人—机—环境系统设计
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第311页（2690字）
1．人－机系统
人－机系统以人为主体来分析系统中人和机器的相互作用，因此设计中要使机器适应人体的要求，使机器与人合理分工，协调配合，以便得到较高的工作效率。
人－机系统的设计从系统功能出发，根据人和机器的特点进行功能分配，然后进行人机接口设计，使人和机器能协调配合工作，最后得到综合的人－机系统，其进程如图2．8．6－1。其中人机的配合和人机接口的设计是比较重要的。
图2．8．6－1 人－机系统设计进程
(1)人机的配合
人－机系统中人、机的分工配合方式可分为人机串联和人机并联两种。
①人机串联 如工件加工系统由人上料，开动机床，卸工件，由机床切削加工。这是人机串联系统，人工作时效率低或发生错误，将直接影响机床能力的发挥，影响系统效率。
可以利用工作图法按时间分析人和机器作业所需要的时间，并绘制在一张时间表上，以分析人机关系并考虑如何更好地配合。表2．8．6－1是某托架手柄的工作图。由表可见在这个系统中机器利用率较高，而人却有较多的空闲时间，可以考虑是否让操作人员同时操作两部机器或做一些其它工作，以提高整个系统的工作效率。
表2．8．6－1 托架手柄工作图
②人机并联 对于自动化系统如全自动洗衣机能自动完成加水、搅拌、甩干全部工作，人只是起调节管理、监视的作用，不介入工作过程，这是人机并联系统。
(2)人机接口设计
人机接口要使机器适应人的需要，在充分发挥其本身效率的同时与人保持协调，以便获得人－机系统的最大效率。特别要抓住输入到人的显示系统和由人输出的控制操作系统这两个环节。
①总体布置与人体尺寸相适应。
②显示系统考虑人的接受特点，信息的检测及处理与人的感知特性和反应速度相适应。显示清晰，便于观察。
③控制系统布置合理、操纵方便。用力部位符合人体力学原则，省力、安全、舒适。
2．人－环境系统
根据人的生理、心理特点，创造良好的工作环境以保证人体安全和高效率工作。
(1)控制粉尘、有毒气体等的空气污染。
(2)控制振动、噪声，对辐射线、异常温度和湿度采取措施，创造良好的光照环境，使人能舒适地工作。
(3)环境合理配色，使操作者心情舒畅，提高工作效率。
3．机器－环境系统
机器－环境系统要考虑环境保护对机器的要求及机器对环境的适应性两方面的问题。
(1)减少机器对环境的污染
机器对环境的影响主要是工作过程中废物的排出，振动、噪声的产生等。为了减少环境污染，应该采用合理的工作流程，积极采取先进的技术措施。如对机械工作时产生的三废——废气、废液、废渣要考虑废物利用和综合治理。可用空气冷却代替水冷却以减少废水数量，对废水进行净化处理，对废酸、废碱进行回收处理等。对于锅炉或汽车的排气要采取相应措施使燃料燃烧完全，减少有害气体的排出。对机械产品产生的振动和噪声，首先在设计中要尽量减小振源的振动，同时采取隔声、吸声、消声装置和减震装置，以减小振动和噪声的影响。
机器的设计者和使用者都要了解环境保护法规，在设计和使用中积极减少机器对环境的污染和不利影响。
(2)机器适应环境
环境对机器的影响是多方面的，如温度、湿度、气压，腐蚀性，易燃，易爆，粉尘，振动、噪声等。为使机器能适应环境，可靠地进行工作，必须根据不同情况采取相应的防护措施，如潮湿环境下工作的机器特别要考虑防水和防锈，粉尘环境下要加强密封和除尘，温差大的机械要注意热膨胀和热压力的影响，而腐蚀性气氛下工作的机械采取特别防蚀的措施。
以龙门起重机设计中的环境适应问题为例：
龙门起重机是户外工作的机器，设计时要考虑到温度、风、雪等自然环境条件对机器的影响。在不同温度下工作的龙门起重机其材料选择和制造工艺均有所差别。如东北高寒地区常采用16Mn代替A3钢作为桥架及支腿用材，这样可以提高低温时的冲击韧性且能节约钢材近1／3。但由于16Mn钢低温焊接性能差，且在潮湿条件下可焊性差，因此施工要在夏季或室内进行，并采取合适的工艺措施以控制温度的影响，龙门起重机设计时要考虑雪和风载荷的影响。雪将增大起重机的自重载荷，并使大车或小车运行打滑。在验算桥架和支腿受力以及起重机的抗倾翻稳定性时都应考虑风载荷，并根据不同地区选定相应的风压(如沿海标准风压p=250N／m2，而内地标准风压为p=150N／m2)。为防止起重机不运行时被大风吹动，龙门架支腿还需设计防滑装置。
利用人机工程学的数据和规律，合理处理人－机－环境系统的问题是机器总体设计中重要的部分。人－机－环境系统的设计效果将使人机系统安全可靠；操作者进行操作时舒适方便，提高效率，可付出较少劳动而使机器发挥最大效能；整个系绕运转过程尽量避免产生危害环境的因素且能化害为利。目前越来越多的产品和生产系统的质量评价都列入人机学的评价准则。如何更好地利用人机工程学提高设计质量，还有待进一步地探索。