【文章內(nèi)容簡介】 在科學(xué)發(fā)展中具有重要作用，只有掌握科學(xué)的研究方法才會使研究工作取得預(yù)期的成果。 人機 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(guān)學(xué)科的研究方法。 數(shù)控機床的人機工程學(xué)設(shè)計 讓人適應(yīng)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(xué)科。 利用人機工程對數(shù)控機床進行設(shè)計，使得機床以適應(yīng)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(xué) 相關(guān)知識對機床進行 設(shè)計時， 主要從生理上與心理上進行設(shè)計。生理上 主要是基于人體尺 寸的機床尺寸設(shè)計、人機界面設(shè)計，心理上的設(shè)計則 使用色彩心理學(xué)進行機床的著色處理、整體造型設(shè)計，機床外部的操作環(huán)境設(shè)計則 與生理、心理均有關(guān)聯(lián) 。 大量 查閱資料 后 以標準的規(guī)范對機床進行設(shè)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。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 9 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(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； 查 第四章節(jié) 表 基本人體尺寸 得到 ： 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要求 。 原始模型建立 使用 UG 對數(shù)控機床建立原始模型， 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： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 10 圖 31 原機床 UG 模型 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 圖 32 原機床控制面板 機床 人機工程方面 的不足 根據(jù) 章節(jié) 對 該機床關(guān)鍵尺寸 的分析結(jié)果 ， 結(jié)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。 控制面板與機床平行，當操作者加工零件時，眼睛在面板與零件之間轉(zhuǎn)動角度過大，會加快眼睛疲勞 速度 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 12 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(yīng)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。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 13 第四 章 基本 尺寸設(shè)計 數(shù)控機床是現(xiàn)代高科技機電產(chǎn)品的一種重要設(shè)備 ,正在被廣泛地應(yīng)用于加工制造業(yè)的各個領(lǐng)域，運用人機 工程學(xué)的相關(guān)知識，以標準人體尺寸來設(shè)計機床尺寸，讓機床符合人的需求，提高人機工作效率。 基本操作 姿勢 操著者使用數(shù)控機床采用立姿工作體位， 該體位具有以下特點： ① 可活動的空間較大；需經(jīng)常改變體位，立位比頻繁起坐消耗能量少；手的力量增大，即人體能輸出較大的操作力；減少作業(yè)空間，能夠較好的使用有一定高度的顯示器、控制器。 ② 不 易進行細致和精確的作業(yè)；不易轉(zhuǎn)換操作，立姿時肌肉要做 出更大的功來支持體重，容易引起疲勞；長期站立容易引起下肢靜脈曲張等。 操作者操作機床時，身體站直與機床保持一定距離，右手操作面板，雙眼在顯示屏與工件之間來回關(guān)注；更換工件時，需要移動身體 ，手與肘持平并握住門把手推拉機床門。 數(shù)據(jù)使用方法 在對數(shù)控機床進行基于人機 工程學(xué)設(shè)計的時候，使用標準人體尺寸數(shù)據(jù)時，采用以下使用準則： ① 使用最新人體數(shù)據(jù)準則 。 ② 合理選擇百分位和適用度準則。 ③ 平均性準則。 ④ 可調(diào)性準則。 ⑤ 功能修正與最小心理空間相結(jié)合準則。有關(guān)標準公布的人體數(shù)據(jù)是在裸體、不穿鞋的條件下測得的，而設(shè)計中所設(shè)涉及的人體尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽條件下的人體尺寸。因此，考慮有關(guān)人體尺寸時，必須給衣服、鞋、帽留下適當?shù)挠嗔?，也就是?yīng)在人體尺寸上增加適當?shù)闹b修正量。所有這些南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 14 修正量總計為功能修正量。于是 ，產(chǎn)品的最小功能尺寸可由下式確定 Xmin = Xa + ⊿ f (41) 式中， Xmin 為最小功能尺寸（ mm） ； Xa 為第 a 百分位人體尺寸數(shù)據(jù)（ mm） ；⊿ f 為功能修正量。 功能修正量隨產(chǎn)品不同而異，通常為正值，但有時也可能為負值。對于著裝和穿鞋修正量可參照表 中的數(shù)據(jù)確定。對姿勢修正量的常用數(shù)據(jù)是：立姿時的身高、眼高減 10mm,坐姿時的坐高、眼高減 44mm?？紤]操作功能修正量時，應(yīng)以上肢前展長為依據(jù)，而上肢前展長是后背至中指尖點的距離，因而對操作不同功能的控制器應(yīng)作不同的修正。如按鈕開關(guān)可減 12mm。推滑板推鈕、搬動搬鈕開關(guān)則減 25mm。 【 5】 表 正常人著裝和穿鞋修正量 項目 尺寸修正量/mm 修正原因 站姿高 25~38 鞋高 坐姿高 3 褲厚 站姿眼高 36 鞋高 坐姿眼高 3 褲厚 肩寬 13 衣 胸寬 8 衣 胸厚 18 衣 腹厚 23 衣 立姿臂寬 13 衣 坐姿臂寬 13 衣 肩高 10 衣（包括坐高 3mm 及肩 7mm） 兩肘間寬 20 肩 肘 8 手臂彎曲時，肩肘部衣物壓緊 臂 手 5 結(jié)合上述人體尺寸使用準則，利用 表 基本 人體尺寸進行機床尺寸 改進，得到更加合理的尺寸， 使得操作者能夠更加舒適的工作 ，提高效率。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 表 基本 人體尺寸 性別 項目 男 女 5% 50% 95% 5% 50% 95% 身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659 上臂長 289 313 338 262 284 302 前臂長 216 237 258 193 213 234 眼高 1474 1568 1664 1371 1454 1541 肘高 954 1024 1096 899 960 1023 肩高 1281 1367 1455 1195 1271 1350 手功能高 216 237 258 193 213 234 肩寬 344 375 403 320 351 377 最大肩寬 398 431 469 363 397 438 手長 170 183 196 159 171 183 手寬 76 82 89 70 76 82 立姿雙手上舉高 1971 2108 2245 1845 1968 2089 立姿雙手功能上舉高 1869 2020 2138 1741 1860 1976 立姿雙手左右平展寬 1579 1691 1802 1457 1559 1659 立姿雙臂功能平展寬 1374 1483 1593 1248 1344 1438 立姿雙肘平展寬 816 875 934 756 811 869 注：尺寸均為裸體測量結(jié)果，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)各地區(qū)不同的著衣量進行修正 基本 尺寸設(shè)計 控制面板 控制面板是 由 操作者站立在其面前一定距離進行操作 的 ，所以控制面板的尺寸可以由 表 基本人體尺寸 并結(jié)合圖 41 的立姿作業(yè)范圍來確定。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 16 圖 41 立姿作業(yè)范圍 距離設(shè)計：操作者工作時與面板的距離根據(jù)前臂 手前伸長來確定，考慮其屬于可觸及類距離設(shè)計，因而采用 5 百分位，女性 5 百分位尺寸是 383mm，男性 5 百分位尺寸是 416mm，得到人與面板的距離是（ 383 + 416） / 2 = ,考慮人工作時的姿勢修正， 最終得到人與面板的工作距離是 400mm. 高度設(shè)計：由圖 41 得立姿舒適的工作高度為 1100mm~1370mm,再 根據(jù) 立姿時的鞋厚 修正量 30mm、姿勢修正量 10mm,由公式 Xmin = Xa + ⊿ f 求得修正高度 是 1300mm~1670mm，最終尺寸需要進行面板詳細設(shè)計后確定 。 寬度設(shè)計：由圖 41 得知立姿時在 580mm范圍內(nèi)操作者都能夠比較舒適的工作， 因最終尺寸需要進行面板詳細設(shè)計后確定，故先將 控制面板的寬 保留為原始尺寸 400mm。 面板 顯示 屏 以人為本的顯示器設(shè)計，主要考慮眼高、人眼視野等。人在觀察目標的時候，如果 目標小于 380mm 會發(fā)生目眩，大于 760mm 時細節(jié)看不清，在 560mm處最為 適宜 。 操作者在操作面板時，眼睛離 顯示屏的距離在 400mm 左右，符合上述要求。 高度 設(shè)計 ： 人立姿時的視野在視平線以下 10176。左右，顯示屏的高度應(yīng)該在這個范圍南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 內(nèi)，這樣能夠 讓眼睛舒適的視物， 減少眼睛的 疲勞。 圖 42 垂直視野尺寸 高度類設(shè)計使用平均性準則。男性 50 百分位眼高是 1568mm,女性 50 百分位眼高是 1454mm， 平均 眼高為（ 1568 + 1454） / 2 = 1511mm，人站立時的穿鞋修正量是 36mm,姿勢修正量是 10mm， 根據(jù)公式（ 41）求得最小 眼高 尺寸為Xmin = 1511mm + 36mm－ 10mm = 1537mm。 如圖 42 所示， 顯示屏 下限高為 1537mm－ = ， 所以最終將顯示屏安放在 ~1537mm 高度范圍內(nèi)，能夠讓操作 者舒適的觀察顯示屏，考慮到心理修正量，最終將高度定為 1390mm~1510mm，高 120mm。 寬度設(shè)計： 當人的頭部和眼球都固定不動時，視野在水平方向 176。 ~3176。內(nèi)辨認物體最清晰，為中心視力范圍； 3176。 ~18176。內(nèi)視物暫短，比較清晰，為片刻視力范圍；18176。 ~30176。內(nèi)必須集中注意力，才能看清目標，為有效視力范圍。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 18 圖 43 水平視野尺寸 如圖 43 水平視野尺寸所示，當人離目標 400mm 時，中心視力范圍在 以 內(nèi) ； 片 刻 視 力 范 圍 在 ~ ； 有 效 視 力 范 圍 在~。操作時眼睛應(yīng)該轉(zhuǎn)動較少的角度、使用較少的時間來定位目標，故將顯示屏的邊緣設(shè)置在有效視力范圍內(nèi)靠近 的地方 。 考慮視野余量最終確定寬度為 155mm。 門把手 門把手主要用于操作者推拉機床門。在使用把手的時候， 操作者用手握住把手，前臂以肘關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而推拉把手。故 根據(jù) 肘高 來 確定把手中心高度，根據(jù) 手掌尺寸確定 把手直徑 。 高度： 在章節(jié) 中已經(jīng) 初步 分析過把手的 高度尺寸 970mm~1410mm 滿足南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 19 人們的工作需求，現(xiàn)在作詳細的分析 ： 由表 知男性的肘高為 1024mm,女性肘高為 960mm，平均肘高為（ 1024 + 960） / 2 = 992mm，查表 得到 人立姿穿鞋修正量是 36mm，得到最小功能肘高為 992mm + 36mm = 1028mm，在970mm~1410mm 范圍內(nèi)，所以門把手 高度 采用原始尺寸。 當手握住門把手時，若其直徑過小，會 容易引起肌肉過度緊張；直徑過大，則手難以 握牢。因而查有關(guān)資料得到合理直徑為 ~25mm,最大不超過75mm。因而保留原把手直徑尺寸 23mm。 設(shè)計好的門把手如圖 44 所示： 圖 44 把手設(shè)計效果圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 20 第 五 章 人機 界面設(shè)計 人機界面概述 人機界面設(shè)計在數(shù)控機床設(shè)計中有著極其重要的地位，若人 機界面