基于人機(jī)工程的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)作 者： 朱玉卿 學(xué) 號(hào)： 201090708 系 部： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 工業(yè)工程 題 目： 基于人機(jī)工程的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 王云霞 副教授 王志亮 副教授 評(píng)閱者： 2013 年 6 月 南 京南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中文摘要目前數(shù)控機(jī)床在制造行業(yè)中被使用的越來(lái)越多，但是機(jī)床的使用效率卻一直不盡如人意，看上去是操作者使用不當(dāng)導(dǎo)致的，但歸根結(jié)底是由于機(jī)床在設(shè)計(jì)的時(shí)候就存在了一些問(wèn)題。比如機(jī)床的尺寸設(shè)計(jì)的不合理，使得使用者操作時(shí)身體不舒服；機(jī)床控制面板顏色比較單調(diào)，使得操作者長(zhǎng)期看著面板會(huì)覺(jué)得眼睛疲勞；機(jī)床整體造型存在不足之處，

2、給人一種陌生、距離感；操作環(huán)境也不怎么舒適，不利于操作者的長(zhǎng)期作業(yè)。因此運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)，考慮人體尺寸、色彩心理學(xué)等知識(shí)，對(duì)機(jī)床進(jìn)行以人為本的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，先對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行尺寸測(cè)量，然后運(yùn)用ug軟件建立初始模型，最后運(yùn)用人機(jī)工程的知識(shí)對(duì)機(jī)床的基本尺寸、控制面板、操作環(huán)境和整體造型行進(jìn)改進(jìn)設(shè)計(jì)，使得人-機(jī)-環(huán)境三者之間做到相互協(xié)調(diào)，從而提高人機(jī)系統(tǒng)的工作效率。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床，人機(jī)工程，設(shè)計(jì)外文摘要title the design of cnc machine tool based on man-machine engineering abstractcurrently more a

3、nd more cnc machine tools have been used in the manufacturing industry, but the efficiency of machine tool has never been satisfactory .it seems due to the improper use, but in fact it is the machine has weakness at the beginning of the design. for example the size of machine is unreasonable, which

4、makes the user uncomfortable; the machine control panel color is monotonous, allowing the operator to long-term look at panel will feel eye fatigue; the machine tools shape inadequacies will make people uncomfortable; the environment is not comfortable, not conducive to the long-term operation. so w

5、e use the related knowledge of man-machine engineering, considering the knowledge of body size and psychology of color, design the machine tool based on people. in the design process, firstly we measure the existing machine tool, and then use ug software to establish the initial model, using man-mac

6、hine engineering knowledge, designing the machine control panel, operating environment and the overall shape of cnc, making man - machine - environment coordinate with each other, lastly the man-machine system work efficiency will improve.keywords: cnc，man-machine engineering，designii目 錄前言1第一章 緒論21.

7、1 課題背景21.2 課題意義21.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.4 課題內(nèi)容4第二章 人機(jī)工程學(xué)與數(shù)控機(jī)床關(guān)系62.1 人機(jī)工程學(xué)概念62.2 人機(jī)工程學(xué)發(fā)展史62.3 人機(jī)工程學(xué)研究?jī)?nèi)容72.4 人因工程學(xué)的研究方法82.5 數(shù)控機(jī)床的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)8第三章 模型的建立93.1 主要尺寸測(cè)定與分析93.2 原始模型建立93.3 機(jī)床的不足11第四章 基本尺寸設(shè)計(jì)134.1 基本操作姿勢(shì)134.2 數(shù)據(jù)使用方法134.3 基本尺寸設(shè)計(jì)154.3.1 控制面板154.3.2 面板顯示屏164.3.3 門把手18第五章 人機(jī)界面設(shè)計(jì)205.1 人機(jī)界面概述205.2 顯示器設(shè)計(jì)215.2.1 刻度線2

8、15.2.2 字符225.2.3 顯示屏設(shè)計(jì)235.3 控制器設(shè)計(jì)255.3.1 旋鈕設(shè)計(jì)255.3.2 按鈕設(shè)計(jì)255.3.3 安全設(shè)計(jì)275.4 色彩設(shè)計(jì)27第六章 操作環(huán)境的設(shè)計(jì)296.1 環(huán)境色296.2 照明環(huán)境306.3 微氣候環(huán)境33第七章 模型優(yōu)化與改進(jìn)35第八章 總結(jié)與展望378.1 論文總結(jié)378.2 論文展望37參考文獻(xiàn)39致謝40ii前言隨著國(guó)內(nèi)制造行業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床被使用的越來(lái)越多，機(jī)床的使用效率直接關(guān)系到了企業(yè)的效益，因此研究如何提高機(jī)床使用效率被越來(lái)越多的企業(yè)所重視。而人作為機(jī)床的使用者，在機(jī)床的運(yùn)行過(guò)程中起著主導(dǎo)作用，直接關(guān)系到機(jī)床的工作效率。目前機(jī)床在使

9、用過(guò)程中存在以下一些問(wèn)題：如機(jī)床面板過(guò)高，操作者的手臂需要抬高，不利于長(zhǎng)久作業(yè)；面板顏色呆板，字跡模糊，增加了使用者辨認(rèn)的難度等等。因此考慮人的因素對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)顯得迫在眉睫。人機(jī)工程學(xué)是一門研究人-機(jī)-環(huán)境三者之間相互關(guān)系的學(xué)科，是一門旨在提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的學(xué)科。而且該學(xué)科在發(fā)展的過(guò)程中結(jié)合了生理學(xué)、工程心理學(xué)、人體測(cè)量學(xué)、勞動(dòng)學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和成果，形成自身的理論體系、研究方法、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，研究和應(yīng)用范圍廣泛并具有綜合性。該學(xué)科的研究目的在于設(shè)計(jì)和改進(jìn)人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，是系統(tǒng)獲得較高的效率和效益，同時(shí)保證人的安全、健康和舒適。在了解數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，使用人機(jī)工程學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)機(jī)床進(jìn)

10、行改進(jìn)設(shè)計(jì)，能夠使得機(jī)床滿足人的需求，提高操作者使用的舒適度，提高工作效率。第一章 緒論1.1 課題背景數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代高科技機(jī)電產(chǎn)品的一種重要設(shè)備,正在被廣泛地應(yīng)用于加工制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，而隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大，相應(yīng)地對(duì)提高數(shù)控機(jī)床效率的研究也越來(lái)越被人們所重視。數(shù)控機(jī)床的工作質(zhì)量不但取決于機(jī)器本身的性能和質(zhì)量,還取決于操作者,也就是取決于該系統(tǒng)中人機(jī)系統(tǒng)的功能質(zhì)量，只有當(dāng)操作者與機(jī)器的節(jié)奏相協(xié)調(diào)時(shí)才能發(fā)揮出最高的效率。然而目前在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的時(shí)候由于很少?gòu)娜藱C(jī)工程方面進(jìn)行考慮,對(duì)人機(jī)系統(tǒng)缺乏必要的實(shí)驗(yàn)和研究,造成直到機(jī)器生產(chǎn)出來(lái)投入使用時(shí),才發(fā)現(xiàn)

11、由于人機(jī)系統(tǒng)不合理,導(dǎo)致操作人員不能舒適地使用機(jī)床，使得機(jī)器的效率不能很好發(fā)揮出來(lái),甚至危及操作者人身安全。最后不得不付出很高的代價(jià),拖延大量時(shí)間對(duì)機(jī)器進(jìn)行改造,這種修補(bǔ)又難以使人機(jī)關(guān)系得到徹底改善【1】。針對(duì)這種情況從人機(jī)工程的角度對(duì)機(jī)床外觀造型進(jìn)行設(shè)計(jì)改善。1.2 課題意義通過(guò)運(yùn)用人體測(cè)量學(xué)、色彩心理學(xué)的知識(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床各外觀部件的結(jié)構(gòu)、色彩效果進(jìn)行分析改進(jìn)，進(jìn)而能夠讓用戶在操作的時(shí)候處于舒適、準(zhǔn)確和高效的工作狀態(tài)。同時(shí)運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)理論對(duì)機(jī)床的整體造型進(jìn)行分析，使得機(jī)床造型與環(huán)境處于和諧狀態(tài)，機(jī)床造型清新優(yōu)美、人性化能夠給人心理與生理一種安全感。通過(guò)這一系列的改進(jìn)能夠使得機(jī)器具有“情感”，

12、變得易學(xué)、易懂、易操作，拉近人與機(jī)器的距離，讓用戶在操作機(jī)床的時(shí)候能夠更加的舒適方便【2】。這樣不但提高了人機(jī)效率，而且還減少了機(jī)床維修的成本，提高了國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床在國(guó)際上的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，更推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的向前發(fā)展。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展已經(jīng)逐步滲透入機(jī)床設(shè)計(jì)領(lǐng)域, 現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)全過(guò)程的計(jì)算機(jī)化程度也越來(lái)越高, 可以說(shuō)機(jī)床設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸步入了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)階段, 而屬于機(jī)床設(shè)計(jì)一個(gè)重要組成部分的人機(jī)工程設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)利用計(jì)算機(jī)輔助的手段獲得進(jìn)一步的發(fā)展。目前流行的設(shè)計(jì)方法是計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)工程設(shè)計(jì)caed（computer aided ergonomic design）, 即在計(jì)算機(jī)及其

13、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的支持下, 進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)與人機(jī)工程相關(guān)的各類創(chuàng)造性活動(dòng)【3】?，F(xiàn)在國(guó)際上計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要在于人機(jī)工程設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)方面。國(guó)際上一些大的汽車公司在通用的商業(yè)cad/cam 軟件基礎(chǔ)上開發(fā)自己的車身布置專用軟件,例如基于catia的ramsis軟件等。最早致力于數(shù)控機(jī)床布置研究的英國(guó)某小組已經(jīng)研究出了多個(gè)計(jì)算機(jī)輔助控制面板布置程序，如automat、nulisp、capable等。國(guó)外的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。機(jī)電一體化是在信息技術(shù)的迅速發(fā)展、向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅速滲透、機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用各種先進(jìn)技術(shù)，從

14、系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基礎(chǔ)，對(duì)各組成要素及其間信息處理、能量變換進(jìn)行研究，使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合于綜合集成，并在有序信息流的控制下，形成物質(zhì)與能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在高功能、高質(zhì)量、高性能等諸方面實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)的工程技術(shù)。近年來(lái)我國(guó)的一些大學(xué)和研究所作了研究與探索工作，一些新的機(jī)床設(shè)計(jì)研究方法也相繼出現(xiàn)，例如昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院相關(guān)研究人員研究過(guò)基于人機(jī)工程學(xué)的數(shù)控機(jī)床控制面板設(shè)計(jì)和機(jī)床造型設(shè)計(jì)，但僅限于一般性設(shè)計(jì)理論的提出,并未將其應(yīng)用化,且其研究?jī)?nèi)容并不包括人機(jī)檢測(cè)部分。湖南大學(xué)趙江洪教授所帶領(lǐng)的科研

15、團(tuán)隊(duì)開發(fā)了數(shù)控機(jī)床icaid原型系統(tǒng), 該系統(tǒng)重點(diǎn)是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)而開發(fā),在人機(jī)設(shè)計(jì)方面更為注重的是設(shè)計(jì)知識(shí)參考的提供和操作過(guò)程的研究,在人機(jī)檢測(cè)和視域設(shè)計(jì)方面的研究尚未涉及到【3】。我國(guó)對(duì)于數(shù)控機(jī)床首創(chuàng)了xnzd2415型數(shù)控龍門混聯(lián)機(jī)床，該機(jī)床充分吸收并聯(lián)機(jī)床的配置靈活與多樣性和傳統(tǒng)機(jī)床加工范圍大的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)兩自由度平行四邊形并聯(lián)機(jī)構(gòu)形成基礎(chǔ)龍門，在并聯(lián)平臺(tái)上附加兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的a、c軸擺角銑頭，配以工作臺(tái)的縱向移動(dòng)，可完成五自由度的運(yùn)動(dòng)。該構(gòu)型為國(guó)際首創(chuàng)。由上述國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)控機(jī)床的人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀可以看出國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)床的人機(jī)研究與國(guó)外存在著一定的差距。國(guó)內(nèi)在研究較多的軟件u

16、g 上所開發(fā)的人機(jī)模塊多是針對(duì)汽車行業(yè)的,專門針對(duì)機(jī)床產(chǎn)品的人機(jī)檢測(cè)的軟件模塊非常少見(jiàn)，而且某些研究方法還不夠完善，需要在人機(jī)研究方面給予更多的關(guān)注。1.4 課題內(nèi)容1提出：在整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)中機(jī)床要由人操作使用來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，機(jī)床功能的實(shí)現(xiàn)很大程度上取決于人使用的好壞，而人機(jī)交互的過(guò)程影響著操作者使用機(jī)床的狀態(tài)，因此使用人機(jī)工程學(xué)對(duì)機(jī)床造型進(jìn)行改善，讓機(jī)床以易懂、安全、舒適、親切的方式呈現(xiàn)給使用者，為使用者創(chuàng)造良好的人機(jī)交互環(huán)境。在對(duì)機(jī)床造型進(jìn)行改善設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的工作功能與操作特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)的系統(tǒng)研究，分別從數(shù)控機(jī)床外觀造型人機(jī)分析、數(shù)控機(jī)床控制面板人機(jī)界面研究、機(jī)床色彩人性化設(shè)

17、計(jì)研究、機(jī)床標(biāo)牌人性化研究等方面進(jìn)行研究，使機(jī)床設(shè)計(jì)在其功能性、操作性的基礎(chǔ)上加入人的因素，將人作為設(shè)計(jì)的主題，做到以人為本。2解決方法：ug軟件建模，用一定的測(cè)量手段對(duì)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量，然后運(yùn)用ug軟件根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)建立機(jī)床模型，根據(jù)模型分析機(jī)床關(guān)鍵尺寸是否滿足人體尺寸要求，最后再根據(jù)分析結(jié)果提出改進(jìn)。3設(shè)計(jì)內(nèi)容：數(shù)控機(jī)床通過(guò)機(jī)床門、控制面板、觀察窗等外觀部件以及機(jī)床的著色效果給人以直觀的感受 ，能夠直接影響到用戶的生理心理狀況。在課題中針對(duì)這些影響因素，采用一定的測(cè)量技術(shù)測(cè)量其關(guān)鍵尺寸，通過(guò)ug軟件建模分析機(jī)床是否滿足人體的關(guān)鍵尺寸，根據(jù)分析結(jié)果提出改進(jìn)方案。為了讓用戶能夠舒

18、適輕松的使用機(jī)床，在人體測(cè)量學(xué)、色彩心理學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)床的操作面板、觀察窗、把手等部件進(jìn)行造型及尺寸的改進(jìn)，使得機(jī)床各外觀部件與機(jī)床整體造型相協(xié)調(diào)，機(jī)床整體造型與外部工作環(huán)境相協(xié)調(diào)。除了機(jī)床的造型尺寸與人的感覺(jué)直接相關(guān)，機(jī)床的著色效果也對(duì)用戶的心理產(chǎn)生直接的影響。根據(jù)機(jī)床的外觀部件的不同功能、對(duì)機(jī)床整體功能的影響程度，進(jìn)行特殊的色彩處理，使得用戶能夠獲得心理安全感，并且能夠根據(jù)顏色迅速獲取機(jī)床表達(dá)的信息，提高人機(jī)系統(tǒng)的效率。第二章 人機(jī)工程學(xué)與數(shù)控機(jī)床關(guān)系2.1 人機(jī)工程學(xué)概念人機(jī)工程學(xué)就是按照人的特性設(shè)計(jì)和改進(jìn)人-機(jī)-系統(tǒng)的科學(xué)。為了實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-環(huán)境之間的最佳匹配，人機(jī)工程學(xué)把人的工作優(yōu)化問(wèn)

19、題作為追求的重要目標(biāo)。其標(biāo)志是使處于不同條件下的人能夠高效、安全、健康、舒適地工作和生活。2.2 人機(jī)工程學(xué)發(fā)展史自從有人類文明開始，人類社會(huì)中就一直存在人機(jī)工程的影子。最早時(shí)期的猿人使用石器，就是為了能夠使自己的力量得到最大的發(fā)揮，從而增加自己的存活能力。當(dāng)時(shí)都是出于懵懂的需求，人機(jī)工程還沒(méi)有形成規(guī)范。直到進(jìn)入了20世紀(jì)，人們開始了對(duì)工效的研究。當(dāng)時(shí)進(jìn)行了著名的鐵鏟實(shí)驗(yàn)、時(shí)間研究實(shí)驗(yàn)，還進(jìn)行了動(dòng)作研究、作業(yè)疲勞研究、工作站設(shè)計(jì)等。這個(gè)時(shí)候雖然已經(jīng)孕育了人機(jī)工程學(xué)的思想萌芽，但人機(jī)關(guān)系總的特點(diǎn)是以機(jī)器為中心，通過(guò)選拔與培訓(xùn)使人去適應(yīng)機(jī)器。人機(jī)工程真正興起的時(shí)間是一戰(zhàn)到二戰(zhàn)之間，這個(gè)時(shí)期開始了對(duì)

20、工效的研究，而且還應(yīng)用了心理學(xué)的知識(shí)。自“霍桑實(shí)驗(yàn)”后，研究提高工作效率時(shí)開始重視情緒、動(dòng)機(jī)等社會(huì)因素的作用。從第二次世界大戰(zhàn)到20世紀(jì)60年代，人機(jī)工程進(jìn)入了成長(zhǎng)時(shí)期，這個(gè)時(shí)期開始了人機(jī)關(guān)系的研究，從使人適應(yīng)機(jī)器轉(zhuǎn)入到使機(jī)器適應(yīng)人的新階段，為人機(jī)學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)【4】。20世紀(jì)60年代以后，人機(jī)工程學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，這個(gè)時(shí)期人因工程學(xué)的發(fā)展有三個(gè)基本趨向：1、研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。2、應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣。3、在高技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮作用。2.3 人機(jī)工程學(xué)研究?jī)?nèi)容人機(jī)工程學(xué)的研究包括理論研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面，但學(xué)科研究的總趨勢(shì)側(cè)重于應(yīng)用。人機(jī)工程的根本研究方向是通過(guò)揭示人-機(jī)-環(huán)境之間相互

21、關(guān)系的規(guī)律，以確保系統(tǒng)總體的最優(yōu)化。其主要內(nèi)容可概括為以下幾個(gè)方面【4】：研究人的生理與心理特征。人的生理、心理特性和能力限度，是人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)。研究人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。人機(jī)系統(tǒng)的效能取決于它的總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題是人與機(jī)器之間的分工以及人與機(jī)器之間如何有效地進(jìn)行信息交流等問(wèn)題。研究人機(jī)界面設(shè)計(jì)。在人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)相互作用的過(guò)程，就是利用人機(jī)界面聲的顯示器與控制器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交換的過(guò)程。顯示器是向人傳遞信息的裝置，控制器則接受人發(fā)出去的信息。顯示器研究包括視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等各種類型顯示器的設(shè)計(jì)，同時(shí)還要研究顯示器的布置和組合問(wèn)題，使其與人的感覺(jué)器官特性相適應(yīng)?？刂破髟O(shè)計(jì)研

22、究包括各種操縱裝置的形狀、大小、位置以及作用力等在人體解剖學(xué)、生物力學(xué)和心理學(xué)等方面的問(wèn)題，使其與人的運(yùn)動(dòng)器官特性相適應(yīng)。保證人與機(jī)之間的信息交換迅速。準(zhǔn)確，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化研究工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)與改善。工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)人的工作效率有著直接影響。該項(xiàng)研究的目的是使人的工作條件合理，工作范圍適宜，工作姿勢(shì)正確，達(dá)到工作時(shí)不易疲勞、方便舒適、安全可靠和提高效率的目的。研究工作環(huán)境及其改善。任何人機(jī)系統(tǒng)都處于一定的環(huán)境中，因此人機(jī)系統(tǒng)的功能不能不受環(huán)境因素影響，人與機(jī)相比，受影響的程度更大。該研究的目的是為人創(chuàng)造安全、健康、舒適的作業(yè)環(huán)境，提高人的工作、生活質(zhì)量，保證人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的高效率。研究

23、作業(yè)方法及其改善。作業(yè)是人機(jī)關(guān)系的主要表現(xiàn)形式，也是人機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程，只有通過(guò)作業(yè)才能產(chǎn)生系統(tǒng)的成果。人機(jī)工程主要研究人從事體力作業(yè)、機(jī)能作業(yè)和腦力作業(yè)時(shí)的生理和心理反應(yīng)、工作能力及信息處理特點(diǎn)，該研究目的是尋求經(jīng)濟(jì)、省力、安全、有效的作業(yè)方法，消除無(wú)效勞動(dòng)，減輕疲勞，合理利用人力和設(shè)備，提高系統(tǒng)效率。研究系統(tǒng)的安全性和可靠性。人機(jī)系統(tǒng)已向高度精密、復(fù)雜和快速化發(fā)展，像這種系統(tǒng)的失效將可能產(chǎn)生重大損失和嚴(yán)重后果。實(shí)踐表明，系統(tǒng)的事故絕大多數(shù)是由人為失誤造成的，因此研究人為失誤的特征和規(guī)律，尋找導(dǎo)致人為失誤的各種因素，變得很重要。研究組織與管理的效率。人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的研究應(yīng)與組織、管理、文化

24、和社會(huì)相適應(yīng)。2.4 人機(jī)工程學(xué)的研究方法研究方法在科學(xué)發(fā)展中具有重要作用，只有掌握科學(xué)的研究方法才會(huì)使研究工作取得預(yù)期的成果。人機(jī)工程學(xué)是由多學(xué)科交叉形成的，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，因此其研究方法也很多。其常用的研究方法有：調(diào)查法、觀測(cè)法、實(shí)驗(yàn)法、心理測(cè)量法、心理測(cè)驗(yàn)法和圖示模型法，此外人機(jī)工程的研究方法還有很多，如工作研究、模擬法等相關(guān)學(xué)科的研究方法。2.5 數(shù)控機(jī)床的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)讓人適應(yīng)機(jī)器的時(shí)代已悄然而去，現(xiàn)在由于人機(jī)相互不夠協(xié)調(diào)而工作效率低下的問(wèn)題越來(lái)越被人們所重視，如何提高人機(jī)效率成為了一項(xiàng)重要的課題。人機(jī)工程就是一門旨在以人為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行人-機(jī)-環(huán)境改善，提高系統(tǒng)效率和效益，同時(shí)保證人

25、的安全、健康和舒適的一門學(xué)科。利用人機(jī)工程對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得機(jī)床以適應(yīng)人為出發(fā)點(diǎn)，提高使用者操作舒適度，提高效率。在使用人機(jī)工程學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要從生理上與心理上進(jìn)行設(shè)計(jì)。生理上主要是基于人體尺寸的機(jī)床尺寸設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)，心理上的設(shè)計(jì)則使用色彩心理學(xué)進(jìn)行機(jī)床的著色處理、整體造型設(shè)計(jì)，機(jī)床外部的操作環(huán)境設(shè)計(jì)則與生理、心理均有關(guān)聯(lián)。大量查閱資料后以標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其滿足人的生理、心理需求，則操作者在工作的時(shí)候會(huì)心情愉悅，提高人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的效率。第三章 模型的建立3.1 主要尺寸測(cè)定與分析對(duì)南京邁順數(shù)控機(jī)床用卷尺進(jìn)行尺寸采集，測(cè)量誤差控制在5mm之內(nèi)，測(cè)量關(guān)鍵

26、尺寸如下：控制面板：寬400mm,高405mm，中心高1525mm，分兩塊，上半部分高150mm,下半部分高250mm；顯示屏：高112mm，寬150mm，中心高1635mm；觀察窗：高575mm，寬450mm，中心高1245mm；門把手：直徑23mm，長(zhǎng)450mm，中心高1195mm；查第四章節(jié)表4.2基本人體尺寸得到：男性50百分位眼高為1568mm，肘高為1024mm；女性50百分位眼高為1454mm，肘高為960mm。結(jié)論：顯示屏中心高1635mm 肘高1568mm，故顯示屏偏高；面板中心高1525mm 肘高1024mm，故控制面板偏高；肘高1024mm在門把手可調(diào)范圍970mm141

27、0mm內(nèi)，故門把手尺寸合理；觀察窗中心高1245mm,低于人眼高1454mm,符合人們的工作姿勢(shì)要求。3.2 原始模型建立使用ug nx8.0對(duì)數(shù)控機(jī)床建立原始模型，ug是一款功能強(qiáng)大的三維畫圖軟件，能夠詳細(xì)的模擬出機(jī)床環(huán)境，用ug畫出的模型如圖3-1、圖3-2所示：圖3-1 原機(jī)床ug模型圖3-2 原機(jī)床控制面板3.3 機(jī)床人機(jī)工程方面的不足根據(jù)章節(jié)3.1對(duì)該機(jī)床關(guān)鍵尺寸的分析結(jié)果，結(jié)合圖3-1與圖3-2，發(fā)現(xiàn)其有以下不足之處：1、機(jī)床控制面板過(guò)高，大多數(shù)操作者操作時(shí)手臂上舉，這樣會(huì)加快操作者的疲勞程度。2、顯示器過(guò)高，大多數(shù)使用者仰視著屏幕，長(zhǎng)期如此操作，操作者會(huì)感到脖子酸疼，眼睛疲勞。3

28、、控制面板與機(jī)床平行，當(dāng)操作者加工零件時(shí)，眼睛在面板與零件之間轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大，會(huì)加快眼睛疲勞速度。4、機(jī)床色彩過(guò)于單調(diào)，而且面板色彩對(duì)比不明顯，易使人視覺(jué)疲勞。5、面板按鍵磨損，有些按鍵上的符號(hào)不清晰，且按鍵使用時(shí)有點(diǎn)吃力。6、面板布局存在不合理的地方，應(yīng)將旋鈕并排放在近視野范圍內(nèi)，降低辨認(rèn)難度。7、觀察窗玻璃透明度偏低，增加了眼睛觀察工件的難度。第四章 基本尺寸設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代高科技機(jī)電產(chǎn)品的一種重要設(shè)備,正在被廣泛地應(yīng)用于加工制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)床尺寸，讓機(jī)床符合人的需求，提高人機(jī)工作效率。4.1 基本操作姿勢(shì)操著者使用數(shù)控機(jī)床采用立姿工作體位

29、，該體位具有以下特點(diǎn)：可活動(dòng)的空間較大；需經(jīng)常改變體位，立位比頻繁起坐消耗能量少；手的力量增大，即人體能輸出較大的操作力；減少作業(yè)空間，能夠較好的使用有一定高度的顯示器、控制器。不易進(jìn)行細(xì)致和精確的作業(yè)；不易轉(zhuǎn)換操作，立姿時(shí)肌肉要做出更大的功來(lái)支持體重，容易引起疲勞；長(zhǎng)期站立容易引起下肢靜脈曲張等。操作者操作機(jī)床時(shí)，身體站直與機(jī)床保持一定距離，右手操作面板，雙眼在顯示屏與工件之間來(lái)回關(guān)注；更換工件時(shí)，需要移動(dòng)身體，手與肘持平并握住門把手推拉機(jī)床門。4.2 數(shù)據(jù)使用方法在對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行基于人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候，使用標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸數(shù)據(jù)時(shí)，采用以下使用準(zhǔn)則：使用最新人體數(shù)據(jù)準(zhǔn)則。合理選擇百分位和適用度

30、準(zhǔn)則。平均性準(zhǔn)則?？烧{(diào)性準(zhǔn)則。功能修正與最小心理空間相結(jié)合準(zhǔn)則。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)公布的人體數(shù)據(jù)是在裸體、不穿鞋的條件下測(cè)得的，而設(shè)計(jì)中所設(shè)涉及的人體尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽條件下的人體尺寸。因此，考慮有關(guān)人體尺寸時(shí)，必須給衣服、鞋、帽留下適當(dāng)?shù)挠嗔?，也就是?yīng)在人體尺寸上增加適當(dāng)?shù)闹b修正量。所有這些修正量總計(jì)為功能修正量。于是，產(chǎn)品的最小功能尺寸可由下式確定 xmin = xa + f (4-1)式中，xmin為最小功能尺寸（mm）；xa為第a百分位人體尺寸數(shù)據(jù)（mm）；f為功能修正量。功能修正量隨產(chǎn)品不同而異，通常為正值，但有時(shí)也可能為負(fù)值。對(duì)于著裝和穿鞋修正量可參照表4.1中的數(shù)據(jù)確定。對(duì)姿勢(shì)

31、修正量的常用數(shù)據(jù)是：立姿時(shí)的身高、眼高減10mm,坐姿時(shí)的坐高、眼高減44mm。考慮操作功能修正量時(shí)，應(yīng)以上肢前展長(zhǎng)為依據(jù)，而上肢前展長(zhǎng)是后背至中指尖點(diǎn)的距離，因而對(duì)操作不同功能的控制器應(yīng)作不同的修正。如按鈕開關(guān)可減12mm;推滑板推鈕、搬動(dòng)搬鈕開關(guān)則減25mm?！?】表4.1 正常人著裝和穿鞋修正量項(xiàng)目尺寸修正量/mm修正原因站姿高2538鞋高坐姿高3褲厚站姿眼高36鞋高坐姿眼高3褲厚肩寬13衣胸寬8衣胸厚18衣腹厚23衣立姿臂寬13衣坐姿臂寬13衣肩高10衣（包括坐高3mm及肩7mm）兩肘間寬20肩-肘8手臂彎曲時(shí)，肩肘部衣物壓緊臂-手5結(jié)合上述人體尺寸使用準(zhǔn)則，利用表4.2中的一些基本人

32、體尺寸進(jìn)行機(jī)床尺寸改進(jìn)，得到更加合理的尺寸，使得操作者能夠更加舒適的工作，提高效率。表4.2 基本人體尺寸 性別 項(xiàng)目男女5%50%95%5%50%95%身高158316781775148415701659上臂長(zhǎng)289313338262284302前臂長(zhǎng)216237258193213234眼高147415681664137114541541肘高954102410968999601023肩高128113671455119512711350手功能高216237258193213234肩寬344375403320351377最大肩寬398431469363397438手長(zhǎng)17018319615917

33、1183手寬768289707682立姿雙手上舉高197121082245184519682089立姿雙手功能上舉高186920032138174118601976立姿雙手左右平展寬157916911802145715591659立姿雙臂功能平展寬137414831593124813441438立姿雙肘平展寬816875934756811869注：尺寸均為裸體測(cè)量結(jié)果，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各地區(qū)不同的著衣量進(jìn)行修正4.3 基本尺寸設(shè)計(jì)4.3.1 控制面板控制面板是由操作者站立在其面前一定距離進(jìn)行操作的，所以控制面板的尺寸可以由表4.2基本人體尺寸并結(jié)合圖4-1的立姿作業(yè)范圍來(lái)確定。圖4-1 立姿作業(yè)范

34、圍距離設(shè)計(jì)：操作者工作時(shí)與面板的距離根據(jù)前臂手前伸長(zhǎng)來(lái)確定，考慮其屬于可觸及類距離設(shè)計(jì)，因而采用5百分位，女性5百分位尺寸是383mm，男性5百分位尺寸是416mm，得到人與面板的距離是（383 + 416）/ 2 = 399.5mm,考慮人工作時(shí)的姿勢(shì)修正，最終得到人與面板的工作距離是400mm.高度設(shè)計(jì)：由圖4-1得立姿舒適的工作高度為1100mm1370mm,再根據(jù)立姿時(shí)的鞋厚修正量30mm、姿勢(shì)修正量10mm,由公式xmin = xa + f求得修正高度是1300mm1670mm，最終尺寸需要進(jìn)行面板詳細(xì)設(shè)計(jì)后確定。 寬度設(shè)計(jì)：由圖4-1得知立姿時(shí)在580mm范圍內(nèi)操作者都能夠比較舒適

35、的工作，因最終尺寸需要進(jìn)行面板詳細(xì)設(shè)計(jì)后確定，故先將控制面板的寬保留為原始尺寸400mm。4.3.2 面板顯示屏以人為本的顯示器設(shè)計(jì)，主要考慮眼高、人眼視野等。人在觀察目標(biāo)的時(shí)候，如果目標(biāo)小于380mm會(huì)發(fā)生目眩，大于760mm時(shí)細(xì)節(jié)看不清，在560mm處最為適宜。操作者在操作面板時(shí)，眼睛離顯示屏的距離在400mm左右，符合上述要求。高度設(shè)計(jì)：人立姿時(shí)的視野在視平線以下10左右，顯示屏的高度應(yīng)該在這個(gè)范圍內(nèi)，這樣能夠讓眼睛舒適的視物，減少眼睛的疲勞。圖4-2 垂直視野尺寸高度類設(shè)計(jì)使用平均性準(zhǔn)則。男性50百分位眼高是1568mm,女性50百分位眼高是1454mm，平均眼高為（1568 + 14

36、54）/ 2 = 1511mm，人站立時(shí)的穿鞋修正量是36mm,姿勢(shì)修正量是10mm，根據(jù)公式（4-1）求得最小眼高尺寸為xmin = 1511mm + 36mm10mm = 1537mm。如圖4-2所示，顯示屏下限高為1537mm 145.5mm = 1391.5mm，所以最終將顯示屏安放在1391.5mm1537mm高度范圍內(nèi)，能夠讓操作者舒適的觀察顯示屏，考慮到心理修正量，最終將高度定為1390mm1510mm，高120mm。寬度設(shè)計(jì)：當(dāng)人的頭部和眼球都固定不動(dòng)時(shí)，視野在水平方向1.53內(nèi)辨認(rèn)物體最清晰，為中心視力范圍；318內(nèi)視物暫短，比較清晰，為片刻視力范圍；1830內(nèi)必須集中注意力

37、，才能看清目標(biāo)，為有效視力范圍。 圖4-3 水平視野尺寸如圖4-3水平視野尺寸所示，當(dāng)人離目標(biāo)400mm時(shí)，中心視力范圍在22.7mm以內(nèi)；片刻視力范圍在22.7mm127.5mm；有效視力范圍在127.5mm227.2mm。操作時(shí)眼睛應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)較少的角度、使用較少的時(shí)間來(lái)定位目標(biāo)，故將顯示屏的邊緣設(shè)置在有效視力范圍內(nèi)靠近127.5mm的地方?？紤]視野余量最終確定寬度為155mm。4.3.3 門把手門把手主要用于操作者推拉機(jī)床門。在使用把手的時(shí)候，操作者用手握住把手，前臂以肘關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推拉把手。故根據(jù)肘高來(lái)確定把手中心高度，根據(jù)手掌尺寸確定把手直徑。高度：在章節(jié)3.1中已經(jīng)初步分析過(guò)把

38、手的高度尺寸970mm1410mm滿足人們的工作需求，現(xiàn)在作詳細(xì)的分析：由表4.2知男性的肘高為1024mm,女性肘高為960mm，平均肘高為（1024 + 960）/ 2 = 992mm，查表4.1得到人立姿穿鞋修正量是36mm，得到最小功能肘高為992mm + 36mm = 1028mm，在970mm1410mm范圍內(nèi)，所以門把手高度采用原始尺寸。當(dāng)手握住門把手時(shí)，若其直徑過(guò)小，會(huì)容易引起肌肉過(guò)度緊張；直徑過(guò)大，則手難以握牢。因而查有關(guān)資料得到合理直徑為12.5mm25mm,最大不超過(guò)75mm。因而保留原把手直徑尺寸23mm。設(shè)計(jì)好的門把手如圖4-4所示：圖4-4 把手設(shè)計(jì)效果圖第五章 人

39、機(jī)界面設(shè)計(jì)5.1 人機(jī)界面概述人機(jī)界面設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中有著極其重要的地位，若人機(jī)界面設(shè)計(jì)不合理會(huì)容易導(dǎo)致操作人員的操作失誤，降低系統(tǒng)運(yùn)行的效率。在人機(jī)界面上，向人表示機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的儀表或器件叫顯示器，供人操縱機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置或器件叫控制器。對(duì)機(jī)械來(lái)說(shuō)，控制器執(zhí)行的功能是輸入，顯示器執(zhí)行的功能是輸出。對(duì)人來(lái)說(shuō)，通過(guò)感受器接受機(jī)械的輸出效應(yīng)（如顯示器所顯示的數(shù)值）是輸入；通過(guò)運(yùn)動(dòng)器操縱控制器，執(zhí)行人的意圖和指令則是輸出。如果把感覺(jué)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為人的三要素，而把機(jī)械的顯示器、機(jī)體和控制器作為機(jī)械的三個(gè)要素，并將各要素之間的關(guān)系用圖表示出來(lái)，叫做人機(jī)界面三要素基本模式【6】，如圖5-

40、1所示：圖5-1 人機(jī)界面基本模型人機(jī)界面設(shè)計(jì)主要是指顯示器、控制器以及它們之間的關(guān)系的設(shè)計(jì)，應(yīng)使人機(jī)界面符合人機(jī)信息交流的規(guī)律和特性。由于機(jī)器的物理要素具有行為意義上的刺激特性，必然存在最有利于人的反應(yīng)刺激形式，所以人機(jī)界面的設(shè)計(jì)始終是以系統(tǒng)中的人為主體的。5.2 顯示器設(shè)計(jì)5.2.1 刻度線1刻度線高度刻度線分為長(zhǎng)刻度線、中刻度線和短刻度線，其高度與視距有關(guān)，它們之間的關(guān)系如表5.1所示。表5.1 視距與刻度線高度視距/m刻度線高度/mm字符高度/mm長(zhǎng)刻度線中刻度線短刻度線0.55.64.12.32.30.50.9210.27.14.34.30.921.8319.814.38.78.71

41、.833.664028.417.317.33.666.1066.847.528.828.8已知操作者的視距是400mm,查表5.1得知長(zhǎng)刻度線高5.6mm，中刻度線高4.1mm，短刻度線高2.3mm，字符高度為2.3mm。2刻度線寬度與間距刻度線之間的間距要適當(dāng)。太小不方便試讀，當(dāng)小于1mm時(shí)，試讀誤差明顯增大；而太大又不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)最大視距為l（mm）時(shí)，各刻度線的最小尺寸可由下列各式求出。長(zhǎng)刻度線高度：l/90mm 刻度線寬度：l/5000mm中刻度線高度：l/125mm 短刻度線間距：l/600mm短刻度線高度：l/200mm 長(zhǎng)刻度線間距：l/50mm已知人的最佳視物距離是560mm，由上

42、述公式求得長(zhǎng)刻度線高度最小為6.2mm，間距最小為11.2mm；中刻度線高度最小為4.48mm；短刻度線最小高度為2.8mm，最小間距為0.93mm；各刻度線寬度為0.112mm。根據(jù)伍德森建議：各刻度線的間距應(yīng)在1.143mm以上。長(zhǎng)刻度線寬度應(yīng)在0.89mm以上，中刻度線寬度應(yīng)在0.76mm以上，短刻度線寬度在0.64mm以上。短刻度線寬度至少為刻度間距的23%。綜合上述條件得出以下刻度線尺寸：長(zhǎng)刻度線：高度6.2mm，間距11.2mm，線寬0.89mm；中刻度線：高度4.48mm，間距1.143mm，線寬0.76mm；短刻度線：高度2.8mm，間距1.143mm，線寬0.64mm。具體效

43、果見(jiàn)圖5-2：圖5-2 刻度線效果圖5.2.2 字符旋鈕周圍字符的形狀應(yīng)簡(jiǎn)明、醒目、易讀，多用直角與尖角形，以突出各個(gè)字符的形狀特征，避免相互混淆。字符的大小應(yīng)根據(jù)視距而定，一般字符高度可參考表5.2，也可由下式求得h = l / 200 (5-1)式中，h為字符高度（mm）；l為視距（mm）。表5.2字符高度與視距視距/mm字符高度/mm5002.550090059001800918003600183600600030已知最佳視距為560mm時(shí)，求得h=2.8mm，查表5.2得h=5mm,取大者。字符寬度=2h/3=3.33mm，字符間距=h/5=1mm。字符效果見(jiàn)圖5-2與圖5-3所示：圖

44、5-3字符效果圖5.2.3 顯示屏設(shè)計(jì)1亮度目標(biāo)的亮度越高，俞易覺(jué)察，但是當(dāng)目標(biāo)亮度超過(guò)34.3cd/m時(shí)，視敏度不再有較大的改善，所以目標(biāo)亮度不宜超過(guò)34.3cd/m。2.呈現(xiàn)時(shí)間當(dāng)目標(biāo)呈現(xiàn)時(shí)間在0.0110s范圍時(shí)，目標(biāo)的視見(jiàn)度隨呈現(xiàn)時(shí)間的增大而提高；當(dāng)呈現(xiàn)時(shí)間大于1s時(shí)，視見(jiàn)度提高的速度減慢；當(dāng)呈現(xiàn)時(shí)間大于10s時(shí)，視見(jiàn)度只有很小的提高。通常目標(biāo)呈現(xiàn)時(shí)間為0.5s時(shí)，已可滿足視覺(jué)辨別的基本要求；呈現(xiàn)時(shí)間為23s時(shí)，視覺(jué)辨認(rèn)效果最佳，但占用時(shí)間太長(zhǎng)，影響工作效率。3.余輝目標(biāo)余輝是目標(biāo)消失后，目標(biāo)光點(diǎn)在平面上的停留時(shí)間，一般為36s。當(dāng)掃描周期縮短時(shí)，余輝積累效應(yīng)可改進(jìn)余輝的能見(jiàn)度，提高視

45、覺(jué)效率，周圍照度則以1lx時(shí)為最佳。4.目標(biāo)移動(dòng)速度查閱資料得知目標(biāo)移動(dòng)速度不應(yīng)過(guò)快，控制在20/s左右較適宜。5.目標(biāo)與背景關(guān)系屏幕亮度取68.6cd/m最為適宜，并且顯示屏以外的照明并不是越暗越好，而是與屏幕亮度一致或稍低時(shí)，目標(biāo)察覺(jué)、識(shí)別和追蹤的效率高。當(dāng)環(huán)境亮度超過(guò)屏幕亮度時(shí)，視覺(jué)工作效率受到明顯的不利影響。周圍照明顏色與目標(biāo)顏色應(yīng)有清晰對(duì)比。6.尺寸大小由章節(jié)4.3.1確定的控制面板大致的高度為1391.5mm1537mm，寬度為127.5mm177.5mm。控制面板上寬度方向上有11個(gè)按鍵和一個(gè)旋鈕，每個(gè)按鈕高15mm,旋鈕刻度線標(biāo)數(shù)直徑為60mm，上八個(gè)按鍵間距平均2mm，下三個(gè)

46、按鍵間距5mm，旋鈕與按鍵高度間隔40mm，邊余量留有40mm，算得總高度定為410mm?？刂泼姘鍖挾壬嫌?個(gè)按鍵寬尺寸外加兩個(gè)按鍵的寬度，每個(gè)按鍵寬15mm，間距為7mm， 每個(gè)按鈕寬20mm，陣列間距25mm，邊余量30mm，最終得到寬度為380mm。設(shè)計(jì)的顯示屏見(jiàn)圖5-4：圖5-4 顯示屏效果圖5.3 控制器設(shè)計(jì)人通過(guò)顯示器獲得信息后，需要通過(guò)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)將大腦的分析決策結(jié)果傳遞給系統(tǒng)，從而使其按人預(yù)定的目標(biāo)工作。控制器是人用以將信息傳遞給機(jī)器，或運(yùn)用人的力量來(lái)開動(dòng)機(jī)器，使之執(zhí)行控制功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)整、改變機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的裝置?？刂破魇侨藱C(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人機(jī)界面設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，控制器

47、的設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的工作效率、安全運(yùn)行以及使用者操作的舒適性?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)必須符合人因工程的要求也就是說(shuō)，必須考慮人的心理。生理、人體解剖和人體機(jī)能等方面的特【4】。5.3.1 旋鈕設(shè)計(jì)旋鈕是用手指的擰轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行操作的一種手動(dòng)控制器，其大小應(yīng)使手指和手與其輪緣有足夠的接觸面積，便于手捏緊和施力以及保證操作的速度和準(zhǔn)確性。因此，旋鈕的直徑不宜太小，也不宜太大，一般以50mm為最佳。為了使手操縱旋鈕時(shí)不打滑，常把手操作部分的鈕帽做成各種齒紋，以增強(qiáng)手的扭轉(zhuǎn)力。此外旋鈕的形狀應(yīng)該便于人的使用，這有利于人對(duì)控制器的施力。設(shè)計(jì)的旋鈕如圖5-2與圖5-5所示：圖5-5 旋鈕效果圖如圖5-5所

48、示，旋鈕以手指大小為依據(jù)設(shè)置直徑為3mm5.3.2 按鈕設(shè)計(jì)機(jī)床面板按鈕是通過(guò)手指的按壓實(shí)現(xiàn)其功能，其主要尺寸根據(jù)人的手指端尺寸確定。用拇指操作的按鈕，其最小直徑建議采用19mm，用其他手指尖操作的按鈕，其最小直徑建議采用10mm。按鈕的尺寸應(yīng)按手指的尺寸和指端弧形設(shè)計(jì)，方能操作舒適。設(shè)計(jì)的按鈕如圖5-6圖5-8所示：圖5-6 按鍵效果圖圖5-7 啟動(dòng)停止按鈕圖5-8 急停按鈕如圖所示：將按鍵大小設(shè)置成15mm * 15mm，按鈕設(shè)置成20mm * 15mm，急停按鈕設(shè)置成直徑40mm。5.3.3 安全設(shè)計(jì)1.控制器阻力 控制器要有一定的阻力。操作阻力可以提高操作的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性和速度以及向操

49、作者提供反饋信息，以判斷操縱是否被執(zhí)行，同時(shí)防止控制器被意外啟動(dòng)。故對(duì)控制器進(jìn)行最小操作阻力設(shè)計(jì)，手動(dòng)按鈕最小操作阻力為2.8n,旋鈕的最小操作阻力為1.7n。2.控制器的偶發(fā)啟動(dòng)在操作過(guò)程中，由于操作者的無(wú)意碰撞、牽拉控制器或外界震動(dòng)等而引起的控制器的偶發(fā)啟動(dòng)。為了避免控制器被無(wú)意碰撞或牽引而引起的意外驅(qū)動(dòng)，造成傷人事故，在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，應(yīng)考慮以下防護(hù)措施：將控制器安裝在不易被碰撞的位置；將控制器的運(yùn)動(dòng)方向向著最不可能發(fā)生意外用力的方向；適當(dāng)增大控制器的操作阻力。一組控制器必須按正確的順序操作時(shí)才能被啟動(dòng)，使控制器彼此之間具有連鎖作用。5.4 色彩設(shè)計(jì)控制面板是操作者工作的時(shí)候要長(zhǎng)期接觸的地

50、方，如果面板的顏色過(guò)于單調(diào)，或者搭配的不合理，那么操作者就會(huì)容易有壓抑感、易疲勞，這樣就會(huì)降低工作效率，提高犯錯(cuò)率，甚至?xí)邪l(fā)生事故的危險(xiǎn)。因此，在設(shè)計(jì)控制面板的時(shí)候，要給予色彩處理足夠的重視。1.安全色對(duì)于長(zhǎng)期在機(jī)床面前工作的人們，很容易有疲勞感，注意力不是十分集中。所以部分重要的顯示裝置要能夠比其他的更加能夠引起注意，而且不需要操作者通過(guò)思索就能明白它們所要表達(dá)的關(guān)鍵信息。機(jī)床面板的急停按鈕和停機(jī)按鈕表達(dá)了禁止、停止、危險(xiǎn)的意思，需要操作者能在第一時(shí)間明白它表達(dá)的含義，所以將急停按鈕和停機(jī)按鈕設(shè)置成紅色，并且為了能夠讓紅色急停按鈕更加明顯將急停按鈕的背景設(shè)置成黃色，而且黃色能夠提醒人們注意

51、。將開始、啟動(dòng)按鈕設(shè)置成綠色，綠色傳達(dá)給人們?cè)试S、安全的信息。設(shè)置了安全色后，操作者能夠迅速的對(duì)它們采取措施，提高了人們辨認(rèn)的速度，提高了工作效率，增強(qiáng)了安全性。2.色彩搭配針對(duì)數(shù)控機(jī)床控制面板，從提高操作者舒適度出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行色彩的處理：對(duì)于面板的旋鈕，將其設(shè)置成黑色，指針設(shè)置成白色，刻度盤設(shè)置成黑色，字符設(shè)置成白色，這樣能夠使得目標(biāo)事物與周邊環(huán)境形成鮮明對(duì)比，提高人們的辨認(rèn)速度，提高判讀的精確度。對(duì)于按鍵，將字符設(shè)置成黑色，按鍵設(shè)置成白色，這樣讓操作者做輸入操作時(shí)，能夠迅速地找到要找的按鍵，提高指令輸入的效率。對(duì)于整個(gè)面板，將其設(shè)置成灰色，突顯出面板上需要注意的部件。設(shè)置后的效果如圖5-9

52、所示：圖5-9 控制面板效果圖第六章 操作環(huán)境的設(shè)計(jì) 對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的研究包含對(duì)人、機(jī)器和環(huán)境的研究，前面的章節(jié)已經(jīng)對(duì)人機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)，本章節(jié)針對(duì)人機(jī)工作的環(huán)境進(jìn)行簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)，使得人-機(jī)-環(huán)境能夠相互協(xié)調(diào)，以人作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，使得操作者在使用機(jī)床的時(shí)候擁有一個(gè)良好的工作環(huán)境，這樣提高了人機(jī)系統(tǒng)整體的和諧度，提高效率。6.1 環(huán)境色色彩能夠使人產(chǎn)生溫度感、輕重感、硬度感、脹縮感、遠(yuǎn)近感等物理感覺(jué)，能夠引起人的情緒變化，因而色彩對(duì)人的心理有著一定的調(diào)節(jié)作用，并且會(huì)表現(xiàn)在生理上。工作的環(huán)境對(duì)人的生理有著很大的影響，而調(diào)節(jié)環(huán)境屬物理調(diào)節(jié)方式來(lái)的最為直接迅速，但是相應(yīng)的有著比較高的代價(jià)；而心理與生理在

53、一定程度上是相互影響的，所以也可以通過(guò)對(duì)心理的調(diào)節(jié)來(lái)影響操作者的生理感受。與物理調(diào)節(jié)方式相比，利用色彩對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，不需要追加成本，更不會(huì)消耗資源，并且色彩是直接作用于人的心理，只要是操作者能夠看得見(jiàn)的地方，都能夠有效的發(fā)揮作用。操作者工作的環(huán)境都需要布置環(huán)境色，這樣能夠使得色彩調(diào)節(jié)有效的發(fā)揮作用，環(huán)境色的布置應(yīng)滿足一下要求：應(yīng)使環(huán)境色形成的反射光配合采光照明形成足夠的明視性。應(yīng)像避免直接眩光一樣盡量避免施色涂層形成的高光對(duì)視覺(jué)的刺激。應(yīng)形成適合作業(yè)中的中高明度的環(huán)境色背景。應(yīng)避免配色的對(duì)比度過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱，保證適當(dāng)?shù)膶?duì)比度。應(yīng)避免大面積純度過(guò)高的環(huán)境色，以防視覺(jué)受到過(guò)度刺激而過(guò)早產(chǎn)生視覺(jué)疲

54、勞應(yīng)避免如視覺(jué)殘像之類的虛幻形象出現(xiàn)，保證生產(chǎn)安全。【5】根據(jù)上述要求我們對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)著色處理，處理效果如圖6-1所示：圖6-1 機(jī)床著色效果如圖6-1所示，將機(jī)床的底座設(shè)置成黑色，將機(jī)身設(shè)置成白色，機(jī)床門設(shè)置成藍(lán)色。黑色使人聯(lián)想到重質(zhì)量的物體；白色和藍(lán)色則給人以沉靜感，可以抑制人的情感和情緒，使人沉著和冷靜，有利于人們長(zhǎng)期工作；采用多種色彩，可以減少人們視覺(jué)疲勞的速度；機(jī)床身使用白色，與底座黑色形成對(duì)比，給人下重上輕的感覺(jué)，使人有安全感。6.2 照明環(huán)境工作環(huán)境的照明環(huán)境對(duì)工作有這一定的影響，工作環(huán)境若是照明不好，則會(huì)造成工作者的疲勞，工作效率低、效果差。明度不好，由于反復(fù)努力辨認(rèn)，造成視覺(jué)疲勞。改善照明條件不僅可以減少視覺(jué)疲勞，而且也會(huì)