿足人體的關(guān)鍵尺寸，根據(jù)分析結(jié)果提出改進(jìn)方案。為了讓用戶能夠舒適輕松的使用機(jī)床，在人體測(cè)量學(xué)、色彩心理學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)床的操作面板、觀察窗、把手等部件進(jìn)行造型及尺寸的改進(jìn)，使得機(jī)床各外觀部件與機(jī)床整體造型相協(xié)調(diào)，機(jī)床整體造型與外部工作環(huán)境相協(xié)調(diào)。除了機(jī)床的造型尺寸與人的感覺直接相關(guān)，機(jī)床的著色效果也對(duì)用戶的心理產(chǎn)生直接的影響。根據(jù)機(jī)床的外觀部件的不同功能、對(duì)機(jī)床整體功能的影響程度，進(jìn)行特殊的色彩處理，使得用戶能夠獲得心理安全感，并且能夠根據(jù)顏色迅速獲取機(jī)床表達(dá)的信息，提高人機(jī)系統(tǒng)的效率。第二章 人機(jī)工程學(xué)與數(shù)控機(jī)床關(guān)系 人機(jī)工程學(xué)概念人機(jī)工程學(xué)就是按照人的特性設(shè)計(jì)和改進(jìn)人機(jī)系統(tǒng)的科學(xué)。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)環(huán)境之間的最佳匹配，人機(jī)工程學(xué)把人的工作優(yōu)化問題作為追求的重要目標(biāo)。其標(biāo)志是使處于不同條件下的人能夠高效、安全、健康、舒適地工作和生活。 人機(jī)工程學(xué)發(fā)展史自從有人類文明開始，人類社會(huì)中就一直存在人機(jī)工程的影子。最早時(shí)期的猿人使用石器，就是為了能夠使自己的力量得到最大的發(fā)揮，從而增加自己的存活能力。當(dāng)時(shí)都是出于懵懂的需求，人機(jī)工程還沒有形成規(guī)范。直到進(jìn)入了20世紀(jì)，人們開始了對(duì)工效的研究。當(dāng)時(shí)進(jìn)行了著名的鐵鏟實(shí)驗(yàn)、時(shí)間研究實(shí)驗(yàn)，還進(jìn)行了動(dòng)作研究、作業(yè)疲勞研究、工作站設(shè)計(jì)等。這個(gè)時(shí)候雖然已經(jīng)孕育了人機(jī)工程學(xué)的思想萌芽，但人機(jī)關(guān)系總的特點(diǎn)是以機(jī)器為中心，通過選拔與培訓(xùn)使人去適應(yīng)機(jī)器。人機(jī)工程真正興起的時(shí)間是一戰(zhàn)到二戰(zhàn)之間，這個(gè)時(shí)期開始了對(duì)工效的研究，而且還應(yīng)用了心理學(xué)的知識(shí)。自“霍桑實(shí)驗(yàn)”后，研究提高工作效率時(shí)開始重視情緒、動(dòng)機(jī)等社會(huì)因素的作用。從第二次世界大戰(zhàn)到20世紀(jì)60年代，人機(jī)工程進(jìn)入了成長時(shí)期，這個(gè)時(shí)期開始了人機(jī)關(guān)系的研究，從使人適應(yīng)機(jī)器轉(zhuǎn)入到使機(jī)器適應(yīng)人的新階段，為人機(jī)學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)【4】。20世紀(jì)60年代以后，人機(jī)工程學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，這個(gè)時(shí)期人因工程學(xué)的發(fā)展有三個(gè)基本趨向：研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。應(yīng)用的范圍越來越廣。在高技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮作用。 人機(jī)工程學(xué)研究內(nèi)容人機(jī)工程學(xué)的研究包括理論研究和應(yīng)用研究兩個(gè)方面，但學(xué)科研究的總趨勢(shì)側(cè)重于應(yīng)用。人機(jī)工程的根本研究方向是通過揭示人機(jī)環(huán)境之間相互關(guān)系的規(guī)律，以確保系統(tǒng)總體的最優(yōu)化。其主要內(nèi)容可概括為以下幾個(gè)方面【4】：⑴研究人的生理與心理特征。人的生理、心理特性和能力限度，是人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)。⑵研究人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。人機(jī)系統(tǒng)的效能取決于它的總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本問題是人與機(jī)器之間的分工以及人與機(jī)器之間如何有效地進(jìn)行信息交流等問題。⑶研究人機(jī)界面設(shè)計(jì)。在人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)相互作用的過程，就是利用人機(jī)界面聲的顯示器與控制器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交換的過程。顯示器是向人傳遞信息的裝置，控制器則接受人發(fā)出去的信息。顯示器研究包括視覺、聽覺、觸覺等各種類型顯示器的設(shè)計(jì)，同時(shí)還要研究顯示器的布置和組合問題，使其與人的感覺器官特性相適應(yīng)?？刂破髟O(shè)計(jì)研究包括各種操縱裝置的形狀、大小、位置以及作用力等在人體解剖學(xué)、生物力學(xué)和心理學(xué)等方面的問題，使其與人的運(yùn)動(dòng)器官特性相適應(yīng)。保證人與機(jī)之間的信息交換迅速。準(zhǔn)確，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化⑷研究工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)與改善。工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)人的工作效率有著直接影響。該項(xiàng)研究的目的是使人的工作條件合理，工作范圍適宜，工作姿勢(shì)正確，達(dá)到工作時(shí)不易疲勞、方便舒適、安全可靠和提高效率的目的。⑸研究工作環(huán)境及其改善。任何人機(jī)系統(tǒng)都處于一定的環(huán)境中，因此人機(jī)系統(tǒng)的功能不能不受環(huán)境因素影響，人與機(jī)相比，受影響的程度更大。該研究的目的是為人創(chuàng)造安全、健康、舒適的作業(yè)環(huán)境，提高人的工作、生活質(zhì)量，保證人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)的高效率。⑹研究作業(yè)方法及其改善。作業(yè)是人機(jī)關(guān)系的主要表現(xiàn)形式，也是人機(jī)系統(tǒng)的工作過程，只有通過作業(yè)才能產(chǎn)生系統(tǒng)的成果。人機(jī)工程主要研究人從事體力作業(yè)、機(jī)能作業(yè)和腦力作業(yè)時(shí)的生理和心理反應(yīng)、工作能力及信息處理特點(diǎn)，該研究目的是尋求經(jīng)濟(jì)、省力、安全、有效的作業(yè)方法，消除無效勞動(dòng)，減輕疲勞，合理利用人力和設(shè)備，提高系統(tǒng)效率。⑺研究系統(tǒng)的安全性和可靠性。人機(jī)系統(tǒng)已向高度精密、復(fù)雜和快速化發(fā)展，像這種系統(tǒng)的失效將可能產(chǎn)生重大損失和嚴(yán)重后果。實(shí)踐表明，系統(tǒng)的事故絕大多數(shù)是由人為失誤造成的，因此研究人為失誤的特征和規(guī)律，尋找導(dǎo)致人為失誤的各種因素，變得很重要。⑻研究組織與管理的效率。人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)的研究應(yīng)與組織、管理、文化和社會(huì)相適應(yīng)。 人機(jī)工程學(xué)的研究方法研究方法在科學(xué)發(fā)展中具有重要作用，只有掌握科學(xué)的研究方法才會(huì)使研究工作取得預(yù)期的成果。人機(jī)工程學(xué)是由多學(xué)科交叉形成的，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，因此其研究方法也很多。其常用的研究方法有：調(diào)查法、觀測(cè)法、實(shí)驗(yàn)法、心理測(cè)量法、心理測(cè)驗(yàn)法和圖示模型法，此外人機(jī)工程的研究方法還有很多，如工作研究、模擬法等相關(guān)學(xué)科的研究方法。 數(shù)控機(jī)床的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)讓人適應(yīng)機(jī)器的時(shí)代已悄然而去，現(xiàn)在由于人機(jī)相互不夠協(xié)調(diào)而工作效率低下的問題越來越被人們所重視，如何提高人機(jī)效率成為了一項(xiàng)重要的課題。人機(jī)工程就是一門旨在以人為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行人機(jī)環(huán)境改善，提高系統(tǒng)效率和效益，同時(shí)保證人的安全、健康和舒適的一門學(xué)科。利用人機(jī)工程對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得機(jī)床以適應(yīng)人為出發(fā)點(diǎn)，提高使用者操作舒適度，提高效率。在使用人機(jī)工程學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要從生理上與心理上進(jìn)行設(shè)計(jì)。生理上主要是基于人體尺寸的機(jī)床尺寸設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)，心理上的設(shè)計(jì)則使用色彩心理學(xué)進(jìn)行機(jī)床的著色處理、整體造型設(shè)計(jì)，機(jī)床外部的操作環(huán)境設(shè)計(jì)則與生理、心理均有關(guān)聯(lián)。大量查閱資料后以標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其滿足人的生理、心理需求，則操作者在工作的時(shí)候會(huì)心情愉悅，提高人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)的效率。第三章 模型的建立 主要尺寸測(cè)定與分析對(duì)南京邁順數(shù)控機(jī)床用卷尺進(jìn)行尺寸采集，測(cè)量誤差控制在5mm之內(nèi)，測(cè)量關(guān)鍵尺寸如下：控制面板：寬400mm,高405mm，中心高1525mm，分兩塊，上半部分高150mm,下半部分高250mm；顯示屏：高112mm，寬150mm，中心高1635mm；觀察窗：高575mm，寬450mm，中心高1245mm；門把手：直徑23mm，長450mm，中心高1195mm；：男性50百分位眼高為1568mm，肘高為1024mm；女性50百分位眼高為1454mm，肘高為960mm。結(jié)論：顯示屏中心高1635mm 肘高1568mm，故顯示屏偏高；面板中心高1525mm 肘高1024mm，故控制面板偏高；肘高1024mm在門把手可調(diào)范圍970mm~1410mm內(nèi)，故門把手尺寸合理；觀察窗中心高1245mm,低于人眼高1454mm,符合人們的工作姿勢(shì)要求。 原始模型建立使用UG ，UG是一款功能強(qiáng)大的三維畫圖軟件，能夠詳細(xì)的模擬出機(jī)床環(huán)境，用UG畫出的模型如圖3圖32所示：圖31 原機(jī)床UG模型圖32 原機(jī)床控制面板 機(jī)床人機(jī)工程方面的不足，結(jié)合圖31與圖32，發(fā)現(xiàn)其有以下不足之處：機(jī)床控制面板過高，大多數(shù)操作者操作時(shí)手臂上舉，這樣會(huì)加快操作者的疲勞程度。顯示器過高，大多數(shù)使用者仰視著屏幕，長期如此操作，操作者會(huì)感到脖子酸疼，眼睛疲勞?？刂泼姘迮c機(jī)床平行，當(dāng)操作者加工零件時(shí)，眼睛在面板與零件之間轉(zhuǎn)動(dòng)角度過大，會(huì)加快眼睛疲勞速度。機(jī)床色彩過于單調(diào)，而且面板色彩對(duì)比不明顯，易使人視覺疲勞。面板按鍵磨損，有些按鍵上的符號(hào)不清晰，且按鍵使用時(shí)有點(diǎn)吃力。面板布局存在不合理的地方，應(yīng)將旋鈕并排放在近視野范圍內(nèi)，降低辨認(rèn)難度。觀察窗玻璃透明度偏低，增加了眼睛觀察工件的難度。