李洪剛

（黑龍江科技學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027）

0 引言

人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性的邊緣學(xué)科，研究人、機(jī)械及其工作環(huán)境之間相互作用。國(guó)際人類工效學(xué)學(xué)會(huì)為人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行了最有權(quán)威、最全面的定義，即人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學(xué)科。它綜合應(yīng)用人體科學(xué)、安全科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、工程技術(shù)科學(xué)、社會(huì)科學(xué)及技術(shù)美學(xué)等多方面的有關(guān)理論、研究方法和手段，運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，以人的生理、心理特征為依據(jù)，分析研究人與機(jī)械設(shè)備、人與環(huán)境及機(jī)械設(shè)備與環(huán)境之間的相互關(guān)系，為設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便、安全舒適、人-機(jī)-環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法。其目的在于提高人的工作效率，改善人的工作條件，增加機(jī)械設(shè)備工作的可靠性，使工作更為安全和舒適。

1 在煤礦機(jī)械產(chǎn)品上運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的必要性

我省是煤炭大省，煤礦資源豐富的城市較多，如雞西、七臺(tái)河等礦區(qū)，隨之而來(lái)的生產(chǎn)煤礦機(jī)械的企業(yè)和產(chǎn)品也非常多，如雞西煤機(jī)廠等。因?yàn)槊旱V機(jī)械產(chǎn)品使用的環(huán)境比較特殊，野外、礦下等等，設(shè)備的操作相對(duì)復(fù)雜，噪音、油污、振動(dòng)等干擾因素多，嚴(yán)寒酷暑、風(fēng)沙雨雪也都影響操作員的正常工作，靈活準(zhǔn)確地操作它，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)并不是一項(xiàng)輕松的工作，極易使操作員產(chǎn)生緊張和疲勞，生產(chǎn)效率不能得到很大的提高。而且以往煤礦機(jī)械設(shè)備在人們心目中的形象一直是笨、重、臟，存在色彩單調(diào)、搭配不當(dāng)、體形龐大、線條生硬、不易操作、顯示裝置不夠人性化等諸多問題。這就要求從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)煤礦機(jī)械產(chǎn)品重新進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，做到以人為本，為使用者提供安全、舒適、健康、高效的工作條件。

2 人機(jī)工程學(xué)在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用

煤礦機(jī)械應(yīng)以人機(jī)工程學(xué)原理為其基本的設(shè)計(jì)原則，人機(jī)工程學(xué)是一項(xiàng)以人為本的綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)將人、機(jī)器和環(huán)境作為相互聯(lián)系的三個(gè)基本部分構(gòu)成一個(gè)整體，形成人機(jī)系統(tǒng)。其中最重要的是人不能被動(dòng)地去適應(yīng)機(jī)器，而是與機(jī)器共同完成一個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)，從而可以獲得它的最高綜合效能，在設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。

（1）人體測(cè)量數(shù)據(jù)在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用。人機(jī)工程學(xué)范圍內(nèi)的人體形態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)主要有兩類，即人體構(gòu)造尺寸和功能尺寸的測(cè)量數(shù)據(jù)。人體構(gòu)造上的尺寸是指靜態(tài)尺寸，如煤礦機(jī)械產(chǎn)品上各種操作按鈕的尺寸應(yīng)與人手的尺寸相對(duì)應(yīng)、座椅尺寸與人的下肢及背部尺寸相對(duì)應(yīng)等等；人體功能上的尺寸是指動(dòng)態(tài)尺寸，包括人在工作姿勢(shì)下或在某種操作活動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量尺寸。

在煤礦機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所有涉及人體尺度參數(shù)的確定都需要應(yīng)用大量人體構(gòu)造和功能尺寸的測(cè)量數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)時(shí)若不很好考慮這些人體參數(shù)，就很可能造成操作上的困難和不能充分發(fā)揮人機(jī)系統(tǒng)效率。例如，采煤機(jī)操作控制臺(tái)的操作部位的高度與人的上肢舒適操作的高度相比過低或過高，人在操作時(shí)需要彎腰或抬臂，這樣不僅影響工作效率，人體將過早地產(chǎn)生疲勞，而且長(zhǎng)期操作還會(huì)對(duì)操作者的身體健康帶來(lái)不利影響。

各種煤礦機(jī)械設(shè)備、設(shè)施和工具等設(shè)計(jì)對(duì)象在適合于人的使用方面，首先涉及的問題是如何適合于人的形態(tài)和功能范圍的限度。這里面涉及到了人體測(cè)量數(shù)據(jù)的一個(gè)位置指標(biāo)、一個(gè)界值——人體百分位數(shù)，在設(shè)計(jì)中最常用的是5%、50%、95%三種百分位數(shù)。在煤礦機(jī)械中，絕大部分都是男性，所以百分?jǐn)?shù)以男性為采集數(shù)據(jù)。例如，一切煤礦機(jī)械操作裝置都應(yīng)設(shè)在人的肢體活動(dòng)所能及的范圍之內(nèi)，其高低位置必須與人體相應(yīng)部位的高低位置相適應(yīng)，一般應(yīng)用5%的男性小尺寸數(shù)據(jù)；石門、巷道、硐室、罐籠等，其尺寸應(yīng)以人體數(shù)據(jù)第95%男性的百分位數(shù)為依據(jù)。距離運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)器部件的有效半徑、緊急出口尺寸等的確定，應(yīng)以第99%男性的百分位數(shù)為依據(jù)。還有操作臺(tái)、儀表盤、操縱桿等用具的設(shè)計(jì)高度和安裝高度，裝載機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)的駕駛位置和觀察窗的大小、操縱手柄的形狀和大小、維修空間的形式和大小等，都要根據(jù)人體的尺寸為基本依據(jù)。根據(jù)筆者的研究，總結(jié)出一句話 “容得下的空間，夠得著的距離”，作為確定哪些數(shù)據(jù)應(yīng)用小尺寸，哪些數(shù)據(jù)應(yīng)用大尺寸的判定依據(jù)。

在滿足人體尺寸數(shù)據(jù)的同時(shí)，要將各種操作設(shè)備布置盡可能設(shè)在人操作方便、反應(yīng)最靈活的范圍之內(nèi)，提高設(shè)計(jì)對(duì)象的宜人性，讓使用者能夠安全、健康、舒適地工作，從而有利于減少人體疲勞和提高人機(jī)系統(tǒng)的效率。

（2）人機(jī)界面在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用。人機(jī)界面是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域，是人與機(jī)器之間傳遞和交換信息的平臺(tái)，也是人與機(jī)器進(jìn)行交流的界面。過去煤礦機(jī)械由于其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其中的動(dòng)力機(jī)構(gòu)較多，在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到以人為本，隨意地進(jìn)行布局，使之操作界面非常繁瑣和雜亂無(wú)章，使人在操作時(shí)沒有規(guī)律可循，比較容易產(chǎn)生煩躁的心理，同時(shí)也為安全生產(chǎn)留下了隱患。

操作面板是人機(jī)交互的主要界面，面板上各種顯示器、操縱器的配置均應(yīng)以操作者為中心，依據(jù)操作姿勢(shì)、儀表的重要程度和使用頻度來(lái)進(jìn)行合理的布置。

煤礦機(jī)械傳遞給人的信息的顯示裝置，它們共同的特征是能夠把煤礦機(jī)械設(shè)備的有關(guān)信息以人能接收的形式顯示給人。在人機(jī)系統(tǒng)中，按人接受信息的感覺通道不同，可將顯示裝置分為視覺顯示、聽覺顯示和觸覺顯示。其中以視覺和聽覺顯示應(yīng)用最為廣泛，視覺顯示包括儀器儀表等，聽覺顯示包括音響報(bào)警裝置，如鈴、蜂鳴器等，觸覺顯示是利用人的皮膚受到觸壓或運(yùn)動(dòng)刺激后產(chǎn)生的感覺，而向人們傳遞信息的一種方式，一般較少使用，但是在井下這種特殊環(huán)境下，觸覺顯示就顯得特別重要了。

在人機(jī)系統(tǒng)中，人通過信息顯示器獲得關(guān)于煤礦機(jī)械的信息之后，利用效應(yīng)器官操縱控制器，通過控制器調(diào)整和改變煤礦機(jī)械系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使它按人預(yù)定的目標(biāo)工作。因此，控制器是把人的輸出信息轉(zhuǎn)換為煤礦機(jī)械輸入信息的裝置，也即在生產(chǎn)過程中，人是通過操縱控制器完成對(duì)煤礦機(jī)械的指揮和控制。目前，常見的人機(jī)信息交換中，人對(duì)煤礦機(jī)械的控制大多是通過肢體活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，依據(jù)人體的操作部位，主要可分為手動(dòng)、腳動(dòng)兩大類控制器。

操縱裝置的設(shè)計(jì)首先要充分考慮操作者的體形、生理、心理、體力和能力。操縱裝置的大小、形態(tài)等要適應(yīng)人的手或腳的運(yùn)動(dòng)特征，用力范圍應(yīng)當(dāng)處在人體最佳用力范圍之內(nèi)，不能超出人體用力的極限，重要的或使用頻繁的操縱裝置應(yīng)布置在人反應(yīng)最靈敏、操作最方便、肢體能夠達(dá)到的空間范圍內(nèi)。操縱裝置的設(shè)計(jì)還有考慮耐用性、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、外觀和能耗。操縱裝置是人機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常安全運(yùn)行。在使用多種操縱器的復(fù)雜操作場(chǎng)所，如采煤機(jī)控制臺(tái)，按其形狀、位置、大小、顏色或標(biāo)號(hào)對(duì)操縱器進(jìn)行編碼，是提高效率和減少誤操作率的一種有效的方法。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將煤礦機(jī)械設(shè)備操縱機(jī)構(gòu)盡量集中在人的主要操作位置上，操縱機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向也應(yīng)符合大多數(shù)操作者的習(xí)慣，這樣可使操作者的動(dòng)作既安全又有效果，這就是人機(jī)工程學(xué)當(dāng)中所說的操縱與顯示的相合性。用于操縱的螺旋裝置在無(wú)特殊要求時(shí)，一般應(yīng)為右旋螺紋。另外操縱力的大小關(guān)系到操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)控制在合適的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。基于以上原因，在設(shè)計(jì)煤礦機(jī)械時(shí)必須根據(jù)人們的生理特征以及付出力度大小進(jìn)行綜合考慮。

操縱器與顯示器除了有密切的功能聯(lián)系外，兩者的運(yùn)動(dòng)方向還應(yīng)互相適應(yīng)，而且其相應(yīng)的動(dòng)作符合人的習(xí)慣，這樣系統(tǒng)操縱效率方能提高，如手柄向左移動(dòng)時(shí)，被操縱的機(jī)構(gòu)也應(yīng)向左移動(dòng)。因此，操縱與顯示方向的相合性是人機(jī)界面設(shè)計(jì)中的重要部分，在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮。

綜上所述，在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中，合理的人機(jī)界面設(shè)計(jì)合乎人的思維邏輯，通俗易懂，操作簡(jiǎn)單且具有引導(dǎo)功能，這樣既會(huì)使操作者的動(dòng)作安全而且又有良好的效果，在作業(yè)過程中也會(huì)得到視覺和心理上的舒適感，減輕枯燥工作的疲勞和精神負(fù)擔(dān)，使操作員感覺愉快，提高工作效率，減少事故發(fā)生。

3 結(jié)束語(yǔ)

將人機(jī)工程學(xué)的原理和方法運(yùn)用到煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)制造出操作簡(jiǎn)便省力、安全可靠、性能優(yōu)越、高效率的煤礦機(jī)械設(shè)備,對(duì)于推動(dòng)我省煤炭科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,提高煤礦安全生產(chǎn)水平,加快煤炭企業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。

[1]丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2005.

[2]何學(xué)秋.安全工程學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

[3]歐陽(yáng)文昭.安全人機(jī)工程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2001.

[4]李建中，等.人機(jī)工程學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.