【正文】 點(diǎn)，只有這樣才能使操作者在最佳的生理及心理狀態(tài)下工作，使人和機(jī)器所組成的人一機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮最佳效能。 以下分別分析設(shè)計中考慮操作者的生理和心理特點(diǎn)應(yīng)遵循的基本原則，它不但是進(jìn)行創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，同時也可為創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計提供啟示。對現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備及工具的宜人化改進(jìn)設(shè)計是創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種有效方法。 ? 7． 3． 1 適合人的生理特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ? 1． 減少疲勞的設(shè)計 人體在操作中靠肌肉的收縮對外做功 ， 做功所需的能量物質(zhì) （ 糖和氧 ） 要依靠血液輸送到肌肉 。 如果血液不能輸送足夠的氧 ， 則糖會在無氧或缺氧的狀態(tài)下進(jìn)行不完全分解 ， 不但釋放出的能量少 ， 而且會產(chǎn)生代謝中間產(chǎn)物 —— 乳酸 。 乳酸不易排泄 ， 乳酸在肌肉中的積累會引起肌肉疲勞 、 疼痛 、 反應(yīng)遲鈍 。 長期使某些肌肉處于這種工作狀態(tài)會對肌肉 、 肌健 、 關(guān)節(jié)及相鄰組織造成永久性損害 ， 機(jī)械設(shè)計應(yīng)避免使操作者在這樣的狀態(tài)下工作 。 表 7－ 2所示的幾種常用工具改進(jìn)前的形狀因?yàn)槭鼓承┘∪馓幱陟o態(tài)施力狀態(tài) ， 不適宜長時間使用 ， 改進(jìn)后使操作者的手更趨于 自然狀態(tài) ， 減少或消除了肌肉的靜態(tài)施力狀況 ， 使得長時間使用不易疲勞 。 ? 2．容易發(fā)力的設(shè)計 操作者在操作機(jī)器時需要用力，人在處于不同姿勢、向不同方向用力時發(fā)力能力差別很大。試驗(yàn)表明人手臂發(fā)力能力的一般規(guī)律是 右手 發(fā)力 大 于左手， 向下 發(fā)力 大 于向上發(fā)力， 向內(nèi)大 于向外， 拉力大 于推力，沿手臂方向大 于垂直手臂方向。 人以 站立 姿勢操作時手臂所能施加的操縱力明顯 大 于坐姿，但是長時間站立 容易疲勞 ，站立操作的動作 精度比坐姿 操作的精度 低 。 在設(shè)計需要人操作的機(jī)器時，首先要選擇操作者的操作姿勢，一般優(yōu)先選擇坐姿，特別是動作頻率高、精度高、動作幅度小的操作，或需要手腳并用的操作。當(dāng)需要施加較大的操縱力，或需要的操作動作范圍較大，或因操作空間狹小，無容膝空間時可以選擇立姿。操縱力的施加方向應(yīng)選擇人容易發(fā)力的方向。施力的方式應(yīng)避免使操作者長時間保持一種姿勢，當(dāng)操作者必須以不平衡姿勢進(jìn)行操作時應(yīng)為操作者設(shè)置輔助支撐物。 ? 7． 3． 2 適合人的心理特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 對復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，操作者要根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況隨時對其進(jìn)行調(diào)整，操作者對設(shè)備工作情況的正確判斷是進(jìn)行正確的調(diào)整操作的基本條件之一。 ? 1． 減少觀察錯誤 的設(shè)計 在由人和機(jī)器組成的系統(tǒng)中人起著對系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)的“調(diào)節(jié)器”的作用，人的正確調(diào)節(jié)來源于人對機(jī)器工作情況的正確了解和判斷，所以在人一機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中使操作者能夠及時、正確、全面地了解機(jī)器的工作狀況是非常重要的。 在顯示儀表的設(shè)計中應(yīng)使操作者觀察方便，觀察后容易正確地理解儀表顯示的內(nèi)容，這要通過正確地選擇儀表的顯示形式、儀表的刻度分布、儀表的擺放位置以及多個儀表的組合實(shí)現(xiàn)。 儀表的刻度排列方向應(yīng)符合操作者的認(rèn)讀習(xí)慣，圓形和半圓形應(yīng)以順時針方向?yàn)榭潭戎翟龃蠓较?，水平直線式應(yīng)以從左到右的方向?yàn)榭潭戎翟龃蠓较颍怪敝本€式應(yīng)以從下到上的方向?yàn)榭潭戎翟龃蠓较颉? 儀表擺放位置的選擇應(yīng)以方便認(rèn)讀為標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)證明當(dāng)視距為 80 cm時水平方向最佳認(rèn)讀區(qū)域在 177。 200范圍內(nèi)，超過 177。 240后正確認(rèn)讀時間顯著增大；垂直方向的最佳認(rèn)讀區(qū)域?yàn)樗椒较蚺c水平線以下 150范圍內(nèi)。重要的儀表應(yīng)擺放在視區(qū)中心，相關(guān)的儀表應(yīng)分組集中擺放，有固定使用順序的儀表應(yīng)按使用順序擺放。 ? 2．減少操作錯誤的設(shè)計 人在了解機(jī)器工作狀況的前提下通過操作對機(jī)器的工作進(jìn)行必要的調(diào)整，使其在更符合操作者意圖的狀態(tài)下工作。人通過控制器對機(jī)器進(jìn)行調(diào)整，通過反饋信息了解調(diào)整的效果?？刂破鞯脑O(shè)計應(yīng)使操作者在較少視覺幫助或無視覺幫助下能夠迅速準(zhǔn)確地分辨出所需的控制器，在正確了解機(jī)器工作狀況的基礎(chǔ)上對機(jī)器做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 首先應(yīng)使操作者分辨出所需的控制器。 通過控制器的 大小 來 分辨 不同的控制器也是一種常用的方法。為能準(zhǔn)確地分辨出不同的控制器，應(yīng)使不同的控制器之間的尺寸差別足夠明顯。試驗(yàn)表明旋鈕直徑差為 12． 5 mm，厚度差為 10 mm時，人能夠通過觸覺準(zhǔn)確地分辨。 控制器的 操作應(yīng)有一定的阻力 ，操作阻力可以為操作過程提供反饋信息，提高操作過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并可防止因無意碰撞引起的錯誤操作。 為減少操作錯誤，控制器的設(shè)計還要考慮與顯示器的關(guān)系。 7． 4 新型結(jié)構(gòu)設(shè)計 ? 7． 4． 1 彈性結(jié)構(gòu) 組成機(jī)器的各部分之間具有確定的相對運(yùn)動，機(jī)械設(shè)計中通常用運(yùn)動副的聯(lián)接構(gòu)成兩個零部件之間的相對運(yùn)動。機(jī)器的運(yùn)動形式越復(fù)雜，所需的運(yùn)動副的形式和數(shù)量就越多，機(jī)器的結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜，這就限制了機(jī)械結(jié)構(gòu)在某些場合的應(yīng)用?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 ——彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。它不是用運(yùn)動副構(gòu)成零部件之間的相對運(yùn)動而是通過某個零件的彈性變形構(gòu)成兩個零部件或一個零部件的不同部分之間的相對運(yùn)動。由于省去了運(yùn)動副，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單，體積縮小，使機(jī)器的制造、安裝、調(diào)整及維護(hù)都帶來方便，這種設(shè)計方法正在為越來越多的設(shè)計所采用 。 彈性片 —— 熱保護(hù)器 ? 四沖程內(nèi)燃機(jī)工作中，當(dāng)活塞工作在吸氣沖程時進(jìn)氣閥打開，當(dāng)活塞工作在排氣沖程時排氣閥打開，當(dāng)活塞工作在其他沖程時進(jìn)氣陰和排氣閥均關(guān)閉。為實(shí)現(xiàn)這一功能，內(nèi)燃機(jī)采用了一套 凸輪機(jī)構(gòu) 控制 吸、排氣閥 的 開閉 ，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。 ? 而與內(nèi)燃機(jī)有類似工作要求的空氣壓縮機(jī)在氣閥設(shè)計中由于采用了彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，省去了凸輪機(jī)構(gòu)和傳動齒輪，使得氣閥結(jié)構(gòu)非常簡單，空氣壓縮機(jī)的 氣閩結(jié)構(gòu) 如圖 7— 58所示。 ? 現(xiàn)在使用這種方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)已經(jīng)很多，例如在計算機(jī)中使用的軟盤驅(qū)動器中，有多處鉸鏈，原設(shè)計中普遍采用傳統(tǒng)的鉸鏈設(shè)計方法 (圖 7—59a)，用銷軸構(gòu)造鉸鏈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜．占用空間大；現(xiàn)在的 軟盤驅(qū)動器 設(shè)計中將這多處鉸鏈均改為彈性鉸鏈結(jié)構(gòu)，原來的銷軸和軸承被一片焊接在兩個部件之間的 彈性金屬片 取代 (圖 7— 59b)，靠金屬片的 彈性變形 實(shí)現(xiàn)兩個部件之間的 相對轉(zhuǎn)動 ，使結(jié)構(gòu)簡化。 ? 7． 4． 2 快動聯(lián)接 結(jié)構(gòu) 對于需要 經(jīng)常拆卸的零部件 結(jié)構(gòu)不但應(yīng)使聯(lián)接可靠，還應(yīng)使拆卸操作盡量方便。為使聯(lián)接具有 一定的使用壽命 ，應(yīng)使聯(lián)接結(jié)構(gòu)在安裝和拆卸過程中的 磨損盡量小 。為保護(hù)人類賴以生存和發(fā)展的世界環(huán)境，近年來興起的綠色設(shè)計理念也要求人們使用的各種設(shè)施和裝備不但在使用期內(nèi)能滿足人們對它的各種功能要求，而且在 報廢后能方便地將其拆卸分解 ，以利于各種有用成分的 回收再利用 ，減少對環(huán)境的破壞。近年來在設(shè)計中越來越多的被采用的快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)較好地滿足了這些要求。 快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)通過零件的彈性變形達(dá)到聯(lián)接的目的，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。圖 7－ 60所示為螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)（圖 a）和經(jīng)改進(jìn)的快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)（圖 b）對照圖。 快動聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求聯(lián)接件具有較好的彈性，多采用塑料或薄鋼板材料，如采用其他材料應(yīng)通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計減小聯(lián)接件的剛度， 圖 7— 61所示的即為一組這樣的結(jié)構(gòu)。 圖 7－ 62所示為另一組可快速裝配的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。 ? 7． 4． 3 組合結(jié)構(gòu) 組合結(jié)構(gòu)是指通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將多個零件的功能組合到一個零件上，起到減少零件數(shù)量，便于裝配，降低成本的目的。 為防止螺紋聯(lián)接的松脫，通常需要采取防松措施。彈簧墊圈是一種被廣泛應(yīng)用的放松裝置，它需要在安裝螺釘或螺母的同時安裝彈簧墊圈，圖 7－ 63b所示的螺釘集成結(jié)構(gòu)將螺釘、墊片和彈簧墊圈的功能集成在一個零件上，減少了零件數(shù)量，方便了裝配。 圖 7— 64所示為某包裝機(jī)中的一個支架構(gòu)件。圖 a所示為原設(shè)計，由 11個零件組成。圖 b為改進(jìn)設(shè)計，將所有結(jié)構(gòu)組合在一個零件上，零件精密鑄造后一次加工成形，大大地節(jié)省了加工工時，降低了成本。 按通常的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，指甲刀應(yīng)具有圖 7－ 65a所示的結(jié)構(gòu)。通過將多個零件的功能集中到少量零件上的組合設(shè)計方法，指甲刀改為圖 b所示結(jié)構(gòu)。 圖 7－ 66所示為三種自攻螺釘結(jié)構(gòu) 它們或?qū)⒙菁y與絲錐的結(jié)構(gòu)集成在一起，或?qū)⒙菁y與鉆頭的結(jié)構(gòu)集成在一起，使螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)的加工和安裝更方便。