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制造业装备人机关系设计原则探讨
制造业装备人机关系设计原则探讨
商炼英1,虞世鸣1
1 上海大学机电工程与自动化学院,上海(200072)
E-mail:shanglianying@163.com
摘 要:本文对制造业装备产品外观、形态以及人机交互方式进行了分析研究。通过问卷调
查,对数控机床的人机交互关系密切程度由高到低进行了排列,对外形中排列前三的部件进
行了人机工程分析,提出了制造业装备产品人机交互关系的设计原则。
关键词:制造业装备,人机交互,设计原则
中图分类号:
1.引言
制造业是国民经济的基础,也是国家竞争力的重要体现,“工具为家之器,装备乃国之
器”。据统计,目前全国中等规模以上装备制造企业约7万家,从业人员近1838万人,2005
年工业总产值6.8万亿元,利润超过3000亿元,工业增加值占国内生产总值的8.8%左右[1]。
一个国家装备的强弱,主要取决于该国制造业水平的高低,尤其是机械制造业。研制具有核
心竞争能力的制造业装备,已经成为世界各国经济发展的重要基础和战略目标。
目前,我国制造业装备还处于中低档水平,研发设计主要指标是机器运行的性能和功能,
很少考虑到人的因素和机器外观的美感,使人在使用过程中很容易产生疲劳,从而降低工作
效率。以数控机床为例,整个机器体积庞大、色调单一、线条僵硬、颜色使用随意,操作性
和显示装置设计尚未引入科学人性化的因素等,从而影响产品整体品质和国际竞争力。
本文从人机交互的角度来探讨制造业装备产品的外观设计原则,以提升产品的外观品
质。制造业装备外观设计,人机交互首先要考虑的,是产品操作的安全性问题。这类大型甚
至巨型运转的设备,操作人员的稍一疏忽,导致的后果有可能是致命的。因为人的长时间作
业,不管体力还是精力方面都会感到疲劳,容易产生操作误差。装备产品设计,我们需要考
虑的是如何将这种操作失误降到最低以将可能带来的伤害减到最小。其次,人机交互要考虑
装备操作的舒适性问题。舒适是人在工作时的最高要求,使人与机器的交互关系达到最佳匹
配。从管理角度,操作舒适,有利于提高工作效率,保证产品生产质量。
2.制造业装备人机交互关系概述
一般而言,人机交互分两种情况:一种指 human-computer interaction,另一种是
human-machine interaction。其中,human-computer interaction 是指用户与计算机系统之间的
通信关系。从广义来说,人机交互是指人与“含有计算机的机器”之间的交互,以一定的符
号和动作来实现。本文涉及的人机交互是广义上的交互,包括计算机的人机界面,也包括整
个机器的硬件设施。
而Human-machine Interaction 关系的发展可以说是随着机器的发展而发展的。当计算机
还没有问世的时候,人机交互的关系便是传统的人机系统,即人与机器的直接接触,着重于
机器的外观设计。随着计算机的问世及快速发展,人机交互由原始的人机系统变成计算机系
统(主要由计算机操作机器,人直接接触的便是计算机界面),目前由于很多零件加工的复
杂性,使得人机交互关系朝虚拟现实(Virtual reality)方向发展(表1 人机交互关系发展表)。
-1-
表1 人机交互关系发展
Tab.1 The development of human-machine interaction’s relations
传统人机系统 计算机系统 虚拟现实系统
人 操作员 用户 参与者
活动 操作 对话 通信
对象 机器 计算机 环境
制造业装备由于功能多、非标准程度高、机器运转复杂,因此多数主要由人工实现操作,
本文研究的人机交互关系则是将传统人机系统和计算机系统结合起来,即既考虑机器的硬件
设计,也考虑其软件设计。硬件设计,为产品的硬件与用户直接接触部分的设计,就是传统
的产品外观设计,而软件设计主要指图形用户界面设计(见图1)。
图 1 人机交互关系
Fig1 The relations of human- machine interaction
3.人机交互的一般方式
从上图1 中可以看出,制造业装备的人机交互关系主要都是通过人的感觉器官来实现,
分为:视觉交互、触觉交互、听觉交互;两两一起作用的交互如视触觉交互、视听觉交互、
触听觉交互;以及三者共同作用的交互即视触听觉交互。表2 为各种交互方式的具体说明及
举例。
-2-
感官交互 表2 各种交互方式一览表
Tab.2 A schedule of various modes about interaction
细化 表现内容 常用实例 应用 组合形式 程度
色彩交互 颜色、明暗 红绿灯;机床的信号灯等
图形符号交互 文字、图形、符号、 公共场所的各种指示性标志;如用“!”
视 觉 最高
形状
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