机械设计中的人机工程学研究

机械设计中的人机工程学研究

曹静

武汉兴达建筑安装工程有限责任公司  湖北武汉 430000

摘要：本文对人机工程学在机械设计中的运用及重要性进行了系统地论述。通过对人机工程学与机械设计进行综述，理清二者的基本概念及发展过程，阐明人机工程学应用于机械设计的理论基础。对现阶段机械设计存在的一些主要问题进行分析，其中忽略人体差异性，操作界面复杂性和机械设备安全性等问题。为解决上述问题提出实施模块化设计，简化操作界面及加强安全防护措施等解决措施，以提高机械设计实用性及用户体验。

关键词：人机工程学；机械设计；用户体验；安全性；操作界面

引言

现代工业发展到今天，机械设计越来越显示出其在生产制造过程中所起的作用。但是传统的机械设计方法通常会忽略人机工程学基本原理，从而使产品在实践中产生很多问题，例如，操作界面繁杂，使用不方便，长期操作造成的疲劳。人机工程学是以人-机-环境互动为研究对象，以优化设计为手段，以改善产品舒适性，安全性及效率为目的的科学。在机械设计当中引入人机工程学思想与方法，既可以提升产品使用性能，又可以提升用户满意度与安全性。本文在深入探究人机工程学与机械设计之间关系的基础上，对现阶段机械设计所面临的问题进行分析，并且提出解决措施，以期能够给机械设计领域带来一种新思路与新方法。

一、概念与理论基础

1.1人机工程学概述

机工程学是一门研究人与机器、环境之间相互作用的科学，其核心目标是通过优化设计，提高产品的舒适性、安全性和效率。这门学科涉及到生理学，心理学，工程学等诸多领域，其目的是为了设计更加符合人体工学要求的产品与体系。人机工程学在20世纪初就已经有了发展的历史，由原来工业设计的优化逐渐发展成为现在被广泛运用在各行业中全面系统设计。它以人体测量，认知心理，环境适应性为主要研究对象，致力于将人的生理需求与心理需求充分地考虑到设计之中，以增强产品易用性与安全性。

1.2机械设计概述

机械设计就是以机械原理与工程技术为基础，运用多种设计方法与手段，把机械产品构思变成特定设计图纸与技术文档。机械设计基本环节有需求分析，概念设计，详细设计，原型制作，测试改进。随着科技的进步，现代机械设计在注重产品功能与性能的同时，也更加注重其可制造性，可靠性与经济性。受工业自动化，智能制造以及数字化转型等因素的影响，机械设计已经逐步朝着高精度，高效率以及智能化的方向不断发展。机械设计被广泛地应用于各领域，使得机械设计成为了现代工业体系当中不可缺少的一项重要内容。

1.3人机工程学与机械设计的关系

人机工程学和机械设计是紧密联系在一起的，它们之间是互为补充、共同发挥作用来进行产品设计及优化。将人机工程学思想融入到机械设计过程当中，能够使得设计更符合人体生理与心理特征，增强产品使用体验与安全。比如在操作界面的设计中，运用人机工程学的原理，能够使得界面的布置更直观，降低了用户的误操作和提高工作效率。人机工程学也有助于设计师对机械设备总体布局，操控舒适性和维护便捷性进行更加科学和合理地决策。通过人机工程学同机械设计的有机融合，既能增强产品在市场中的竞争力，又能降低由于设计缺陷而带来的使用风险及费用。

二、机械设计中的问题

2.1设计过程中忽视人体差异性的问题

机械设计时往往会出现设计师忽略人体差异性。标准化设计在提高生产效率的同时，也会因人群个体差异而造成很多设计不能适用于所有使用者。例如，不同用户的身高、体型、力量和操作习惯各不相同，单一尺寸和结构的设计无法满足所有用户的需求。这种忽略了人体差异性设计易造成操作不方便，舒适性不佳甚至会造成安全事故。具体而言，工作台高度，座椅调节范围和操控手柄大小都需依据人体测量数据科学设计才能满足不同使用者的要求。

2.2操作界面的复杂性问题

机械设备操作界面设计太过繁杂又成为通病。很多机械设备操作界面功能丰富，布局不尽合理，使用者操作时易丢失，造成操作效率低，误操作现象频繁发生。复杂的操作界面不仅会提高用户学习成本，而且会耽误应急时的操作并造成安全隐患。比如有些装置的控制面板充满各种开关、按钮而无明确的说明、标签等，使用者使用时需经常翻阅说明书，加大了操作的难度。人机工程学注重界面的直观性与易操作性，优化界面设计可让用户在短期内掌握该装置的用法，并提高操作效率与安全性。

2.3机械设备的安全性问题

机械设计的安全性也是不可忽视的主要方面之一。机械设备工作时，经常会涉及到高速运动部件，强劲动力输出和复杂机械结构等，稍有疏忽就会造成严重安全事故。在设计时若未充分考虑人机工程学安全性原则和设备防护措施不足，运行过程中易出现事故。比如部分机械设备防护罩设计不尽合理，不能对危险部件进行有效地隔离；紧急停止按钮位置设定不合适，操作人员遇到紧急情况时很难及时起动。在进行设备维护与检修时，若设计不尽合理还会给操作人员带来危害。所以在进行机械设计时，一定要充分考虑人机工程学对安全的需求，制定出合理的防护装置以及紧急措施来保证设备运行时的安全。

三、针对机械设计问题的对策

3.1针对人体差异性的对策

为有效地应对设计过程忽略了人体差异性这一现象，提出了模块化设计与适应性增强相结合的策略。模块化设计能够针对不同使用者的身体特征及操作习惯提供可调的组件及参数以适应不同使用者的使用要求。为了增强适应性，采用了先进的智能技术和传感器监控，实时地调整设备的各项参数和用户界面，确保设备能够根据不同用户的操作习惯和工作环境进行自动调整，从而提升用户的舒适度和工作效率。

3.2简化操作界面

为了解决操作界面太过复杂这一难题，应该采取措施简化界面设计。对界面布局进行了优化，简化了不需要的功能及按钮，保证了各大功能一目了然，降低了用户学习成本及操作失误概率。加入了图形化，直观化操作提示，如使用图标，颜色区分，动态显示等，有助于使用者迅速了解设备工作状态及操作步骤。通过强化用户反馈机制及时给出操作结果及错误提示等方式对用户操作错误进行及时修正，从而提升了整体操作效率及用户满意度。

3.3提高机械设备的安全性

要解决机械设备的安全性，必须充分考虑设计阶段的安全要求。对装置结构布局进行了优化，对防护罩，安全门以及隔离装置进行了合理布置，对危险部件进行了有效分离，避免了操作人员误触或者碰触。设计了紧急停止系统及紧急报警装置以保证应急情况下能及时停止装置工作，发出警示信号以降低事故的发生概率。要加强对该装置的保养与训练，定期对其安全性能进行检查，训练操作人员对该装置的正确使用及对突发情况的处理，以提高该装置工作时的安全可靠性。

结语

通过本文对机械设计过程中存在的人机工程学问题进行深入的探讨与分析，并有针对性地提出解决措施。合理运用人机工程学原理不仅能够提高机械设备设计质量与用户体验，而且能够有效地增强设备安全性与操作效率。今后，伴随着科技的进步与需求多样化，人机工程学应用于机械设计的前景也会越来越广阔，这给工业制造提供了更大的革新与发展契机。

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