加工中心是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于加工復(fù)雜工件的高效率自動(dòng)化機(jī)床，它是目前世界上產(chǎn)量高、應(yīng)用泛的數(shù)控機(jī)床之一［1］。在加工中心的屏蔽門上大多有能夠識(shí)別的、有透過性的觀察窗。 觀察窗是輔助操作者了解內(nèi)部機(jī)床工作狀態(tài)的重要部件，操作者監(jiān)視機(jī)床工作狀態(tài)和觀察工件加工都需通過觀察窗來進(jìn)行。這種通過直接觀察所獲取的加工狀態(tài)信息同控制面板上的顯示數(shù)據(jù)一起構(gòu)成了加工中心對(duì)個(gè)人反饋，對(duì)操作者更好的完成加工任務(wù)具有重要指導(dǎo)作用［2］。操作者對(duì)加工狀態(tài)的觀察和監(jiān)視控制十分頻繁，如果觀察窗設(shè)計(jì)不合理，會(huì)使操作者在觀察 時(shí)感到不適，進(jìn)而對(duì)加工狀態(tài)信息的獲取產(chǎn)生影響，因 此觀察窗的人性化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。
在現(xiàn)有對(duì)加工中心觀察窗的研究中，李世葳［3］通過對(duì)機(jī)床外罩選用透明材料構(gòu)成觀察窗來增加機(jī)床工 作區(qū)的可視性; 張鐵成［4］利用 core 對(duì)觀察窗進(jìn)行了人機(jī)仿真分析; 范含晶［5］、孫旭東［6］通過對(duì)觀察窗結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行優(yōu)化，使之具有較好的強(qiáng)度和透明度; 藤井隆亮［7］通過為觀察窗加裝具有自動(dòng)控制功能的擋板 來保持觀察窗的清潔; 李倩［8］基于人的視覺特征對(duì)加工中心觀察窗的尺寸展開了研究。作為一種觀察和了 解機(jī)床工作狀態(tài)與工件加工情況的重要人機(jī)界面，觀 察窗的設(shè)計(jì)不僅要達(dá)到“可觀察”、“能觀察”的目標(biāo)， 而且應(yīng)符合人機(jī)學(xué)原理滿足“易觀察”、“宜觀察”的要 求。由于目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)理論專門針對(duì)加 工中心觀察窗的設(shè)計(jì)方法展開的深入研究還相對(duì)較 少，并且缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及評(píng)價(jià)模型。人們?cè)?加工中心觀察窗的設(shè)計(jì)時(shí)更多注重的是功能的實(shí)現(xiàn)問 題，卻很少考慮對(duì)人因( 和心理) 的影響，其宜人性等難以符合人機(jī)學(xué)要求。
本文以國(guó)產(chǎn)μ2000－630hf 臥式加工中心為例，研究面向人因的加工中心觀察窗設(shè)計(jì)方法。面向人因的 設(shè)計(jì)方法可以保障人在觀察時(shí)的安全前提下，同時(shí)使人能在自然舒適的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程信息快速且 準(zhǔn)確的獲取。在各種型號(hào)的加工中心以及數(shù)控機(jī)床的 觀察窗設(shè)計(jì)中都可以從可視性、宜人性和安全性等方面出發(fā)，采用面向人因的設(shè)計(jì)方法來提高觀察窗的實(shí)用性和人性化程度。
1 加工中心觀察窗人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
在滿足觀察窗基本功能的前提下，對(duì)觀察窗進(jìn)行人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)，主要滿足可視性、宜人性和安全性等要求。
1. 1可視性準(zhǔn)則
可視性是指操作者透過觀察窗能夠清晰地看到機(jī) 床加工過程中的各種必要視覺信息。它取決于觀察路 徑上是否存在視線遮擋以及觀察者的視野范圍和視覺 清晰程度。
( 1) 視野范圍要求
如圖 1 人的視野即在其頭部和眼球固定不動(dòng)的情況下，其眼睛觀看正前方物體時(shí)所能看到的視覺范圍 ( 常用角度表示) ［9］。根據(jù)人機(jī)學(xué)原理，水平方向上人的雙眼視區(qū)在 62°左右，人的可視錐為 30°即視野范圍位于標(biāo)準(zhǔn)視線左右各 15° 的區(qū)間內(nèi); 而垂直方向上人站立時(shí)自然舒適的視線低于水平線 10°，坐著時(shí)低于水平線 15°，垂直方向上人站立時(shí)的視野為水平線上 5°到水平線下 25°之間。