普通簽字筆人因工程改善的兩種方案

張道揚

摘 要 本文在現有的理論基礎上，綜合運用所學知識進行普通簽字筆的人因工程改善，定量地、深入地研究簽字筆的問題，并提出相應的解決方案，從而達到人性化的設計。以筆的外形構造符合手感舒適度為基礎，運用人因工程學的理論在整體的結構功能上進行改良。根據調查問卷所反饋的信息提出兩種改良方案，第一種方案用以解決不同廠家生產的簽字筆零件難以相互配合的問題，第二種方案設計出多功能的新型簽字筆，在使用方便的同時起到暖手的作用，解決冬天因為寒冷導致手掌僵硬難以書寫的問題。

關鍵詞 簽字筆 人因工程 零件不匹配

中圖分類號：D918.93 文獻標識碼：A

0引言

簽字筆的使用率在所有書寫用具中占到了最高的比例，但在生活中我們都或多或少的感受到簽字筆的局限性，因此運用人因工程學對簽字筆進行的改良是十分必要的。本文對調查問卷的結果進行總結分析，多方面的考量現有簽字筆的缺陷，得出對當前的簽字筆進行改良設計的兩種方案，解決使用者所遇到的不便。

1方案具體設計

1.1調查問卷

為了更直觀的獲得簽字筆使用者的意見，在網絡上隨機抽取了30位簽字筆使用者進行了問卷調查。讓他們結合日常生活中的切身體會填寫問卷，后將問卷結果進行整理與分析總結，得出本文所提出的方案一與方案二。

調查問卷的內容如下：

（1）您平時生活中一般使用簽字筆還是鋼筆？

答：簽字筆占21位；鋼筆占9位。

（2）您覺得簽字筆的哪個設計對您來說不夠舒適？

答：筆桿相對太粗占9位；更換筆芯相對麻煩占9位；筆芯筆桿長度不匹配占12位。

（3）您是否認為現在的簽字筆在攜帶方面不夠便利？

答：認為不夠便利的用戶占15位；認為足夠便利的用戶占15位。

（4）您是否認為當前的簽字筆功能單一，需要附加功能？

答：希望附加U盤功能的用戶占21位；希望增加其他功能的用戶占9位。

（5）您是否對當前的簽字筆感到不滿意？

答：認為不滿意的用戶占21位；認為滿意的用戶占9位。

根據問卷調查結果總結出目前的簽字筆使用者中近70%對現有的簽字筆不夠滿意，為簽字筆的改良設計提供了市場需求，本文所提出的方案一針對大多數使用者所面臨的“筆桿筆芯長度不匹配，替換筆芯相對麻煩”的問題進行改良。方案二則是對使用者提出的“當前簽字筆功能單一”的問題進行改進，但并未采納大多數使用者所希望的附加U盤功能，原因在于U盤只能附加在筆桿中間或者附加在筆桿尾端，當附加在筆桿中間時則有可能影響使用者的握筆狀態，而附加在筆桿尾端時則會增加筆桿尾端的重量導致“尾重頭輕”不方便書寫，適得其反，故而提出了方案二中的改良計劃。

1.2 設計方案一

采用如圖1所示的墨水瓶，在其中填充墨水，用于墨水儲備。使用外形如圖2所示的筆桿，筆桿不同于普通簽字筆之處在于原本筆芯的容器部分直接由筆桿代替，筆頭密封安裝在筆桿的最前端，筆桿尾端設計出采用螺紋結構，可以拆卸的后帽，螺紋結構的后帽與密封安裝的筆頭可保證筆桿中的墨水不會漏出，將圖1所示的墨水瓶插入旋掉后帽的添加口中擠壓灌注即可進行顏料補充。方案一中的簽字筆除后帽部分可拆卸以外，其他部分無法拆卸。至于筆頭的不同型號則是根據使用者的需求確定，如0.37型或0.5型。

該類型的簽字筆可以使用相同的參數，在解決不同廠家所生產的筆芯筆桿長度不匹配的同時也方便攜帶。而該設計同樣有利于環境保護與資源節約，不再浪費資源用于生產塑料筆芯和金屬筆頭。

1.3 設計方案二

外觀與普通簽字筆無異，墨水采用在室溫下為固態，加熱至45€癈左右后可融化為液態，停止加熱之后可重新凝固回條形固態的丙烯顏料。墨水的填充則是購買為該設計專門提供的固態丙烯顏料，簽字筆內部附加紐扣電池或者太陽能電池，通過開關進行控制，由于需要持續加熱以保證書寫的順利，熱量不斷傳遞至手掌，解決冬天手掌僵硬不易書寫的問題，起到類似于“暖寶”的作用。

將上述兩種電源與圖3所示的單頭加熱棒相連接為其提供能源使其發熱，對丙烯顏料進行加熱，以達到方案二的設計目的。

加熱棒的選擇是本方案安全性的關鍵。體積小、功率大，工作壽命長是加熱棒的特點，在低功率的工作條件下能正常工作3～5年時間，采用管狀結構使其熱響應快，控溫精度高，綜合熱效率高，加熱溫度高，最高溫度可達150€癈。紐扣電池和太陽能電池板的電壓足夠保證該簽字筆一次性工作5小時以上，不會出現中途斷電的情況。

但由于加熱棒可以將熱量百分之百的傳遞，所以對于溫度的控制十分重要，稍不小心就可能造成溫度過高使簽字筆過熱無法使用的問題。但加熱棒本身具有合理的公式，只要正確選擇簽字筆的電源，便可以控制溫度，避免出現不安全的情況。

1.3.1加熱管的設計計算過程

（1）計算從初始溫度在規定的時間內加熱至設定溫度的所需要的功率。

（2）計算維持介質溫度不變的前提下，實際所需要的維持溫度的功率。

①初始加熱所需要的功率：KW=（C1M1△T+C2M2△T） /+其中C1C2分別為容器和介質的比熱（Kcal/Kg℃），M1M2分別為容器和介質的質量（Kg），△T為所需溫度和初始溫度之差（℃），H為初始溫度加熱到設定溫度所需要的時間（h），kg/h，P最終溫度下容器的熱散量（Kw）。

②維持介質溫度抽需要的功率：KW=C2M3△T/P+P，M3為每小時所增加的介質kg/h。

一般加熱管的壁厚都固定為0.8mm，然而在根據加熱管的工作環境不同時就會有不同的選擇，比如壓力大情況下，需要采用壁厚較高的無縫不銹鋼管來制作電熱管。

注：部分公式來源于百度百科，作者不詳。

2 三維建模結果

3 總結

目前的簽字筆最大的缺陷在于其功能過于單一以及不同品牌不同廠家所生產的簽字筆零件難以相互替換的問題，撰寫本文旨在提出兩種解決目前簽字筆缺陷的方案，使人們的生活更為便捷。

方案一用于改進 “不同廠家生產的簽字筆配件之間難以相互替換相互配合”的問題，通過設計出統一參數的新型簽字筆桿以及與之相配合的墨水瓶以解決該問題。方案二是在同時考量新型多功能簽字筆的舒適度、安全性、可行性之后提出的，不過方案二在市場需求與電源連接部分還存在著一定的缺陷，市場需求方面沒有經過全面的調查，難以定論該設計是否會獲得社會的認可以及使用者的歡迎，之后的研究方向是完善方案二中的簽字筆的電源部分，增加其設計參數，提升其安全性與可行性。

參考文獻

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