工业产品构造人机工程学理论

工业产品构造人机工程学理论

1人机工程学的基本概念

人工工程学是研究并优化人机系统的一门新兴的边缘学科。人机系统是指由人、机构成的系统,而影响人机系统的环境条件也属于此范围,一般就认为人机系统是人-机-环境系统的简称。人机系统的构成可以分为三个子系统:人、机、环境。这三个子系统相互两两交叉,又构成三个系统:人-机系统,人-环境系统,机-环境系统,这三个系统又交叉,则构成人-机-环境系统。

2基于人机工程学的工业产品设计是设计的主流

提起工业产品,人们马上会联想到日常生活中的家电产品。随着生活水平和审美要求的逐步提高,人们不再满足于设计呆板、颜色单调、只有使用功能的产品,而是需要色彩鲜艳、设计人性化、可以起到装饰美化环境的产品。这在手机产品的设计和开发上尤为突出,那流畅的线条、小巧的造型、绚丽的色彩,作为高科技的结合体,特别是上网及彩信功能的加入,在手机产品中引发了一场工业设计浪潮。美国学者赫伯特.A.西蒙指出[1]:设计是人工物的内部环境和外部环境的结合。所以设计是把握人工物内部环境和外部环境结合的学科,这种结合是围绕人来进行的。他所指的内部环境和外部环境实际上就是人机系统,现代工业产品设计不仅仅是性能、功能等技术设计,它还融合了外观造型设计,并将两者巧妙地结合起来,更能体现出综合性能的优势,朝着时尚、美观的方向发展。把人机工程学引入到工业产品设计中,目的是为了优化用户和产品之间的界面,使人机系统达到最佳组合。以日常生活中的洗衣机为例来阐述工业产品设计中的人机工程学原理。

了解人们的使用性需求设计人员在对一个新产品进行开发之前,必须进行市场调研,收集大量的用户信息,以确保产品的准确定位,使产品功能贴近用户。洗衣机的使用功能就是清洗衣物,因此了解人们的使用性需求后,在设计时就应考虑洗衣机内部零部件的强度、组合运动及材料的选择。一个成功的工业产品力求达到人在操作产品的过程中,产品满足人的需求,而不能让人去适应产品,更不能造成人身伤害。在北方,曾经就生产出满足农民需求的用于清洗地瓜的洗衣机,不同地区、不同层次的人对产品的使用需求是不一样的,农民有这样一个使用需求,产品开发商就抓住了商机,研发并生产了满足农民使用功能的产品,并赢得了市场。

人机界面设计的根本是以人为本在人机工程学中,人机界面是指人机间相互施加影响的区域,凡参与人机信息交流的一切领域都属于人机界面。工业产品的成功与否,与人机界面的品质有着密切的关系,特别是当今世界研发能力和应用技术的日臻完善,市场竞争越来越剧烈,人机界面的优良是区分产品层次的一个重要因素。便利的人机用户界面,不但可以增加使用的方便性,还可减少使用的错误率。由于在洗衣机人机界面的操作中,是通过手来实现各种控制和操作的,因此要求手动界面具有舒适性和安全性,且使用方便。洗衣机的机盖大部分采用上翻盖,并可以折叠,这样就节省了空间。开关采用按钮或旋钮,如水位按钮、预约按钮、选择按钮、程序按钮等,就算手上沾有水时,使用起来也极其方便。同时还要保证控制-显示的相合性,旋钮的设计要满足人们长期形成的习惯模式,顺时针转动表示数值增大,逆时针转动表示数值减少,操作就会显得迅速、方便、准确,如果把这种关系颠倒过来,就容易出错。洗衣机的显示和电子控制部分由控制面板来实现,控制面板是洗衣过程中人和洗衣机的接口,人必须通过控制面板来实现对洗衣机的控制,因此洗衣机控制面板的设计必须满足清洗不同衣物的功能要求和合理控制水位的高低。电子控制部分控制着不同衣物的清洗方式,设计时用程序做成一个个功能模块,可按衣物的种类和污垢程度来分类,一般标准程序由洗衣机自动设定,其余程序须手动设定。电脑全自动洗衣机上有数码显示和液晶显示,并采用电脑模糊控制,液晶显示屏外加上装饰板,以增加显示效果。显示面板给用户最直观、最形象的信息,因此从优化设计的角度看,还要考虑显示的清晰度和逻辑性,各个按钮位置的合理安排,图示及字符的可读性,另外按钮的切换和调整要方便快捷。

综合环境因素,考虑设计的合理性环境因素中包括色彩环境、视觉环境、声环境等。洗衣机是家用电器,避免应用多色彩。洗衣机的外形色彩建议采用淡色调,这样显得比较和谐,也容易与居家布置融为一体。在人机用户界面中,最好不要超过3~5种颜色,而且大区域使用浅灰色调,如淡灰、白色等,操作按钮则以红、绿、蓝等色彩度较高的颜色来表达,但颜色不宜过多,否则看起来很混乱。洗衣机的控制面板上有许多操作按钮,因此显示界面的视觉平衡也很重要,不对称的显示界面会给人一种倾斜的感觉。洗衣机上的显示界面采用对称的视觉平面,界面上的按钮在人们舒适的视觉范围内,视觉密度适中,字型清楚大方,使人看起来识别性高,符合人们的心理。强烈的噪音会给环境造成污染。适当提高洗衣机中一些零部件的运行性能以降低在工作时发出的噪音。现在许多全自动洗衣机都是静音设计,这也是取得市场的一种手段。但在洗涤结束时,洗衣机都带有蜂鸣指示,以提醒用户洗涤结束,并自动切断电源。

造型与功能相结合以前的洗衣机体积比较庞大,经过不断地开发设计,既要节省空间,又要功能齐全,设计师在满足用户使用功能的基础上,从手动变为自动,且洗涤、脱水桶合二为一。现在一般都采用长方体的外形,外带圆角过渡,非常柔和自然。

3基于人机工程学的工业产品设计的发展方向

通过以洗衣机为例对工业产品设计中运用人机工程学原理的分析,可以看出我国工业产品设计的发展经历了一个曲折的过程,最初是仿制和经验设计,故局限性很大,随着计算机在设计领域的引入,极大地推动了工业产品的创新设计,并使产品设计由自动化向智能化发展。依据目前的科技发展水平,同时可以将虚拟设计、并行设计和绿色设计引入到工业产品的设计中去。

虚拟设计虚拟设计是在计算机虚拟现实系统环境中实现的,设计人员突破物理空间和时间的限制,在产品设计过程中,对产品进行虚拟的加工、装配和评价,进而避免设计缺陷,同时降低产品的开发成本和制造成本。在洗衣机的研发过程中,用于制造模型和样机的费用比较高,通常在一个完整的模型或零件合格前需要进行多次返工,而使用虚拟现实系统可以创建高质量的模型,大大节省了研制费用,有助于提高产品质量,缩短开发周期。在查看模型的同时还可方便地查看各项色彩的效果,使开发的产品更加符合最终用户的需求。

并行设计并行设计将作为一种新的思想被引入到工业产品开发中,它强调功能和过程上的集成,在优化开发过程的同时,实现多学科领域专家群体协同工作。通常在洗衣机的开发中采用串行设计,即设计阶段的工作完成后才开始制造,等制造好后才进行销售。而运用并行设计就可以在产品设计的同时考虑其相关过程,如加工工艺、装配、检测、销售及维护等,使产品开发过程的各阶段工作交叉进行,通过各部门之间不断探讨和交换信息,及早发现不匹配的地方,协同作业,以缩短新产品的开发周期,提高设计质量。

绿色设计绿色设计是工业产品设计的一种新理念,它是指减轻环境污染或减少原材料、自然资源使用的一种面向产品的整个生命周期的设计。洗衣机是一种比较普及的家用电器,所以如何降低洗衣机的耗电和耗水量就成为在其绿色设计过程中所关心的问题。为了减少对水资源及其它能源的需求,应该设计节水省电型的洗衣机,使其在整个生命周期中能耗最小。英国科技人员已发明了一种太阳能冰箱,那么能否同样利用太阳能发明太阳能洗衣机,通过机体内安装的光电板,在太阳的照射下发出电流,为洗衣机工作时提供能量。同时绿色设计还应该考虑到产品淘汰废弃的回收再生问题,由于工业产品的使用有一定的期限,它要求设计者选用可回收利用的绿色环保材料。洗衣机报废后并不意味着所有的零部件均成为废品,其中的一部分回收后可用于生产同种零件或降级用于别的产品中