孫建

【摘 要】 近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)得到廣泛發(fā)展，而數(shù)控機(jī)床作為制造業(yè)發(fā)展的核心裝備，使得機(jī)床的設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。本文主要根據(jù)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、制造以及使用等，介紹了機(jī)床造型的整體化，人機(jī)工程在機(jī)床門、觀察窗、把手的應(yīng)用以及在數(shù)控機(jī)床外罩色彩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用等方面觀點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 人機(jī)工程；數(shù)控機(jī)床；設(shè)計(jì)；分析

引言：

人機(jī)工程學(xué)是關(guān)于數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的一門學(xué)問，數(shù)控機(jī)床是目前機(jī)床市場(chǎng)上先進(jìn)的產(chǎn)品，也是一種重要的制造設(shè)備。隨著科技的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度越來越高。有關(guān)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)者們?nèi)栽诓粩嗟貙?duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，力求使設(shè)計(jì)出的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品更加科學(xué)。為此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，以提高機(jī)床工作能力，使其能夠更快更好地制造產(chǎn)品，并使工人操作省力，減輕對(duì)操作者身體健康地影響。通過應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出來的機(jī)床產(chǎn)品更加適合操作者對(duì)其進(jìn)行操作，使操作者在使用過程中身心感到十分地舒適。

一、數(shù)控機(jī)床人性化設(shè)計(jì)概述

數(shù)控機(jī)床人性化設(shè)計(jì)是指在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，根據(jù)操作者的身體生理結(jié)構(gòu)、行為習(xí)慣、心理情況、思維方式等，在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)基本功能和性能的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行優(yōu)化，使操作者使用起來方便、舒適。其設(shè)計(jì)處處體現(xiàn)人文關(guān)懷，是對(duì)人性的尊重，其核心是圍繞著“人的因素”考慮，而人機(jī)工程學(xué)研究核心也是“人的因素”，故此，數(shù)控機(jī)床人性化設(shè)計(jì)應(yīng)以人機(jī)工程學(xué)作為指導(dǎo)原則，研究操作者的行為、能力、本能極限與其他特性，設(shè)計(jì)出良好人機(jī)互動(dòng)關(guān)系的數(shù)控機(jī)床，充分體現(xiàn)出數(shù)控機(jī)床對(duì)操作者的關(guān)注。

二、數(shù)控機(jī)床人性化設(shè)計(jì)內(nèi)容

人機(jī)工程學(xué)內(nèi)容實(shí)質(zhì)包含人的心理需要和生理需要，根據(jù)產(chǎn)品的種類不同，兩種需要側(cè)重點(diǎn)是不一樣的。對(duì)于普通日常生活中的產(chǎn)品像手機(jī)、家具、電視、水杯等，其設(shè)計(jì)以心理需求為主兼顧生理需求，產(chǎn)品更多的需要符合當(dāng)代美學(xué)及潮流設(shè)計(jì)；對(duì)于像數(shù)控機(jī)床此類專業(yè)性產(chǎn)品，由于其功能性非常強(qiáng)，在設(shè)計(jì)上則應(yīng)以生理需求為主兼顧心理需求。數(shù)控機(jī)床的人性化應(yīng)以造型、色彩、裝飾、材料等設(shè)計(jì)形式要素的變化來實(shí)現(xiàn)。

其一，造型要素是要以一定的造型把產(chǎn)品得以明確化、具體化與實(shí)體化，它是一種重要象征符號(hào)；

其二，色彩要素是依附于造型而存在，色彩通過與具體形相結(jié)合，便會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的感情色彩和表現(xiàn)特征，具有強(qiáng)大的精神影響；

其三，材料要素應(yīng)以當(dāng)今綠色環(huán)保設(shè)計(jì)大背景的前下，選擇可以再循環(huán)利用和便于加工處理的材料，合理利用有限資源。

三、人機(jī)工程學(xué)在數(shù)控車床外觀造型上的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

數(shù)控車床外觀造型其實(shí)質(zhì)就是車床防護(hù)的設(shè)計(jì)，而數(shù)控車床防護(hù)又分為若干個(gè)設(shè)計(jì)單元部件組成，而每個(gè)單元部件又由具體的小部件組成。每個(gè)設(shè)計(jì)單元可視為整體組合中的一部分。在數(shù)控車床造型設(shè)計(jì)中，把車床整體造型按照車床防護(hù)布局要求劃分為多個(gè)造型單元，針對(duì)各個(gè)造型單元分別尋找其可變的部分?？勺儾糠值淖兓瘜?dǎo)致各個(gè)單元造型的變化，將不同造型特征的車床外觀單元進(jìn)行排列組合，以得到多樣化的車床整體造型風(fēng)格。最后，通過對(duì)所有可能的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此期間必須考慮車床防護(hù)單元部件與整體造型之間和防護(hù)單元部件與單元部件之間造型特征的協(xié)調(diào)，并且考慮其結(jié)構(gòu)因素，才能得到符合數(shù)控機(jī)床功能與結(jié)構(gòu)要求的造型。

（一）數(shù)控車床單元部件的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)

數(shù)控車床的造型設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮滿足人機(jī)工程學(xué)方面的要求，造型要以方便用戶使用為前提。單元部件的人性化設(shè)計(jì)是數(shù)控車床外觀造型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，單元部件人機(jī)性能的好壞將直接影響人們對(duì)車床整體性能的評(píng)價(jià)。數(shù)控車床單元部件的人機(jī)工程設(shè)計(jì)是決定數(shù)控車床外觀造型設(shè)計(jì)好壞的關(guān)鍵，以左固定罩、右固定罩、拉門、觀察窗、拉手等主要單元部件造型計(jì)中需要滿足的相關(guān)要求。

1、左固定罩

左固定罩雖然不是操作人員經(jīng)常接觸的機(jī)床部件，但是，它與右固定罩是影響整體造型風(fēng)格的重要因素，它們是數(shù)控車床外觀的主體。數(shù)控車床左固定罩通常防護(hù)的是床頭箱、主電機(jī)等機(jī)床部件，此處維護(hù)、維修頻率較高，為此，左固定罩側(cè)面通常會(huì)開設(shè)維修門，有的左固定罩前端也開設(shè)向上開的門，此類門的滿足度指標(biāo)是選擇我國(guó)成年男子第50百分位身高作為設(shè)計(jì)依據(jù)

2、右固定罩

右固定罩通常是防護(hù)的加工區(qū)域，該區(qū)域?qū)Ψ浪蟾?。右固定罩前端通常承載著CRT箱，CRT箱的位置應(yīng)充分以人機(jī)工程學(xué)作為基礎(chǔ)，查找我國(guó)成年男子第50百分位數(shù)的眼高為1568mm，再根據(jù)公式求出開口寬度最小功能尺寸為365mm

3、人機(jī)工程在機(jī)床門的應(yīng)用

在機(jī)床設(shè)計(jì)中要注意機(jī)床門的結(jié)構(gòu)和大小，若設(shè)計(jì)的過大或過小將會(huì)對(duì)機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生妨礙，且不利于機(jī)床整體外觀的美觀。設(shè)計(jì)人員在確定其造型時(shí)要考慮好與機(jī)床外罩的協(xié)調(diào)一致，并采取適合地門寬，這都會(huì)直接影響到機(jī)床使用性能。由此可見，門的長(zhǎng)寬尺寸對(duì)于機(jī)床門的造型設(shè)計(jì)來說是一個(gè)無法忽視的要素，且機(jī)床工作臺(tái)尺寸限制著機(jī)床門的寬度尺寸，同時(shí)機(jī)床門的造型也需要作較大的變化。對(duì)于工作臺(tái)較小的機(jī)床一般采用單開門的結(jié)構(gòu)，而對(duì)于工作臺(tái)較寬的機(jī)床則多選用雙開門。

4、人機(jī)工程在觀察窗的應(yīng)用

操作者對(duì)機(jī)床工作情況的了解與觀察工件制造都需通過觀察窗來進(jìn)行。經(jīng)由觀察窗將所需的數(shù)據(jù)及時(shí)顯現(xiàn)在操作者面前。觀察窗若設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)使操作者在觀察時(shí)感到很吃力。所以要認(rèn)真對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)時(shí)把人的視高作為設(shè)計(jì)的考慮要素。由于不同機(jī)床功能的差異造成不同類型觀察窗尺寸大小的差異，因此在設(shè)計(jì)觀察窗時(shí)，為了更好的適應(yīng)操作者的不同身高，我們選擇的高度應(yīng)該為人體視高的50%來設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)可以為觀察窗的設(shè)計(jì)提供最佳視野范圍的設(shè)計(jì)提供參考。人體的最佳視野分為直接視野和眼動(dòng)視野兩部分，左右各25度的水平方向視野作為良好視區(qū)，水平線上下十五度的垂直方向視區(qū)作為最佳視線，這樣的角度設(shè)計(jì)完全能夠滿足人機(jī)需求。這樣能盡量使手腕保持自然狀態(tài)，手與小臂處于一條直線上，避免因手腕彎曲而引起肌肉靜態(tài)施力

5、機(jī)床把手的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)

把手是操作人員在操作中接觸時(shí)間較長(zhǎng)的部位，其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)操作者的身體感受有著很大地影響。在設(shè)計(jì)把手時(shí)，關(guān)鍵的一點(diǎn)是要確定好把手的直徑，使之與人手的大小相對(duì)應(yīng)，這樣操作者會(huì)感到舒適，且操作方便。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的操縱器一般人類工效學(xué)要求，手握截面直徑尺寸為10mm～20mm，并且優(yōu)先選用直徑為12mm到18mm范圍內(nèi)的把手。同時(shí)，設(shè)計(jì)者也要注重把手長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)。出于造型的需求以及適應(yīng)不同身高的人群把握，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床多采用長(zhǎng)把手設(shè)計(jì)，只有少數(shù)機(jī)床采用短把手設(shè)計(jì)。手的活動(dòng)范圍和肘的高度共同確定了最佳把手控制。對(duì)于長(zhǎng)把手來說，只要把手抓握位置能包括最佳控制區(qū)，且安放位置美觀即可；而對(duì)于短把手則要盡量安裝在最佳控制區(qū)內(nèi)，而且位置多設(shè)計(jì)在門中間偏下的位置。

6、色彩

此款方案色彩設(shè)計(jì)上，力求單純大方，凸顯機(jī)床的整體效果，采用由淺灰、橙黃兩色搭配。主體色之所以采用淺灰，一方面，是為了消除車間操作員長(zhǎng)時(shí)間處于高純度色彩環(huán)境中產(chǎn)生視覺疲勞；另一方面，方便機(jī)床較好地融入客戶車間整體環(huán)境。拉門采用明度與純度都很高的橙黃，其一，是為了很好的劃分功能區(qū)域，凸顯機(jī)床的視覺中心；其二，橙黃所占面積相對(duì)較小，這樣既避免操作員視覺疲勞，也改變以往冷冰冰的機(jī)械設(shè)備形象，增添此類小型車床的親和力；其三，出于安全方面考慮，給予非操作人員醒目的警示，機(jī)床工作時(shí)，禁止移動(dòng)拉門。同時(shí)，機(jī)床防護(hù)的小扣手，均采用拉門的橙黃色，既呼應(yīng)了拉門的色彩，又點(diǎn)綴了整體機(jī)床設(shè)計(jì)風(fēng)格，給操作者一個(gè)非常舒適的視覺感受。

四、結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)知識(shí)，可使設(shè)計(jì)的各部分的色彩、造型、比例更加科學(xué)合理，適于人員進(jìn)行操作。為使設(shè)計(jì)的機(jī)床產(chǎn)品能與環(huán)境相協(xié)調(diào)，須注意數(shù)控面板、把手、觀察窗、安全防護(hù)措施以及色彩等方面。通過分析人體尺寸、環(huán)境、心理等因素，務(wù)必使人-機(jī)-環(huán)境相互匹配，以求更好地發(fā)揮出環(huán)境對(duì)操作的積極作用，且益于操作者的健康。

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