胡会娟　张华

摘 要：机械系统人机界面包含的内容很多，例如操作、照明温度等，每一项因素都对操作人员对系统的应用造成影响，对综合影响因素进行分析研究比较困难，为了提高机械系统人机界面的友好度，要做人机界面优化设计。

关键词：机械系统；优化设计；人机界面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.195

人机系统指的是机器与人构成的系统，系统有大有小，人与室外环境和室内环境都可以构成人机系统，在人机系统中，人机界面的几何位置在机械系统设计中处于主导地位，直接体现机械系统人机界面的友好度，是多数机械系统人机界面设计过程中必须要考虑的因素。

1 机械系统简介

机械系统人机界面的结构如图1所示。机械系统人机界面有许多结构共同组成，结构复杂，并且担负着人与机械信息传送的重要角色。

每一个机械都具有自身的结构特点，机械的工环境也会受到各种事件因素和空间因素的限制。例如，技术上的可行性，经济上的可行性等，机械自身也必须要满足要求，并且机械需要能够适应所处的环境（潮湿环境）。为了确保机械能够适应各种工作环境，需要对人的素质进行训练和限制，最大程度发挥人的“可塑性”特性，使人能够满足机械的各种要求，使人机系统的应用效果能够达到最佳。人机界面除了硬件外，还需要包括维护手册和操作流程等。人机界面研究面临的困难较多，目前我国人机界面研优化评价方案种类较多，人机界面中涉及到的几何位置和元部件在人机界面中都十分重要，因此对其人机界面进行优化意义重大。

2 人机界面系统优化约束条件

机械界面匹配友好度指的是工作人员与机械界面之间相互配合的友好性，通常利用0-1之间的一个数字表示。数字越靠近1表示人机界面之间的友好度越高，匹配友好度用公式（1）表示，公式（1）就是优化设计目标函数。 （1）

通过公式（1）不难看出，人体模型对人机界面各个元部件的几何位置都有所关联，因此在所选取的人体模型不同，约束人机界面的条件也会差异。

人机界面安装过程中，工作属性的参数优化及位置设置，在设计过程中要先确定工作台上的几何参数，系统能够依据工作椅与人体的具体情况，优化工作的具体安装位置。

手动操控元件包含按钮、开光、操纵杆等多项元件，不同元件之间存在的差异性较大，在对设计进行优化时，约束条件的设定应当以典型元件为主。若对脚控操纵软件案的优化设计选择脚踏板，由于脚踏板会设置在人体两侧，因此每一侧的约束条件都会有所不同，在具体设计过程中需要依据实际情况而定。

视觉元件的优化，需要对仪表板进行优化，仪表板上通常会存在指示灯和仪表。通常来说，指示灯显示时间略晚于仪表显示时间，因此应在仪表板的中间处设置仪表，指示灯的位置相对来说应当更大一些。视觉元件的布置区域主要由视觉元件中心和垂直面布置区域的夹角决定，而水平面的布置则应当由水平线和元件中心连线夹角确定。

3 优化人机界面的方法

优化人机的最终目的是使人机界面之间的匹配关系达到最佳。一方面使“人适机”，另一方面则应当“机宜人”。“机宜人”从本质上来看，在人机系统中，对机械的设计需要以人为本，依据操作人员的特点完成对机械中个相参数的设计，从而使机械能够满足操作人员在心理、生理、价值观等各个方面的要求。

随着电子计算机信息的快速发展，最优化理论，在工程设计、机械制造等多个领域中都得了应用，其已经成为了一门比较活跃的学科。在机械结构设计中对优化设计理论进行应用，取得了不效果。机械设计领域中对优化设计理论进行应用，主要可以分为以下内容：优化结构参数、拓扑、形状等。在人机界面设计过程中，最关键的一个环节就是要优化好参数，这也是在机械设计中最早引入的优化设计内容。在设计过程中通过对最佳设计参数的寻找，可以直接得到最合理的设计方案，最佳设计参数是在原有的零部件结构、形状、方案以及设计中使用的材料的基础上进行优化。

优化结构需要在材料、结构、布局因素都固定不变的情况下开展，优化结构几何形状，其中主要涉及到的内容包括三维和二维形状，同时也要优化一切与几何结构有所关联的参数，这样是对设计内容的深度优化。优化拓扑则是优化机构中的节点和构件布局之间的联系，也就是满足外部结构要求的基础下，从结构的类型、方案、布局等多个方面寻找优化方案，这对优化来说是一个较高的层次，同时也具有一定的创新理念设计。就目前，我国在人机界面研究的成熟程度分析，虽然优化形状概念已经经历了二十多年，但是取得的际进展仍然有限，许多问题仍然没有得到解决，研究与应用都处于摸索前进的环节，优化拓扑则正在孕育过程。具体来说，优化机械系统人机界面设计，需要依据以两个步骤开展：第一，将机界面内部中所使用的软件的匹配优度视作目标函数，依据人机界面设计原则，对每一件结合参数与约束条件加以确定，优化人机界面中涉及到的所有的元件几何参数的设计，从而得到各个元件的最优结构参数，并且需要每一元件都能够达到匹配优度最佳状态；第二，将人机界面系统匹配优度视作目标函数，同样在设计过程中，依据人机界面设计原则以及研究人员对个涉及到的各个元件位置的约束条件进行合理布置，在元件布置过程中，对几何布置位置的实际进行优化，通过优化得到最佳结合布置参数，从而使人机界面匹配优度的值接近1，使其达到最佳。

4 结束语

机械系统人机界面匹配性，对机械运行的可靠性和安全性都有着重要影响，在人机界面设计中会受到许多因素的影响，在设计过程中，设计人员需要查询大量标准数据，为设计提供参考，因此很难达到满意的设计效果。因此，在人机械系统人机界面设计过程中，提出设计优化方法，通过对优化方法的应用，在一定程度提高了人机界面的设计效率和设计质量，缩短了设计周期，降低了设计成。

参考文献：

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作者简介：胡会娟（1986-），女，汉族，河南漯河人，研究方向：机械制造。