人机工程学的应用与发展

构的磨损程度与减小结构尺寸是一对矛盾，笔者在设计具有斜滑槽、联结销组合的内抽芯脱模机构的吸尘器外壳注塑模时，以减小驱动力和结构尺寸为主要因素，构造一个按权求和的新函数Ｔ：

（１３）

其中，λ为加权因子，取λ＞１。

对Ｔ求最小值即可求得合适的斜槽角度：

（１４）

由本节前叙的分析可得，内抽芯模具中斜滑槽传动结构斜槽角度的可选择范围在１０°￣２７°之间，加权因子λ的数值区域为５．１３～１．５８。考虑到内抽芯脱模的运动距离较小，模具内部受设置尺寸的限制，以及摩擦力的综合影响，故取λ＝２．３３，代入式（１４），求得斜槽角度α≈２０°。这样，机构的驱动距离Ｌ与运动距离Ｈ的比值不大于３（驱动距离Ｌ为运动距离Ｈ的２．７５倍）；驱动力比值Ｑ／Ｗ在０．８左右

（驱动力为传动阻力的７８％），摩擦力比值亦比较适中，从而兼顾到机构省力的要求。本例的传动阻力数值不是太大，驱动力比值取较高也是适宜的，实际应用后取得了较好的效果。

４结论

通过文中的分析和实例可以看出，一方面，从既能减小驱动力，又能减轻机构的磨损程度的角度出发，应选用较小的斜槽角度；但从另一方面考虑，为缩短驱动距离，减小结构的尺寸，斜槽角度则应选择较大值。在设计中，应根据具体的设计结构的特点来处理这对矛盾。一般来说，由于与驱动力比和距离比相比，斜槽角度变化引起摩擦力比的变化较小，故着重考虑斜槽角度对驱动力比和距离比的影响，在距离比能满足要求的前提下，应尽可能减小斜槽角度，这对减小驱动力和摩擦力都是有利的。笔者从实践和理论分析中感到：当机构的受力

（传动阻力Ｗ）较小、机构的尺寸受到限制时，应选用该角度范围（１０°￣２７°）内的较大值；而当机构的受力（传动阻力Ｗ）较大，且机构的尺寸允许较大时，则选用该角度范围内的较小值。

参考文献

１陈海燕．活动斜楔斜滑块联合侧抽芯机构设计．模具工业，２００５，

（７）：４１￣４２．

２张今渡，刘有毅，谈理．注射模内抽芯机构的研制．机械设计与制造，２００６（１０．）１５７￣１５８．

３王鹏驹．塑料模具技术手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４，２￣１１．４李鸿，杨丽红，周博．工程力学理论与仿真［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００５，５９￣６２．

＊来稿日期：２００６－０６－１２

人机工程学的应用与发展

王秀玲（河北科技大学机械电子工程学院，石家庄０５００５４）

Ｈｕｍａｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＇ｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ＷＡＮＸｉｕ－ｌｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００５４，Ｃｈｉｎａ）

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【摘要】随着现代化工业的发展，人机工程学的应用越来越广泛，它的应用主要体现在改善设备、改善工作条件、设计防护设施和调节人机之间的匹配关系等几方面。现代人机工程学研究的方向是把人－机－环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造适合于人操作的机械设备和作业环境，使人－机－环境系统相协调，从而获得系统的最高综合效能。

关键词：人机工程学；应用；人－机－环境系统协调

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｒｎ，ｈｕｍａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＇ｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｇｅｔｏｖｅｒ

ａｂｒｏａｄ，ｍｏｓｔｌｙｉｎｃａｍａｔｅｄｏｎａｍｅｎｄｐｒｅｐａｒｅｓ，ｒｅｆｏｒｍｗｏｒｋｅｎｖｉｒｍｅｎｔ，ｄｅｓｉｇｎｓａｆｅｇｕａｒｄａｎｄａｄｊｕｓｔｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｈｕｍａｎａｎｄｍａｃｈｉｎｅ．ＴｈｅｗａｙｏｆｍｏｒｄｅｎＨｕｍａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｌｏｏｋｉｎｇｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ－ｅｎｖｉｒｍｅｎｔａｓｏｎｅｗｈｏｌｅ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｒｅａｔｅｄｔｈｅｍａｃｈｉｎｅａｎｄｗｏｒｋｅｎｖｉｒｍｅｎｔｂｅｆｉｔｔｉｎｇｆｏｒｈｕｍａｎ＇ｓｏｐｅｒａｔｅ．Ｔｈｅｒｅｂｙｗｅｃａｎｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｂｅｓｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｖｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｓｙｓｔｅｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨｕｍａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｏｆｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ－ｅｎｖｉｒｍｅｎｔ＇ｓｓｙｓｔｅｍ

中图分类号：ＴＢ１８文献标识码：Ａ

随着现代化工业的发展和新技术的应用，人的工作性质发

生着相应的变化。随之，原来不被人重视的、与人机工程有关的伤（病）越来越明显地显现出来。例如，当前在世界药业生产系

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文章编号：１００１－３９９７（２００７）０１－０１５１－０２

综述

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第１期２００７年１月

－１５１－

ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

机械设计与制造

统，约５０％的损失工作日事件起因于人机工程伤害。由于人机工程伤害涉及面广，严重的损害职工健康，同时也直接影响工农业和国防生产，造成巨大损失，所以越来越为人们所重视。

１人机工程学的应用主要有以下几方面１．１改进机器设备和环境设施

运用人机工程学改进机器设备的设计的典型例子是英国的赛尔对起重机驾驶室所做的工作。６０年代时，英国的起重设备操作人员劳动条件恶劣。据１９５４～１９５５年的统计，因起重机造成的伤亡事故的工时损失，约占整个工业伤亡事故工时损失总数的７％，伤亡１３９２人，其中死亡９人。后来，经赛尔等人对操纵器的形状、大小、速度分档、位置、脚控操纵器、座椅、防尘隔声玻璃等进行了一系列的试验，取得了最佳结果，然后综合在一起，重新设计起重机驾驶室，生产出新型封闭式驾驶室。这种驾驶室操作灵活方便、视野开阔、座椅舒适、防尘、隔声、防寒，为操作人员提供了良好的劳动条件，减少了人的失误和事故的发生。１．２改善劳动环境

如在钢铁厂的剪切车间，钢锭经轧制后成为１０～２０ｔ的钢板，需要在８００～１０００℃下将有疵点处切掉，整个操作过程中炽热烤人。工人暴露的肌肤，特别是脸面，灼热难忍。英国的克劳莱就辐射热对人体的影响做了大量实验。根据实验结果，克劳莱对车间内的设备进行了重新设计。他们主要采用一种新的玻璃—镀金层压玻璃。这种玻璃热透过率只有１０％～２０％，而光透过率可达５０％，实践证明用这种玻璃装备的操作热室效果非常好。１．３防护设计

防护设计可以分为设计防护装置设计和个人防护用品设计。专为防护安全而设置在机械设备上的各种防护装置，其结构和布局应设计合理，使人体各部位均不能直接进入危险区。对机械防护装置设计应符合与人体测量参数相关的尺寸要求。个人防护用品设计范围极广，它既用于已有安全装置防止伤害的场合，也用于一些无法提供安全装置的危险作业场所。为着重保护易受伤害的身体部位，在不同的危险场所，需要设计不同的器具；对于同一种器具，根据具体作业要求与环境的不同，设计重点也应不同。

１．４调节人机之间匹配

操纵机器的人劳动日益沉重，工作超负荷成为一个突出的问题。在这种情况下，人往往出现应激反应，导致重大事故发生。现代人机系统中，作业人员是在特定环境中操作和管理复杂系统和各种数字化设备，当人在这种环境中工作时，既要靠眼睛来观察环境，又要靠细致的注视来完成精确的控制动作，通过人机工程技术分析，就可知道人在操作时如何分配注意力、体力，同时了解仪表、屏幕以及外视景如何设计和合理分配才能获得最好的人机交互，既减轻操作人员的工作负荷又避免出错，切实提高人机工效。这对于计算机系统、自动化控制、交通运输、工业设计、军事领域以及社会系统中重大事变（战争、自然灾害、金融危机等）的应急指挥和组织系统、复杂工业系统中的故障快速处理、系统重构与修复、复杂坏境中仿人机器人的设计与制造等问题的解决都有着重要的参考价值。

２人机工程的发展

人机工程学的发展经历了经验人机工程学、科学人机工程学和现代人机工程学三个阶段。人机工程技术是２１世纪信息领域需要解决的重大课题。美国２１世纪信息技术计划中的基础研究内容为４项：软件、人机交互、网络、高性能计算机。其中，人机建模研究在信息技术中被列为与软件技术和计算机技术等并列的六项国家关键技术之一，并被认为“对于计算机工业有着突出的重要性，对其它工业也很重要”。美国国防关键技术计划不仅把人机交互列为软件技术发展的重要内容之一，而且还专门增加了与软件技术并列的人机界面这项内容。日本也提出了ＦＰＩＥＮＤ２１计划（ＦｕｔｕｒｅＰｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＤｅ－ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ），其目标就是要开发２１世纪个性化的信息环境。

在中国，人机工程学的研究较晚，系统的深入开展是在＂文革＂以后。１９８０年４月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会，统一规划、研究和审议全国有关人类工效学的基础标准的制定。我国９７３、Ｓ－８６３、十五计划及未来的十一五计划均将人机交互列为主要内容。当前，随着我国科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求正逐步提高，对产品的人机工程特性也会日益重视。

现在，人机工程已广泛应用于各种领域，我们看到有越来越多的厂商将“以人为本”、

“人体工学的设计”作为产品的特点来进行广告宣传，特别是计算机和家具等与人体直接接触的产品更为突出。实际上，人机工程学就是让机器及工作和生活环境的设计适合人的生理心理特点，使得人能够在舒适和便捷的条件下工作和生活。

３人机工程学的研究方向

现代人机工程学研究的方向是：把人－机－环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造适合于人操作的机械设备和作业环境，使人－机－环境系统相协调，从而获得系统的最高综合效能。二十一世纪人类步入了信息时代，随着计算机技术和网络技术的发展，基于人机工程学的虚拟设计和测试评价已经成为可能，这不仅可以节省大量的时间和资源，而且可以增强企业的竞争能力，人机工程学的发展必然向着信息化、智能化、网络化的方向发展。人机工程学作为应用性学科，与人的工作生活息息相关，设计生产出更加人性化、高效能的设备、工具和日常生活用品是努力的目标。

现在人们一提上网就想到电脑，其实人们需要的并不是计算机，而是一个可以帮助人们工作的助手。人们希望能和电脑对话，用身体语言和它交流，甚至希望它能理解你的每一个暗示。今后计算机应能听、能看、能说，而且应能“善解人意”，即理解和适应人的情绪和心情。未来计算机的发展是以人为中心，必须使计算机易用好用，使人以语言、文字、图像、手势、表情等自然方式与计算机打交道。

随着人机工程学的应用和实践，我们相信各个领域将取得更显著的成绩。

参考文献

１丁玉兰．人机工程学．北京：北京理工大学出版社，２００２．

２袁修干，庄达民．人－机－环境系统工程计算机仿真．北京：北京航空航天大学出版社，２００１．

３袁修干，庄达民．人机工程．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．

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王秀玲：人机工程学的应用与发展