【正文】 整個系統(tǒng)有機結合于綜合集成，并在有序信息流的控制下，形成物質與能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質量、高性能等諸方面實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)的工程技術。近年來我國的一些大學和研究所作了研究與探索工作，一些新的機床設計研究方法也相繼出現(xiàn)，例如昆明理工大學機電工程學院相關研究人員研究過基于人機工程學的數(shù)控機床控制面板設計和機床造型設計，但僅限于一般性設計理論的提出,并未將其應用化,且其研究內(nèi)容并不包括人機檢測部分。湖南大學趙江洪教授所帶領的科研團隊開發(fā)了數(shù)控機床ICAID原型系統(tǒng), 該系統(tǒng)重點是針對網(wǎng)絡環(huán)境下的數(shù)控機床設計而開發(fā),在人機設計方面更為注重的是設計知識參考的提供和操作過程的研究,在人機檢測和視域設計方面的研究尚未涉及到【3】。我國對于數(shù)控機床首創(chuàng)了XNZD2415型數(shù)控龍門混聯(lián)機床，該機床充分吸收并聯(lián)機床的配置靈活與多樣性和傳統(tǒng)機床加工范圍大的優(yōu)點，通過兩自由度平行四邊形并聯(lián)機構形成基礎龍門，在并聯(lián)平臺上附加兩自由度串聯(lián)機構的A、C軸擺角銑頭，配以工作臺的縱向移動，可完成五自由度的運動。該構型為國際首創(chuàng)。由上述國內(nèi)外對數(shù)控機床的人機工程設計研究現(xiàn)狀可以看出國內(nèi)對機床的人機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)的人機模塊多是針對汽車行業(yè)的,專門針對機床產(chǎn)品的人機檢測的軟件模塊非常少見，而且某些研究方法還不夠完善，需要在人機研究方面給予更多的關注。 課題內(nèi)容1．提出：在整個人機系統(tǒng)中機床要由人操作使用來實現(xiàn)其功能，機床功能的實現(xiàn)很大程度上取決于人使用的好壞，而人機交互的過程影響著操作者使用機床的狀態(tài)，因此使用人機工程學對機床造型進行改善，讓機床以易懂、安全、舒適、親切的方式呈現(xiàn)給使用者，為使用者創(chuàng)造良好的人機交互環(huán)境。在對機床造型進行改善設計時，根據(jù)數(shù)控機床的工作功能與操作特點，對其進行人機工程學的系統(tǒng)研究，分別從數(shù)控機床外觀造型人機分析、數(shù)控機床控制面板人機界面研究、機床色彩人性化設計研究、機床標牌人性化研究等方面進行研究，使機床設計在其功能性、操作性的基礎上加入人的因素，將人作為設計的主題，做到以人為本。2．解決方法：UG軟件建模，用一定的測量手段對數(shù)控機床的關鍵尺寸進行測量，然后運用UG軟件根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)建立機床模型，根據(jù)模型分析機床關鍵尺寸是否滿足人體尺寸要求，最后再根據(jù)分析結果提出改進。3．設計內(nèi)容：數(shù)控機床通過機床門、控制面板、觀察窗等外觀部件以及機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。在課題中針對這些影響因素，采用一定的測量技術測量其關鍵尺寸，通過UG軟件建模分析機床是否滿足人體的關鍵尺寸，根據(jù)分析結果提出改進方案。為了讓用戶能夠舒適輕松的使用機床，在人體測量學、色彩心理學的基礎上對機床的操作面板、觀察窗、把手等部件進行造型及尺寸的改進，使得機床各外觀部件與機床整體造型相協(xié)調(diào)，機床整體造型與外部工作環(huán)境相協(xié)調(diào)。除了機床的造型尺寸與人的感覺直接相關，機床的著色效果也對用戶的心理產(chǎn)生直接的影響。根據(jù)機床的外觀部件的不同功能、對機床整體功能的影響程度，進行特殊的色彩處理，使得用戶能夠獲得心理安全感，并且能夠根據(jù)顏色迅速獲取機床表達的信息，提高人機系統(tǒng)的效率。第二章 人機工程學與數(shù)控機床關系 人機工程學概念人機工程學就是按照人的特性設計和改進人機系統(tǒng)的科學。為了實現(xiàn)人機環(huán)境之間的最佳匹配，人機工程學把人的工作優(yōu)化問題作為追求的重要目標。其標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。 人機工程學發(fā)展史自從有人類文明開始，人類社會中就一直存在人機工程的影子。最早時期的猿人使用石器，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。當時都是出于懵懂的需求，人機工程還沒有形成規(guī)范。直到進入了20世紀，人們開始了對工效的研究。當時進行了著名的鐵鏟實驗、時間研究實驗，還進行了動作研究、作業(yè)疲勞研究、工作站設計等。這個時候雖然已經(jīng)孕育了人機工程學的思想萌芽，但人機關系總的特點是以機器為中心，通過選拔與培訓使人去適應機器。人機工程真正興起的時間是一戰(zhàn)到二戰(zhàn)之間，這個時期開始了對工效的研究，而且還應用了心理學的知識。自“霍桑實驗”后，研究提高工作效率時開始重視情緒、動機等社會因素的作用。從第二次世界大戰(zhàn)到20世紀60年代，人機工程進入了成長時期，這個時期開始了人機關系的研究，從使人適應機器轉入到使機器適應人的新階段，為人機學的誕生奠定了基礎【4】。20世紀60年代以后，人機工程學進入了一個新的發(fā)展階段，這個時期人因工程學的發(fā)展有三個基本趨向：研究領域不斷擴大。應用的范圍越來越廣。在高技術領域中發(fā)揮作用。 人機工程學研究內(nèi)容人機工程學的研究包括理論研究和應用研究兩個方面，但學科研究的總趨勢側重于應用。人機工程的根本研究方向是通過揭示人機環(huán)境之間相互關系的規(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，是人機環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的基礎。⑵研究人機系統(tǒng)總體設計。人機系統(tǒng)的效能取決于它的總體設計。系統(tǒng)設計的基本問題是人與機器之間的分工以及人與機器之間如何有效地進行信息交流等問題。⑶研究人機界面設計。在人機系統(tǒng)中，人與機相互作用的過程，就是利用人機界面聲的顯示器與控制器，實現(xiàn)人機信息交換的過程。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計，同時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?？刂破髟O計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、生物力學和心理學等方面的問題，使其與人的運動器官特性相適應。保證人與機之間的信息交換迅速。準確，從而實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化⑷研究工作場所設計與改善。工作場所設計的合理性，對人的工作效率有著直接影響。該項研究的目的是使人的工作條件合理，工作范圍適宜，工作姿勢正確，達到工作時不易疲勞、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。任何人機系統(tǒng)都處于一定的環(huán)境中，因此人機系統(tǒng)的功能不能不受環(huán)境因素影響，人與機相比，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、生活質量，保證人機環(huán)境系統(tǒng)的高效率。⑹研究作業(yè)方法及其改善。作業(yè)是人機關系的主要表現(xiàn)形式，也是人機系統(tǒng)的工作過程，只有通過作業(yè)才能產(chǎn)生系統(tǒng)的成果。人機工程主要研究人從事體力作業(yè)、機能作業(yè)和腦力作業(yè)時的生理和心理反應、工作能力及信息處理特點，該研究目的是尋求經(jīng)濟、省力、安全、有效的作業(yè)方法，消除無效勞動，減輕疲勞，合理利用人力和設備，提高系統(tǒng)效率。⑺研究系統(tǒng)的安全性和可靠性。人機系統(tǒng)已向高度精密、復雜和快速化發(fā)展，像這種系統(tǒng)的失效將可能產(chǎn)生重大損失和嚴重后果。實踐表明，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。人機環(huán)境系統(tǒng)的研究應與組織、管理、文化和社會相適應。 人機工程學的研究方法研究方法在科學發(fā)展中具有重要作用，只有掌握科學的研究方法才會使研究工作取得預期的成果。人機工程學是由多學科交叉形成的，應用領域非常廣泛，因此其研究方法也很多。其常用的研究方法有：調(diào)查法、觀測法、實驗法、心理測量法、心理測驗法和圖示模型法，此外人機工程的研究方法還有很多，如工作研究、模擬法等相關學科的研究方法。 數(shù)控機床的人機工程學設計讓人適應機器的時代已悄然而去，現(xiàn)在由于人機相互不夠協(xié)調(diào)而工作效率低下的問題越來越被人們所重視，如何提高人機效率成為了一項重要的課題。人機工程就是一門旨在以人為出發(fā)點進行人機環(huán)境改善，提高系統(tǒng)效率和效益，同時保證人的安全、健康和舒適的一門學科。利用人機工程對數(shù)控機床進行設計，使得機床以適應人為出發(fā)點，提高使用者操作舒適度，提高效率。在使用人機工程學相關知識對機床進行設計時，主要從生理上與心理上進行設計。生理上主要是基于人體尺寸的機床尺寸設計、人機界面設計，心理上的設計則使用色彩心理學進行機床的著色處理、整體造型設計，機床外部的操作環(huán)境設計則與生理、心理均有關聯(lián)。大量查閱資料后以標準的規(guī)范對機床進行設計，使其滿足人的生理、心理需求，則操作者在工作的時候會心情愉悅，提高人機環(huán)境系統(tǒng)的效率。第三章 模型的建立 主要尺寸測定與分析對南京邁順數(shù)控機床用卷尺進行尺寸采集，測量誤差控制在5mm之內(nèi)，測量關鍵尺寸如下：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要求。 原始模型建立使用UG ，UG是一款功能強大的三維畫圖軟件，能夠詳細的模擬出機床環(huán)境，用UG畫出的模型如圖3圖32所示：圖31 原機床UG模型圖32 原機床控制面板 機床人機工程方面的不足，結合圖31與圖32，發(fā)現(xiàn)其有以下不足之處：機床控制面板過高，大多數(shù)操作者操作時手臂上舉，這樣會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，操作者會感到脖子酸疼，眼睛疲勞?？刂泼姘迮c機床平行，當操作者加工零件時，眼睛在面板與零件之間轉動角度過大，會加快眼睛疲勞速度。機床色彩過于單調(diào)，而且面板色彩對比不明顯，易使人視覺疲勞。面板按鍵磨損，有些按鍵上的符號不清晰，且按鍵使用時有點吃力。面板布局存在不合理的地方，應將旋鈕并排放在近視野范圍內(nèi)，降低辨認難度。觀察窗玻璃透明度偏低，增加了眼睛觀察工件的難度。