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毕设开题报告范文

斯莱克学院

毕业设计开题报告

课题名称：

数控机床的人机工程学设计

学生姓名：

学号：

201010101

指导教师：

周漪副教授

帆羽副教授

所在院（系）部：

武魂学院

专业名称：

工业工程

2013年03月20日

学生

学号

201010101

专业

控制系魂师

指导教师

周一

职称

副教授

所在院（系）

斯莱克学院

课题来源

自拟课题

课题类型

工程技术研究

课题名称

数控机床的人因工程学设计

毕业设计的

容和意义

课题背景：

数控机床是现代高科技机电产品的一种重要设备,正在被广泛地应用于加工制造业的各个领域，而随着微电子技术和计算机技术的发展,现代数控机床的应用领域也日益扩大，相应地对提高数控机床效率的研究也越来越被人们所重视。

数控机床的工作质量不但取决于机器本身的性能和质量,还取决于操作者,也就是取决于该系统中人机系统的功能质量，只有当操作者与机器的节奏相协调时才能发挥出最高的效率。

然而目前在设计数控机床的时候由于很少从人机工程方面进行考虑,对人机系统缺乏必要的实验和研究,造成机器生产出来投入使用时,才发现由于人机系统不合理,操作人员不能舒适得使用机床，使得机器的效率不能很好发挥出来,甚至危及操作者人身安全。

最后不得不付出很高的代价,拖延大量时间对机器进行改造,这种修补又难以使人机关系得到彻底改善【1】。

针对这种情况我们从人机工程的角度对机床外观造型进行设计改善。

课题容：

1．提出：

在整个人机系统中机床要由人操作使用来实现其功能，机床功能的实现很大程度上取决于人使用的好坏，而人机交互的过程影响着操作者使用机床的状态，因此使用人机工程系统分析对机床造型进行改善，让机床以易懂、安全、舒适、亲切的方式呈现给使用者，为使用者创造良好的人机交互环境。

在对机床造型进行改善设计时，根据数控机床的工作功能与操作特点，对其进行人机工程学的系统研究，分别从数控机床外观造型人机分析、数控机床控制面板人机界面研究、机床色彩人性化设计研究、机床标牌人性化研究等方面进行研究，使机床设计在其功能性、操作性的基础上加入人的因素，将人作为设计的主题，做到以人为本。

2．解决方法：

UG软件建模，用一定的测量手段对数控机床的关键尺寸进行测量，然后运用UG软件根据测量得到的数据建立机床模型，根据模型分析机床关键尺寸是否满足人体尺寸要求，最后再根据分析结果提出改进。

平面矢量软件技术【2】：

在设定机床相关高度时，是根据人的身高和姿势来确定的，因而结合数控机床关键的人体作业姿势，简化后在二维尺度上利用平面矢量软件得出数控机床人体作业姿势模板的。

利用这些二维人体模型,模拟各种人的作业姿势,直观的求出人机相对位置的有关设计参数,为合理布置数控机床人机系统提供可靠依据。

计算机辅助人机工程设计【3】（ComputerAidedErgonomicDesign）,即在计算机及其相应的计算机辅助人机设计系统的支持下,进行工业设计领域与人机工程相关的各类创造性活动。

该软件的功能表现在三个方面：

①面向人机作业标准的作业方式分析;②人体测量数据库的建立与可视化人体模型的参数化构建;③人机作业过程的计算机模拟与作业场景的虚拟现实技术。

3．设计容：

数控机床通过机床门、控制面板、观察窗等外观部件以及机床的着色效果给人以直观的感受，能够直接影响到用户的生理心理状况。

在课题中针对这些影响因素，采用一定的测量技术测量其关键尺寸，通过UG软件建模分析机床是否人体的关键尺寸，根据分析结果提出改进方案。

为了让用户能够舒适轻松的使用机床，在人体测量学、色彩心理学的基础上对机床的操作面板、观察窗、把手等部件进行造型及尺寸的改进，使得机床各外观部件与机床整体造型相协调，机床整体造型与外部工作环境相协调。

除了机床的造型尺寸与人的感觉直接相关，机床的着色效果也对用户的心理产生直接的影响。

根据机床的外观部件的不同功能、对机床整体功能的影响程度，进行特殊的色彩处理，使得用户能够获得心理安全感，并且能够根据颜色迅速获取机床表达的信息，提高人机系统的效率。

课题意义：

通过运用人体测量学、色彩心理学的知识对数控机床各外观部件的结构、色彩效果进行分析改进，进而能够让用户在操作的时候处于舒适、准确和高效的工作状态。

同时运用人机工程学理论对机床的整体造型进行分析，使得机床造型与环境处于和谐状态，机床造型清新优美、人性化能够给人心里与生理一种安全感。

通过这一系列的改进能够使得机器具有“情感”，变得易学、易懂、易操作，拉近人与机器的距离，让用户在操作机床的时候能够更加的舒适方便【4】。

这样不但提高了人机效率，而且还减少了机床返修的成本，提高了国数控机床在国际上的市场竞争力，更推动了数控机床的向前发展【5】。

文献综述

国外研究现状：

科学技术的高度发展已经逐步渗透入机床设计领域,现代机床设计全过程的计算机化程度也越来越高,可以说机床设计已经逐渐步入了计算机辅助设计阶段,而属于机床设计一个重要组成部分的人机工程设计也应当利用计算机辅助的手段获得进一步的发展。

目前流行的设计方法是计算机辅助人机工程设计【3】——CAED（ComputerAidedErgonomicDesign）,即在计算机及其相应的计算机辅助人机设计系统的支持下,进行工业设计领域与人机工程相关的各类创造性活动。

现在国际上计算机辅助人机工程设计领域的研究热点主要在于人机工程设计软件的开发方面。

国际上一些大的汽车公司在通用的商业CAD/CAM软件基础上开发自己的车身布置专用软件,例如基于CATIA的RAMSIS软件等。

最早致力于数控机床布置研究的英国某小组已经研究出了多个计算机辅助控制面板布置程序，如AUTOMAT、NULISP、CAPABLE等【3】。

近年来我国的一些大学和研究所作了研究与探索工作，一些新的机床设计研究方法也相继出现，例如理工大学机电工程学院相关研究人员研究过基于人机工程学的数控机床控制面板设计和机床造型设计，但仅限于一般性设计理论的提出,并未将其应用化,且其研究容并不包括人机检测部分【3】。

大学江洪教授所带领的科研团队开发了数控机床ICAID原型系统,该系统重点是针对网络环境下的数控机床设计而开发,在人机设计方面更为注重的是设计知识参考的提供和操作过程的研究,在人机检测和视域设计方面的研究尚未涉及到【3】。

由上述国外现状可以看出国对机床的人机研究明显比国外滞后，存在着一定的差距。

国在研究较多的软件UG上所开发的人机模块多是针对汽车行业的,专门针对机床产品的人机检测的软件模块非常少见，而且某些研究方法还不够完善，需要在人机研究方面给予更多的关注。

参考文献：

[1]余雷.数控机床的人机工程系统[J].机电学院学报，1999（9）:

39.

[2]卫国.机床造型设计中的人机工程[J].机电产品开发与创新，2007（3）:

61.

[3]辉.机床人机工程设计研究[J].科技资讯，2008（9）:

33.

[4]旷英姬.数控机床的造型和人机工学关系的探讨[J].学院机械工程学院，2007.

[5]旷英姬.数控机床人机工程设计原则的研究[J].科技资讯，2007（6）:

46.

[6]晶辉.数控机床造型与人机工程的关系[J].建材技术与应用，2007（5）:

23.

[7]王坤茜.基于人机工程学的数控机床控制面板设计[J].中国制造业信息化，2003（11）:

85.

[8]关文芳.基于人机工程的数控机床造型设计[J].航天工业高等专科学校学报，2009（6）:

18.

[9]XiaoyangYu，LiSun，BingYang.ResearchOnHumanFactorsEngineeringInCNCMachineToolDesign[J].SchoolofMechanicalEngineeringDalianJiaotoshingUniversity,2008.

[10]XiaoweiJiang,XianchunCheng.MethodOfHumanityDesignForNumericalControlMachineTool[J].InstituteofMechanicalEngineering，ChangchunUniversity,2010.

[11]YinweiZhou,DaMinZhuang.StudyOnTheInformationCodingDesignHumanityOfMan-MachineDisplayInterface[J].InternationalConferenceOnAdvancedEngineeringMaterialsAndTechnology,2011.

研究容

研究容:

数控机床是通过机床门、操作面板、观察窗、标牌、把手等外观部件以及部件的着色给人以直观的感受，并且由于各部件对整体造型的不同影响且功能不同,故这些部件与人的视觉任务相关性也不相同。

针对机床的外观部件进行人因工程学的分析，并结合人体测量学与色彩心理学对机床的外观部件进行改进设计【6】。

为了让机床能够给人一种友善的、亲切的感觉，课题对机床各外观部件进行造型改进，让它们能够更好的搭配，使得整体造型既方便用户使用有能给用户赏心悦目的感觉。

根据实际情况该课题对机床门的大小高度等进行分析改进；对观察窗进行圆角处理甚至使用曲线、不规则图形来实现机床风格的多样化；对于把手采用直、曲、折及多样的外形轮廓来实现总体风格的协调；控制面板根据其与机床整体风格的配合可以采用贴合式、悬挂式、下伸式、分离式，面板上的键盘要排列规则、易操作、灵敏度适中【7】；机床标牌要符合人性化设计；对机床的色彩处理要贴近人的色彩心理，给人一种亲切的感觉，尤其是有关按钮的色彩处理要能够直观的反应出所需信息，方便用户直观迅速的辨认使用【8】。

机床要做到方便用户使用，在结构合理的基础上还要做到尺寸的合理，先用相关测量工具测量目前机床各外观部件的关键尺寸，再查得相关人体标准尺寸，然后对这两种数据进行人因工程学分析，看机床的目前尺寸是否符合人的要求，最后根据分析结果对机床尺寸进行改进设计直到人机相互协调【9】。

利用UG软件对设计好的机床部件进行建模设计，最终得到基于人机工程设计的数控机床。

研究计划

研究计划：

第1周资料搜集与文献检索

第2周编写开题报告

第3周提交开题报告

第4周学习软件

第5周学习软件

第6周学习软件

第7周学习软件

第8周学习软件与身体尺寸相关设计

第9周学习软件与人机界面设计

第10周人机界面设计

第11周操作环境设计

第12周模型优化与改进

第13周编写并修改论文

第14周编写并修改论文

第15周提交论文并完成答辩

特色与创新

1.利用人体测量学的标准人体参数并结合着色彩心理学的知识对数控机床进行分析以便于使其更好的适合用户的使用。

2.运用人因工程学的知识对机床各外观部件进行改进和设计，以达到满足人因工程学的要求，同时提高用户对机床的舒适度与亲切感。

3.运用逆向工程对机床各外观部件进行设计的科学理念。

4.运用UG软件进行了机床的建模。

5.运用平面矢量软件绘制数控机床人体作业姿势模板，模拟人的各种作业姿势。

6.运用CAED技术建立人体模型并进行人机作业场景的模拟。

指导教师

意见

指导教师签名：

年月日

教研室意见

院部意见

主任签名：

年月日

教学院长签名：

年月日