Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Эргономика и дизайн

МНОГОЦЕЛЕВЫЕ
ГУСЕНИЧНЫЕ И КОЛЕСНЫЕ 
МАШИНЫ

ЭРГОНОМИКА И ДИЗАЙН

Под общей редакцией доктора технических наук, 
профессора В.П. Бойкова

 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»
2019

Допущено 
Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования 
по специальностям «Тракторостроение», «Многоцелевые гусеничные и колесные 
машины», «Дизайн гусеничных и колесных машин»

(соответствует направлению подготовки 23.03.02
«Наземные транспортно-технологические комплексы»)

УДК 629.365/.367:658.310.11(075.8)
ББК 39.34я73
 
М73

Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Эргономика 
и дизайн : учеб. пособие / В.В. Гуськов, В.П. Бойков, Д.В. Клютко, Л.В. Кухаренок ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. 
В.П. Бойкова. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 
2019. — 350 с., [4] л. ил. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978-985-475-702-5 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-010299-3 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102239-9 (ИНФРА-М, online).

Излагается подход к проектированию многоцелевых гусеничных
и колесных машин, основанный на принципах обеспечения современных требований эргономики и дизайна. Рассматриваются вопросы 
компоновки и формообразования узлов внешнего строения и интерьера с учетом требований функциональности и эстетики, удобного и безопасного взаимодействия человека и машины, минимизации воздействия отрицательных факторов. Описаны применяемые материалы
и технологии для производства облицовочных деталей машин.
Для студентов вузов автотракторных специальностей. Может быть 
полезно инженерно-техническим работникам предприятий, выпускающих многоцелевые гусеничные и колесные машины.

УДК 629.365/.367:658.310.11(075.8)
ББК 39.34я73 

М73

 
© ООО «Новое знание», 2015
ISBN 978-985-475-702-5 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-010299-3 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102239-9 (ИНФРА-М, online).

А в т о р ы :
В.В. Гуськов, В.П. Бойков, Д.В. Клютко, Л.В. Кухаренок

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра теории и истории дизайна Белорусской государственной академии 
искусств (зав. кафедрой — кандидат искусствоведения, доцент Я.Ю. Ленсу);
директор Республиканского компьютерного центра машиностроительного 
профиля объединенного института машиностроения НАН Беларуси, 
доктор технических наук, профессор С.В. Харитончик

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Оглавление

Предисловие..............................................................................................................................7

Введение...................................................................................................................................10

Глава 1. Тенденции развития многоцелевых гусеничных  
и колесных машин................................................................................................................13
1.1..Основные.направления.ускорения.научно-технического.
прогресса.в.области.МГиКМ....................................................................................13
1.2..Типаж.и.система.машин.как.техническая.база.перспективной..
техники..............................................................................................................................17
1.3..Тенденции.развития.мирового.машиностроения.в.области.
эргономики.и.дизайна.МГиКМ...............................................................................23
1.4..Современные.этапы.проектирования.МГиКМ...................................................25
1.5..Общие.сведения.об.этапах.проектирования.МГиКМ.....................................29

Глава 2. Введение в эргономику и инженерную психологию............................34
2.1..Определение.понятий.«инженерная.психология»..
и.«эргономика»..............................................................................................................34
2.2..Предмет,.задачи.и.методы.инженерной.психологии..
и.эргономики..................................................................................................................40
2.3..Основные.понятия.инженерной.психологии.и.эргономики.........................42
2.4..Система.«человек.—.машина»..................................................................................45
2.5..Принципы.эргономического.обеспечения.разработки.
человеко-машинных.систем......................................................................................46
2.6..Особенности.системы.эргономического.обеспечения..
разработки.и.эксплуатации.систем.«человек.—.машина».............................51
2.7..Оценка.эргономичности.мобильной.машины....................................................53

Глава 3. Составляющие эргономики многоцелевых гусеничных 
и колесных машин................................................................................................................60
3.1..Антропометрия..Основные.понятия.и.определения........................................60
3.2..Посадочные.манекены.................................................................................................83
3.3..Хиротехника....................................................................................................................88

Глава 4. Основы художественного конструирования 
многоцелевых гусеничных и колесных машин..................................................... 100
4.1..Художественное.конструирование..Основные.понятия..
и.определения.............................................................................................................. 100
4.2..Техническая.эстетика................................................................................................ 102
4.2.1..Основные.понятия.и.определения........................................................... 102
4.2.2..Эстетические.требования.к.МГиКМ........................................................ 103
4.2.3..Социально-экономические.требования.к.МГиКМ............................. 108
4.2.4..Утилитарно-функциональные.и.технологические.
требования.к.МГиКМ.................................................................................... 110

Оглавление
4

4.3..Закономерности.формообразования.и.композиции...................................... 111
4.3.1..Конструкция,.форма.и.композиция......................................................... 111
4.3.2..Зрительное.восприятие.предмета............................................................. 113
4.3.3..Средства.композиции.................................................................................... 114
4.4..Этапы.художественного.конструирования....................................................... 121
4.4.1..Художественно-конструкторский.анализ............................................... 121
4.4.2..Художественно-конструкторский.синтез............................................... 123
4.4.3..Художественно-конструкторский.проект............................................... 126

Глава 5. Эргономика и дизайн верхнего строения многоцелевых 
гусеничных и колесных машин.................................................................................... 130
5.1..Требования.к.конструкции.кабин.на.примере.тракторов........................... 130
5.1.1..Основные.функции.кабины........................................................................ 130
5.1.2..Безопасность.кабины..................................................................................... 131
5.1.3..Обзорность......................................................................................................... 136
5.2..Дизайн.верхнего.строения.тракторов................................................................. 143
5.2.1..Общие.тенденции.в.дизайне.элементов..
верхнего.строения.тракторов...................................................................... 143
5.2.2..Дизайн.кабин.тракторов............................................................................... 149
5.2.3..Дизайн.облицовок.моторного.отсека.тракторов................................. 156

Глава 6. Эргономика и дизайн рабочего места оператора 
многоцелевых гусеничных и колесных машин..................................................... 161
6.1..Эргономика.рабочего.места.оператора..Общие.требования...................... 161
6.1.1..Общие.тенденции.эргономики.в.дизайне.элементов.
интерьера.кабины............................................................................................ 161
6.1.2..Комфортабельность.рабочего.места.оператора.................................... 162
6.1.3..Микроклимат.рабочего.места.оператора................................................ 166
6.1.4..Шумность........................................................................................................... 176
6.1.5..Вибрационная.комфортабельность.......................................................... 183
6.2..Эргономика.рабочего.места.и.поста.управления..
на.примере.трактора................................................................................................. 192
6.2.1..Общие.требования.к.посту.управления.и.рабочему.месту.
оператора.трактора......................................................................................... 192
6.2.2..Нормативные.требования.к.рабочему.месту.оператора.
и.органам.управления.трактора................................................................. 192
6.3..Способы.совершенствования.эргономики.рабочего.места.и.поста.
управления.трактора................................................................................................. 205
6.3.1..Оснащение.тракторов.различными.электронными.системами.
автоматического.управления.движением.и.технологическим.
процессом,.превышающими.возможности.оператора....................... 205
6.3.2..Совершенствование.непосредственно.поста.управления................ 208
6.3.3..Совершенствование.системы.подрессоривания..
сиденья.оператора........................................................................................... 209

Оглавление
5

6.4..Основные.принципы.дизайна.интерьера.на.примере..
кабины.трактора......................................................................................................... 216
6.5..Компоновка.и.дизайн.приборной.панели.МГиКМ....................................... 218
6.5.1..Общие.принципы.компоновки.приборной.панели............................ 218
6.5.2..Информативность.приборной.панели..................................................... 222

Глава 7. Макетирование и трехмерное компьютерное 
моделирование деталей и узлов верхнего строения 
многоцелевых гусеничных и колесных машин..................................................... 229
7.1..Понятие.о.макетировании.и.макете.................................................................... 229
7.2..Задачи.макетирования.............................................................................................. 231
7.3..Функции.макетов....................................................................................................... 236
7.4..Классификация.проектных.макетов.................................................................... 238
7.5..Поисковое.макетирование....................................................................................... 244
7.5.1..Понятие.и.цели.поискового.макетирования......................................... 244
7.5.2..Методы.и.структура.поискового.макетирования................................ 245
7.5.3..Выбор.материала.и.масштаба.поискового..
макетирования.................................................................................................. 247
7.5.4..Способы.организации.поискового.макетирования............................ 250
7.6..Доводочное.макетирование..................................................................................... 252
7.6.1..Назначение.и.классификация.доводочных.макетов.......................... 252
7.6.2..Геометрическая.доводка................................................................................ 253
7.6.3..Функциональная.доводка............................................................................ 256
7.7..Демонстрационное.макетирование...................................................................... 260
7.7.1..Назначение.демонстрационных.макетов................................................ 260
7.7.2..Полные.и.частные.демонстрационные.макеты.................................... 262
7.7.3..Опытные.образцы........................................................................................... 266
7.7.4..Способы.демонстрации.макетов................................................................ 268
7.8..Использование.макетирования.в.решении.проектных.задач.................... 271
7.8.1..Основные.группы.проектных.задач......................................................... 271
7.8.2..Вариантные.преобразования....................................................................... 274
7.8.3..Агрегатирование.и.унификация................................................................ 276
7.8.4..Функциональное.проектирование............................................................ 282
7.8.5..Модернизация................................................................................................... 284
7.8.6..Прогнозирование............................................................................................. 285
7.9..Использование.компьютерного.трехмерного.моделирования.
при.проектировании.деталей.и.узлов................................................................ 287
7.9.1..Компоненты.и.направления.компьютерного..
моделирования................................................................................................. 287
7.9.2..Система.трехмерного.моделирования.Unigraphics.NX..................... 289
7.9.3..Основные.модули.Unigraphics.NX........................................................... 292
7.9.4..Использование.систем.трехмерного.моделирования.
на.примере.проектирования.кабины.трактора..................................... 296

Оглавление
6

Глава 8. Технологии и материалы, применяемые при изготовлении 
деталей верхнего строения и интерьера многоцелевых гусеничных 
и колесных машин............................................................................................................. 299
8.1..Общие.принципы.выбора.материала.и.технологии.
при.конструировании.кабин.и.кузовов.МГиКМ........................................... 299
8.2..Определение.критериев.оценки.и.сравнения.различных.вариантов.
исполнения.кабины................................................................................................... 302
8.3..Обзор.технологий.изготовления.и.сборки.кабин.МГиКМ......................... 304
8.3.1..Общая.структура.кабины.МГиКМ........................................................... 304
8.3.2..Цельносварная.стальная.конструкция.из.тонкостенных.
элементов,.штампованных.из.листового.металла............................... 305
8.3.3..Каркасно-панельная.конструкция.со.стальным.каркасом.
и.панелями.внешней.обшивки.из.полимерных.
или.искусственных.материалов................................................................. 307
8.3.4..Цельнопластиковая.конструкция.кабины.МГиКМ........................... 314
8.3.5..Клепаная.конструкция.кабины.из.листового.алюминия................. 315
8.4..Общая.оценка.и.рекомендации.по.выбору.технологии.
изготовления.кузова.или.кабины.МГиКМ...................................................... 318
8.5..Технологии.и.материалы.для.изготовления.каркаса.кабин.МГиКМ..... 321
8.6..Технологии.и.материалы.для.изготовления.пластиковых.деталей.
элементов.верхнего.строения.МГиКМ.............................................................. 323
8.6.1..Ручная.формовка.и.ее.варианты............................................................... 323
8.6.2..Технология.горячего.прессования............................................................ 327
8.6.3..Формование.с.применением.заливки.в.замкнутую.форму............. 327
8.7..Материалы,.применяемые.для.формования.внешних.панелей................ 331
8.8..Технологии.сборки.каркасно-панельных.конструкций.кузовов.
и.кабин.МГиКМ......................................................................................................... 332
8.9..Обзор.технологий.окраски.пластиковых.деталей.верхнего.
строения.МГиКМ....................................................................................................... 333
8.10..Изготовление.технологической.оснастки.для.производства.
пластиковых.деталей.верхнего.строения.и.кабин.МГиКМ.
методом.контактного.формования.................................................................... 334
8.10.1..Изготовление.мастер-моделей.деталей.
на.трехкоординатных.станках.с.ЧПУ.
с.малыми.размерами.рабочих.столов................................................. 334
8.10.2..Изготовление.мастер-моделей.деталей.
на.пятикоординатных.станках.с.ЧПУ.
с.большими.размерами.рабочих.столов............................................ 339
8.11..Изготовление.технологической.оснастки.для.производства.
деталей.по.технологии.литья.в.закрытую.форму.(процесс.RTM)....... 343

Список.использованных.источников.......................................................................... 346

Предисловие

Проектирование любой машины, в том числе тракторов и многоцелевых гусеничных и колесных машин (далее — МГиКМ), представляет собой длительный процесс, в течение которого конструктору приходится решать множество противоречивых задач. Проектируемая машина должна давать наибольший экономический 
эффект и иметь технико-экономические, эксплуатационные, эргономические и эстетические показатели на уровне мировых достижений в данной области.
Высокий уровень культуры определяет постоянно растущие 
требования к качеству промышленной продукции. При этом на первый план неуклонно выдвигаются требования к технико-эстетическим свойствам, относящимся к внешнему виду, форме, эргономике 
изделий. И это не случайно, так как именно форма информирует 
потребителя о содержании, внутренней сущности предмета, наличии в нем необходимых потребительских свойств, а следовательно, 
о его качестве в целом.
Технико-эстетические свойства изделий отрабатываются на 
основе сложных структурно-функциональных связей системы «человек — машина», что требует и системного подхода при проектировании, привлечения к нему квалифицированных специалистов 
со специальным образованием, которые опираются в своей деятельности на искусствоведение, инженерную психологию, эргономику, социологию и другие науки.
Опыт подготовки специалистов в области создания МГиКМ 
показал [6, 7, 8], что инженеры-конструкторы, окончившие технические вузы, имеют достаточные знания, позволяющие им квалифицированно создавать узлы и агрегаты машин и разрабатывать 
общую компоновку их механической части (шасси). Однако при 
этом они испытывают затруднения, особенно в области дизайна 
и эргономики, когда приходится создавать машину в целом. Для 
устранения пробелов в этой области введен курс «Основы эргономики и дизайна», основной задачей которого является приобретение студентами знаний в области эргономики и художественного 
конструирования. Выпускники с квалификацией «дизайнер-инженер», обучавшиеся по специальности «Дизайн многофункциональных гусеничных и колесных машин», могут создавать облик машин, 
соответствующий лучшим мировым аналогам.

Предисловие
8

Предлагаемое.издание.основано.на.лекциях,.практических.занятиях. и. лабораторных. работах,. проводимых. профессорско-препо.да.вательским.составом.кафедры.«Тракторы».и.ее.филиалов.на.
Минском.тракторном.заводе.и.кафедры.«Многоцелевые.колесные.
машины».на.Минском.заводе.колесных.тягачей..Оно.предназначено.для.изучения.студентами.специальностей.1-37.01.03.«Тракторостроение».и.1-37.01.04.«Дизайн.многофункциональных.гусеничных.и.колесных.машин»,.а.также.специальностей,.связанных.
с.соз.данием.и.эксплуатацией.наземных.МГиКМ,.в.том.числе.и.сельскохозяйственных..Издание.также.может.быть.использовано.в.конструкторских.организациях,.занимающихся.проектированием.подобной.техники.
Настоящее. пособие. посвящено. изучению. эргономики. и. дизайна. многоцелевых. колесных. и. гусеничных. машин,. тракторов..
Каждое.из.этих.двух.неразрывно.связанных.между.собой.направлений.деятельности.создателей.техники,.конечно,.требует.глубокого.
изу.чения..Основная.задача.книги.—.дать.инженеру-конструктору.
и.дизайнеру.представление.об.общей.идеологии.компоновки.внутреннего. пространства. кузова. и. кабины. с. учетом. антропометрических. характеристик,. удобного. и. безопасного. взаимодействия.
человека. и. машины,. минимизации. воздействия. отрицательных.
факторов..В.книге.изложены.тенденции.развития.МГиКМ,.основы.
художественного. конструирования. последних,. общие. принципы.
хиротехники,. моделирования. и. макетирования. элементов. внешнего.строения.и.интерьера.кабин,.рабочего.места.оператора,.описаны. материалы. и. технологии. производства. облицовочных. деталей.машин.
Следует. отметить,. что. в. предлагаемом. учебном. издании. используются.предоставленные.оригинальные.материалы.из.учебника.«Автомобили.и.тракторы..Основы.эргономики.и.дизайна».под.
общей.редакцией.профессора.В.М..Шарипова.[1].в.части.антропометрии.человека.и.машины,.а.также.из.энциклопедии.«Наземные.
тягово-транс.порт.ные.машины».под.общей.редакцией.профессора.
И.П..Ксеневича.[21].в.части.основ.художественного.конструирования,. что. позволило. свести. в. единое. целое. основные. понятия.
и.определения,.принятые.в.этой.области.науки.
Предисловие,. гл.. 1,. 3. написаны. профессором. В.В.. Гуськовым,. гл..2.—.профессором.В.П..Бойковым,.гл..4,.5.—.инженером.

Предисловие
9

Д.В.. Клютко,. гл.. 6. —. профессором. В.В.. Гуськовым. и. инженером.
Д.В..Клютко,.гл..7.—.инженерами.Д.В..Клютко.и.Л.В..Кухаренком,.
гл..8.—.инженером.Л.В..Кухаренком.
Авторы. выражают. благодарность. коллективам. конструкторских. отделов. Минского. тракторного. завода. и. Минского. завода.
колесных.тягачей.за.предоставленные.оригинальные.материалы.
по.эргономике.и.дизайну.тракторов.и.МГиКМ.
Авторы.с.благодарностью.примут.конструктивные.замечания.
и.пожелания,.которые.можно.высылать.на.адрес.кафедры.«Тракторы». автотракторного. факультета. Белорусского. национального.
технического.университета.

ВВедение

Многоцелевые.гусеничные.и.колесные.машины.(МГиКМ).создаются.для.людей..Эта.простая.фраза.по.существу.определяет.задачи.
эргономики. и. дизайна. применительно. к. этим. машинам.. В. соответствии.с.учебником.«Автомобили.и.тракторы..Основы.эргономики.и.дизайна».[1].примем.следующие.понятия.и.определения,.
связанные.с.рассматриваемой.тематикой.
Эргономика.(от.греч..ergon.—.работа,.nomos.—.закон).—.наука.
о.приспособлении.орудий.и.условий.труда.к.человеку..Она.изучает.
особенности.человека.и.его.функциональные.возможности.в.процессе.труда.с.целью.создания.оптимальных.условий.для.высокой.
производительности.и.надежности.
Антропометрия занимается.изучением.размеров.и.формы.человеческого.тела.и.его.составных.частей,.исследует.направления.
и.пределы.движений.частей.тела.и.силы.мускулов..Она.является.
частью.общей.науки.о.человеке.—.антропологии..Без.знания.основных. антропометрических. характеристик. невозможно. правильно.
разместить.органы.управления.автомобилем.или.трактором.
Инженерная психология.изучает.объективные.закономерности.
процессов.информационного.взаимодействия.человека.и.техники;.
на.инженерной.психологии.базируются,.в.частности,.построение.
приборной.панели.и.способы.представления.информации.на.ней.
Хиротехника.изучает.взаимодействие.рук.человека.с.различными.рукоятками,.кнопками,.включателями.и.другими.элементами.
машин,.приборов.и.иных.промышленных.изделий.
Дизайн.(от.англ..design.—.замысел,.проект,.чертеж,.рисунок).—.
термин,.обозначающий.различные.виды.проектной.деятельности,.
цель. которой. —. формирование. эстетических. и. функциональных.
качеств.предметной.среды..В.узком.смысле.дизайн.—.художественное.конструирование.
Художественное конструирование.—.творческая.проектная.
деятельность,.которая.направлена.на.совершенствование.окружающей.человека.предметной.среды,.осуществляемое.средствами.промышленного.производства.
Художественное.конструирование.(часто.отождествляемое.с.дизайном).—.неотъемлемая.составная.часть.современного.процесса.
создания. промышленной. продукции,. предназначенной. для. непо