人機工程學在警用器材設計時的作用

王大偉 安純前 李紹勤

摘要：人機工程學是研究人、機械及其工作環境之間相互作用的學科。它為警用器材設計開拓了新設計思路，并提供了獨特的設計方法和理論依據。

關鍵詞：人機工程學；警用器材；設計

1引言

人機工程學是研究人、機械及其工作環境之間相互作用的學科。它的研究和應用為了使機械裝置更加適合人體的需要，使其發揮更大效能。警用器材主要是指武警部隊和公安干警在捕殲和執勤過程中使用的防護和輔助器材，包括防護、阻車、觀察、探測、警具、攀登等器材。由于警用器材使用者社會職能的特殊性，以及執行任務的危險性，對警用器材的可靠性和功能提出了更高的要求。因此，在警用器材的設計過程中運用人機工程學的理論和方法，將起到事半功倍的作用。

2人機工程學發展簡述

人機工程學的起源可以追述到20世紀初期，第二次世界大戰期間，由于戰爭的需要，許多國家大力發展效能高、威力大的新式武器和器材。但由于片面注重新式武器和器材的功能研究，而忽視了“人的因素”，因而由于操作失誤而導致失敗的教訓屢見不鮮。例如，由于戰斗機中座艙及儀表位置設計不當，造成飛行員誤讀儀表和誤用操縱器而導致意外事故；由于操作復雜、不靈活和不符合人的生理尺寸而造成戰斗命中率低等現象經常發生等。后來人們研究認識到“人的因素”是設計中不能忽視的一個重要條件，研究的范圍也從軍事領域開始向非軍事領域發展。

60年代，歐美各國進入經濟快速發展時期，由于科學技術的進步，使人機工程學獲得了更多的發展機會。隨著人機工程學所涉及的研究和應用領域的不斷擴大，從事本學科的專家所涉及的專業和學科也就越來越多，主要有解剖學、生理學、心理學、工業衛生學、工業與工程設計、工作研究、建筑與照明工程、管理工程等專業領域。由于人機工程學的迅速發展及其在各個領域中的作用愈來愈顯著，從而引起各學科專家、學者的關注。1961年正式成立了國際人類工效學學會，該學術組織已召開十三次國際學術會議，交流和探討不同時期本學科的研究動向和發展趨勢，從而有力地推動著本學科不斷向縱深發展。

3人機工程學的應用

人機工程學是一門新興的邊緣學科，它是運用人體測量學、生理學、心理學和生物力學以及工程學等學科的研究方法和手段，綜合地進行人體結構、功能、心理以及力學等問題研究的學科。用以設計能使操作者發揮最大效能的機械、儀器和控制裝置，并研究控制臺上各個儀表的最適位置。警用器材設計是一項綜合性的規劃活動，同時受環境、社會形態、文化觀念、軍事效益以及經濟效益等多方面的制約和影響，即功能與形式、技術與部隊需要的統一。警用器材設計的出發點是人，設計的目的是為了部隊更好地完成任務，在設計中應把先進的技術科學和部隊執勤、處突的需求完美結合。概而言之，設計的主導思想以人為中心，以更好地完成部隊的各項任務為目標，著重研究“物”“人”和“作戰環境”之間的協調關系。

3.1在設計中提供人體尺度參數

人機工程學應用人體測量學、人體力學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、體重、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關系和可及范圍等人體結構特征參數。人體工程學范圍內的人體形態測量數據主要有兩類，即人體構造尺寸（靜態尺寸）和功能尺寸（動態尺寸）。各種機械、設備、設施和工具等設計對象在適合人的使用方面，首先應考慮如何適合于人的形態和功能范圍的限度。操作裝置都應設在人的肢體活動所能及的范圍之內，其高低位置必須與人體相應部位的高低位置相適應，而且其布置應盡可能設在人操作方便、反應最靈活的范圍之內。在設計中所涉及的人體參數的確定都需要大量人體構造和功能尺寸的測量數據。通過對人體機能的全面了解，在警用器材設計中可以增強針對性，使其更符合使用者的生理特征。

武警部隊官兵多為18至40歲的青年人，而且在入伍時對身高都有嚴格要求，其平均身高、坐高、立姿和坐姿的眼高等尺寸與國標中的尺寸有較大差異，因此，在設計警用器材時應單獨建立數據庫，也可參考解放軍現行的人體尺寸標準。警用器材設計中應著重考慮人體尺寸，以防彈衣為例，依據人體體型的不同，應有不同的型號；其次，依據人體的生理結構，在防彈衣的重點防護區域（如心臟附近）加厚防護層，從而在整體上提高防彈衣的防護性能；最后，防彈衣在設計時結構應緊湊，在滿足防彈要求的基礎上，應盡量選擇質地柔軟，質量輕便的材料，以利于使用者正常完成戰術動作。

3.2為警用器材的功能合理性提供科學依據

如搞純物質功能的創作活動，不考慮人機工程學的原理與方法，那將是創作活動的失敗。如何解決“物”與人相關的各種功能的最優化，創造出與人的生理、心理機能相協調的“物”，這將是警用器材設計中在功能問題上的新課題。在設計警用器材時，應以人機工程學提供的參數和要求為設計依據。

以頭盔設計為例，分為防彈頭盔和防暴頭盔，由于功能不同，設計時其所用材料也不同，一般執勤和站崗時多用防暴頭盔，在設計時，不僅要考慮頭盔上的圖案應莊嚴肅穆，有一定的威懾力，體現出國威警威，還要考慮到該頭盔多用于長時間配戴，對頸部會造成較大壓力，因而在選材時應盡可能使用強度高、密度小的輕質材料。頭盔外形應增大防護面積，合理設計內襯結構，最大限度緩沖乃至消除外界力對使用者頭部的傷害。同時頭盔應具有一定的通風和保暖功能，適用于不同季節使用。防彈頭盔的主要功能用于保障作戰人員的人身安全，頭盔的防護效果第一位，同時應注重其隱蔽性和舒適性。

3.3為警用器材設計中考慮“環境因素”提供設計準則

通過研究人體對環境中各種化學、物理因素的反應和適應能力，分析聲、光、熱、振動和毒氣等環境因素對人體的生理、心理以及工作效率的影響程度，確定人在各種環境的舒適范圍和安全限度。從保證人體的健康、安全、舒適和高效出發，為警用器材設計提供分析評價方法和設計準則。人機系統中人的特性、能力和限制已經有大量測試數據可查。從系統分析角度研究人機系統，在原有設備基本不變的情況下，由于考慮了人的動態特性而進行系統分析，再適當改動設備，就能顯著提高工效。

人機系統是在特定環境中進行工作的。環境對人機系統的工作效能有很大影響，人機系統對環境也有具體要求。特別是作為系統主體的人，對工作環境的要求更為苛刻。為了保持系統的高效率、可靠性和持久性，單從不傷害人體的角度來創造環境是不夠的，還必須考慮操作者工作的舒適性。不管在何種工作環境，人們最關心的是溫度、光照、振動及噪聲等幾個方面。溫度環境包括溫度、濕度、風速等因素，人體主觀感受的舒適溫度與人體主觀條件有關?？陀^標準的舒適度是生理學和醫學上認為于人體最適宜的溫度：工作時為190C～210C。休息時為250C～290C。標準溫度為21±30C。在“工作溫度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又稱為“允許溫度”。工作環境的光線照度與人的感官疲勞和精神疲勞密切相關。人有舒適度感的基本照度要求是100 Lx，并且照明光線應均勻，無眩光，光色合適。對于裝運設備特別要注意，駕駛室應有遮陽裝置，避免太陽的直接眩光，并要避免鏡面、臺面強反射眩光。人體是一個彈性系統，有自己的振動特性，人的各個器官也有自己的振動頻率。振動會使人不舒適，降低人的視覺和操作效率，增多失誤，尤其發生共振時，可能造成人體疾患。研制產品時，要通過測試檢查，并在設備結構和元件上采用隔振、吸振和緩沖減震等裝置，避免達到生理臨界范圍的機械振動和將沖擊傳至人體。噪聲會使聽力下降，注意力不易集中，反應遲鈍，容易疲乏，不僅使工作速度受到影響，而且會降低工作質量。如果噪聲級超過85dB，將會危害人的神經系統、心血管系統、消化系統和內分泌系統，產生神經衰弱和高血壓等病癥。所以，設計產品時必須考慮降噪問題。在設計警用器材時可采取如下幾項措施：①采用能夠吸收噪聲的材料和結構，盡量吸收—些噪聲能，降低噪聲；②利用隔聲板、隔聲罩、隔聲管道和消聲器等堅實的材料或裝置隔離噪聲傳播的通路，控制噪聲；③對于振動較嚴重的噪聲源，可采用彈簧、橡膠和氣墊等元件減少振動力的傳遞或者在振動表面覆蓋以阻尼材料，降低噪聲輻射率。

3.4為堅持以“人”為核心的設計思想提供工作程序

警用器材關系到部隊的戰斗力，關系到武警部隊官兵的生命安全，其意義十分重大。在設計過程中必須堅持以人為本的思想。一項優良的設計必然是人、環境、技術、經濟、文化等因素巧妙平衡的產物。為此，要求設計時能夠在各種制約因素中，找到一個平衡點。一般說來，人機系統要反復試驗和使用才能逐漸完善。人機系統中，操縱人員是人機系統中的主體，設計和運用人機系統時應當充分發揮人在人機系統中的能動和主導作用。設計人員要和操縱人員密切配合，使人機系統達到要求的性能和指標，同時保證操縱人員操縱簡便、安全舒適和提高系統工效。從人機工程學和警用器材設計的共同目標來評價，判斷最佳平衡點的標準，就是在設計中堅持以“人”為核心的主導思想。以“人”為核心的主導思想具體表現在以各項設計均以人為主線，將人機工程學理論貫穿于設計的全過程。產品設計分為規劃階段、方案設計、技術設計、總體設計和加工設計五個階段。在設計的各個階段，都必須進行人機工程學設計，以保證產品使用功能得以充分發揮。人機工程學等新興學科的迅速發展和廣泛應用，也必然會將警用器材設計的水準推到一個嶄新的高度。

4結束語

綜上，人機工程學為警用器材設計開拓了新設計思路，并提供了獨特的設計方法和理論依據。在警用器材設計過程中應用人機工程學的知識，必將設計出更適合部隊官兵使用，能大大提升戰斗力的新產品。

參考文獻：

[1] 丁玉蘭.人機工程學. [M]北京理工大學出版社，2000

[2] 毛敏，喻翔.人機工程學中界面技術的發展分析[J].人類工效學，2003.3

[3] 王熙元.人機工程學的研究對象[J].東北大學學報，2001.10

[4] 馬澤群.淺析工業設計中的人機工程學[J].成都紡織高等?？茖W校學報，2003.1

[5] 范明月.機械設計與人機工程學[J].山西機械，2000.3（作者單位：武警工程學院）