人機(jī)工程學(xué)在手工工具設(shè)計中的應(yīng)用

周樹霞

摘要：人機(jī)工程學(xué)是一門邊緣性學(xué)科，應(yīng)用范圍極為廣泛，尤其是在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用。手工工具是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷摹⒈夭豢缮俚纳钣闷罚谑止すぞ咧猩婕暗胶芏嘤嘘P(guān)人機(jī)工程學(xué)的原理，如人體比例尺寸、色彩設(shè)計等。所以本文研究人機(jī)工程學(xué)在手工工具中的應(yīng)用，可以更好地服務(wù)于人們的日常生活，從而提高人們的工作效率。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué);手工工具;把手設(shè)計

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）08-0057-02

人機(jī)工程學(xué)是研究人機(jī)系統(tǒng)中各個因素之間的相互作用，以及應(yīng)用的相關(guān)理論、原理、數(shù)據(jù)和方法來設(shè)計以達(dá)到優(yōu)化人類和人類系統(tǒng)效能的一門邊緣性的學(xué)科。手工工具是人們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在的工業(yè)產(chǎn)品，而工具的設(shè)計、選擇、評價、使用本身就是一項(xiàng)重要的人機(jī)工程學(xué)。手工工具的設(shè)計要體現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)關(guān)系，遵循以人為本的設(shè)計原則，設(shè)計出操作方便、使用安全，符合人的生理和心理的手工工具，提高人們的日常工作效率。

1人機(jī)工程學(xué)解析

1.1概念

人機(jī)工程學(xué)研究和應(yīng)用的范圍極廣，它涉及到各個學(xué)科、各個領(lǐng)域，即是一門邊緣性的學(xué)科，它具有現(xiàn)代各門新興邊緣學(xué)科共有的特點(diǎn)，如：學(xué)科命名的多樣性，學(xué)科定義的不統(tǒng)一性，學(xué)科邊界的模糊性，學(xué)科內(nèi)容的綜合性，學(xué)科應(yīng)用范圍廣等。近幾年，給人機(jī)工程的定義為：“人機(jī)工程學(xué)是一門多學(xué)科的交叉學(xué)科，研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機(jī)器及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)，研究方法和評價手段涉及心理學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、人體測量學(xué)、美學(xué)和工程技術(shù)的多個領(lǐng)域，研究的目的則是通過各學(xué)科知識的應(yīng)用來指導(dǎo)工作器具、工作方式和工作環(huán)境的設(shè)計和改造，使得作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個方面的特性得以提高，它研究人、機(jī)及其工作環(huán)境之間的相互作用。

1.2人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)

人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性的學(xué)科，它不僅應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計，而且還應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如：企業(yè)、人事、工廠、服裝、家具、武器等，所以說人機(jī)工程學(xué)研究和應(yīng)用內(nèi)容非常廣泛，但根本的研究方向卻是通過揭示人——機(jī)——環(huán)境之間相互關(guān)系的規(guī)律，以達(dá)到確保人——機(jī)——環(huán)境系統(tǒng)總體性能的最優(yōu)化在現(xiàn)代工業(yè)中。

人機(jī)工程的特點(diǎn)是在認(rèn)真研究人——機(jī)——環(huán)境三個基本要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和設(shè)計的“物”以及與“物”所共處的環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，研究的整體目標(biāo)是為解決系統(tǒng)中人的安全、舒適、健康和系統(tǒng)的問題。著名的美國人機(jī)工程學(xué)及應(yīng)用心里專家A·查帕尼斯說：“人機(jī)工程是在機(jī)械設(shè)計中考慮如何使人獲得操作簡便而又準(zhǔn)確的一門學(xué)科”。

2人機(jī)工程學(xué)在手工工具設(shè)計中應(yīng)用的總體分析

手工工具是人類進(jìn)化的標(biāo)志，是人類四肢的擴(kuò)展，人類的手部是由骨骼、血管、神經(jīng)、韌帶與肌腱等所構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，所以，手能做復(fù)雜地而靈敏地握、捏、抓、夾、提等動作，有及其精細(xì)的感覺。工具使人類增加了人們的動作范圍、力度，進(jìn)而提高工作效率，由于手腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，手掌只能做兩個平面的運(yùn)動，第一是掌屈和背屈之間的平面，第二個平面是橈偏和尺偏的平面。

我國是手工工具制造大國，生產(chǎn)傳統(tǒng)的手工工具已有幾千年的歷史。近幾年，來隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速增長，手工工具也日趨復(fù)雜化和人性化，但是在其設(shè)計中仍然還存在著設(shè)計缺陷，導(dǎo)致人們在日常的工作中不能舒適和安全地使用工具，并引發(fā)了人們在工作時生理和心理上的許多工作疾病。下面我們就對一些手工工具從人機(jī)工程學(xué)方面進(jìn)行分析，如表1。

根據(jù)以上人機(jī)工程因素的分析，可以得出，導(dǎo)致手部的積累損傷疾病的原因主要來自兩個方面：組織壓迫和手指重復(fù)活動。所以，手工工具的設(shè)計需要從工藝、解剖、運(yùn)動機(jī)能、人體測計、生理等各方面的知識加以考慮，絕不可孤立于其他相關(guān)條件，要相互協(xié)調(diào)。根據(jù)以上的產(chǎn)品分析得出手握式工具設(shè)計的一般性原則有：

1）必須有效地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。

2）必須與操作者的身體成適當(dāng)?shù)谋壤共僮髡甙l(fā)揮最大效率。設(shè)計還要按照作業(yè)者的力度和作業(yè)能力設(shè)計，所以要適當(dāng)?shù)乜紤]性別、訓(xùn)練程度和身體素質(zhì)上的差異。

3）工具要求的作業(yè)姿勢不能引起疲勞，避免重復(fù)性。

從解剖學(xué)角度分析以上產(chǎn)品可得出手握式工具設(shè)計的解剖設(shè)計原則包括：

1）避免靜肌負(fù)荷。

2）保持手腕處順直狀態(tài)。手腕順直操作、腕關(guān)節(jié)處于正中且放松狀態(tài)，但是當(dāng)腕關(guān)節(jié)處于掌屈、背屈、尺偏等別扭狀態(tài)時，就會產(chǎn)生腕部酸痛，握力減小，引起鍵銷炎等。

3）避免掌部組織受壓。壓力過大妨礙血液在尺動脈流通，引起局部缺血，導(dǎo)致麻木，刺痛等感覺。好的設(shè)計應(yīng)該具有較大的接觸面積，使壓力作用不那么敏感。

人是人機(jī)工程學(xué)的主體，所以要以人為本進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，人是設(shè)計的重要目的，人的需要決定了產(chǎn)品的功能，人的尺寸決定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸。所以，要考慮到人群的不同需求進(jìn)行設(shè)計，并且對單一的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形式要進(jìn)一步地深入研究，最終滿足人們生理和心理的需要。

3人機(jī)工程學(xué)在手工工具把手設(shè)計中的應(yīng)用分析

手工工具，是用手握持，以人力或以人控制的其他動力作用于物體的小型工具，一般手工工具均帶有手柄，便于攜帶，良好的把手設(shè)計可以使操作者使用時更省力，并且降低人的疲勞。所以，手工工具的把手設(shè)計是手工工具設(shè)計的重要設(shè)計部位。下面我們對一些手工工具的把手設(shè)計從人機(jī)工程學(xué)因素進(jìn)行分析，如表2。

通過以上對把手設(shè)計的分析，我們可以總結(jié)出把手設(shè)計的主要因素包括：直徑、長度、形狀、彎角等，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，把手設(shè)計設(shè)計的科學(xué)依據(jù)為：

1）直徑：把手的直徑取決于工具的用途和手的尺度。一般精確握的把手長度為8mm—16mm，著力握的把手長度為30mm—40mm。

2）長度：把手的長度取決于手掌的寬度。一般人的手掌寬度在71mm—91mm之間，所以把手的長度一般為100mm—125mm之間。

3）形狀：這里的形狀指的是把手的截面形狀，在一般的設(shè)計中，圓形截面形狀最好，但是根據(jù)人們的需求也可設(shè)計為三角形和矩形，防止把手在手中的滑動，也增加了工具放置時的穩(wěn)定度。

4）角度：一般的把手的角度為10°最佳。

把手的設(shè)計并不是說是彎曲形狀的就是好的設(shè)計，設(shè)計依據(jù)還是要看人們在作業(yè)時手腕是否保持順直狀態(tài)。人機(jī)工程學(xué)的基本目的之一是在生產(chǎn)及使用設(shè)備過程中保證操作者的安全。因此，手工工具應(yīng)滿足安全需求，包括要消除被箝夾壓傷和尖銳邊角刺割擠傷等的危險，并在可能夾到手部的接觸點(diǎn)進(jìn)行修圓;動力工具則必須具備制動裝置以便快速制止鋸片或鉆頭的運(yùn)動，動力開關(guān)的位置也必須快速執(zhí)行開關(guān)的操作。

現(xiàn)在使用手工工具的人群越來越復(fù)雜化，所以每一類型的工具均要考慮到一些特殊人群的使用方式，例如：設(shè)計者必須周全設(shè)想左撇子在用手操作器具時的特殊需求;還要考慮性別的不同，在過去傳統(tǒng)上全男士壟斷的職業(yè)在今天已有愈來愈多的女士開始參與，因而工作工具及器物的設(shè)計也必須把男女兩性在人體測計及其他人因差異考慮在內(nèi)。

4結(jié)論

美國設(shè)計家普洛斯說：“人們總以為設(shè)計有三維：美學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)，然而更重要的是第四維：人性。”我國生產(chǎn)手工工具已有上千年的歷史，但是很少對其進(jìn)行改型設(shè)計，在市場上的產(chǎn)品樣式多年如一，即使改造也是模仿國外產(chǎn)品。我國手工工具的現(xiàn)狀是缺乏研發(fā)和設(shè)計、生產(chǎn)工藝落后、質(zhì)量檔次較低。設(shè)計必須“以人為本”，還要具有安全性、有效性、舒適性、持久性、可用性、還要有令人喜歡的外形，手工工具的人性化設(shè)計是改善手工工具質(zhì)量的最主要和最舒適的途徑之一。