基于人機工程學的多功能救援探照燈設計

田興，李紅玲，鐘聲，邱暢

(江蘇師范大學科文學院，江蘇 徐州 221116)

引言

現如今探險旅游與戶外運動受到越來越多的人歡迎，與此同時所帶來的風險與挑戰也是極大的。性能優良的戶外探險運動裝備幫助人們更好地適應未知環境以便遇到危險能更好地處理。常見的登山裝備：登山鞋，探照燈，背包等。但燈具一直存在功能單一的問題。因此，需要設計研究一款多功能組合設計的探照燈，讓人們攜帶更輕便，功能更強大的同時也更加安全。

1 發展背景

在軍事方面的使用開始于19世紀，但由于電子設備技術的發展，探照燈的用途開始向社會普及。現如今，用于救援及水下清淤，探險旅游等活動，探照燈是一種具有強大光源和凹面鏡的裝置，它能將光線集中到特定的方向，以實現遠距離照明和搜索的目的。探照燈的種類：

普通型探照燈：一個簡單的盒子中裝有光源(經常是鹵素棒)以及反射器(經常是球面鏡)。

鏡面型探照燈：置于曲面鏡前的光源與透鏡之間的距離可調節。

透鏡型探照燈：光源置于球面鏡前，光源前放置透鏡(內平外凸)，所以又稱凸透鏡型探照燈。

現今市場中的探照燈在光亮度方面大多在200-300Lx，電源續航則在10h左右，救援設備種類多樣，占用存儲空間大，線鋸長度過長，不易攜帶。材質在高溫高壓情況下容易損壞。并且不具有應急設備，無法使救援人員第一時間發現被困者。

2 救援探照燈設計定位

2.1 使用人群

本產品適用于喜歡戶外運動的成年人，對于很多人來說使用方便靈活，小巧易攜帶。同時也適用于從事各種探險救援場景的工作者，能給探險救援工作帶來很大的幫助。專業的裝備能幫助救援工作者完成工作，也能使被困者完成自救。

2.2 材料分析

現今大部分材料采用的有PE,PC,PP。此次產品設計采用PC材質，相對于PE材料而言，PC材料具有更好的抗沖擊性抗蠕變性，并且具有自熄性和高透光性，易于成型加工；與PP材料比較，耐熱性、耐寒性和耐侯性好，不易老化磨損。所以選擇PC作為設計產品主要使用的塑料材質。[3]

2.3 人機尺寸

基于人機工程學的基礎，設計采用組合設計的設計方法，將探照燈與打火石，繩鋸，水平儀，指南針等一系列的探險裝備組合在一起。設計中強調人-機-環境的協調，著重體現人的主導性，滿足人的使用需求和舒適度(圖一)。產品尺寸直徑8cm,厚度3cm，整體重量為150g,符合成年人的手掌尺寸，同時佩戴時也不會對頭部等身體部位造成較大的負擔。產品的中部外圈采用類似齒輪的造型，便于抓握，增大手部與產品表面的靜摩擦力(圖二)。尾部蓋帽采用摩擦力較大的凹凸表面。背部扣夾采用鋁合金，其韌性較大，不易折斷，損毀，夾緊力更強不易掉落。指南針和溫度計采用滑軌滑入設計，利于固定方便拿取。

圖一

圖二

2.4 內部結構

探照燈內部加入指南針，水平儀，溫度計，繩鋸以及打火石這些產品(圖三)。考慮到產品會與頭帶配合使用，在探照器背部配有兩個金屬扣夾，方便夾在頭帶上。內含有usb充電口可以做到沒電時，僅僅使用充電寶就能實現充電的要求，滿足戶外運動愛好者身處戶外而沒有電源的苦惱，電池是使用帶續航能力強的高強度電池(圖四)。

圖三

圖四

圖四 圖五 圖六

光源主要使用LED照明，LED發光等。為方便聚光，使用一個白色光亮度高的5瓦的高性能LED。通過鏡子將它發出的光集中在一個較小的立體角內，產生更大范圍的光強。LED發光原理告訴我們，當電流通過半導體芯片的PN節點前進時，電子被推入p區，在那里電子和空穴被合成，以光子的形式發出能量并發光。光的波長決定了光的顏色，而光的形成是由PN結的材料決定的。發光強度是指電流流過LED時，電流較小，發光強度較弱，但電流過大會導致LED壽命降低或損壞。功率的正向導通壓降UF與一般的半導體的PN結一樣隨導通電流IF大小的變化不太大,一般UF在3.5V左右,(不同顏色的LED的導通電壓不盡相同)[4]。

打火石內部結構設計：整體采用錫制金屬作為外殼，隔熱，堅固，錫管內部附有一根圓柱形滑道，將圓柱形滑道分割為四等份，每一份的內壁上附有具有摩擦力的火石摩擦面，其余部位填充浸滿汽油的棉絮，以便于多次使用。在尾蓋與錫管的銜接處采用橡膠圈一方面防止汽油滲漏，另一方面也起到防水的作用。

2.5 功能設計

在2/3處做一個環繞整個儀器的齒輪開關，順時針旋轉一下為一檔普通模式，旋轉兩下為二檔強光模式，逆時針旋轉為應急模式(應急燈亮起)。并且其內部的應急警報也會響起，其聲音傳播范圍可達百米。水平儀用于測量相對于水平位置的傾斜角、設備安裝的水平位置和垂直位置等。側部的打火石和繩鋸得組合使用可為使用者帶來火焰，指南針則可提供方向。

產品使用：

(1)紅色標志表示的是燈具的充電狀態，綠色標志的是燈的電池已經充滿電了。

(2)在使用的過程中,導致光從黑暗時,電池往往處于完全放電狀態，此時為了保護電池，應立即停止使用，務必及時充電，不應LED無光時,才對其進行充電,電池很容易損傷故障。

(3)鉛酸電池失電后容易硫化，電池不能再充電，必須及時充電。因此，電池最好在充滿電的情況下放置。如不常使用的情況下，一定要在3個月內給燈充一次電，約8小時以上。

(4)在恒壓充電(又稱浮動充電)的模式下，必須嚴格控制充電的電壓。如浮充電壓太低，電池會出現不滿意的狀態，如浮充電壓太高，會造成充電過度。電壓調整應以初始充電電流不超過0.3C(C為電池額定容量)為原則[4]。

3 救援探照燈設計方案

形態設計扁圓柱體,大光圈,大鏡面,背后可打開。結構設計在不影響探照燈使用的前提下,采用一系列水平儀、火石和繩鋸等功能單一的小型戶外設備,合理設置在探照燈內部。組合成一個新的,多功能的探照器。材質分析外觀材料采用聚碳酸酯塑料(PC)熱塑性塑料,其特性為無色至淺黃色,透明,無毒無味,具有優異的機械性能,包括抗沖擊性和抗蠕變性特別突出,耐熱性、耐寒性和耐候性都很好,具有自熄性和高透光性,易成型和加工,是一種綜合性能良好的工程塑料。適合制作外殼,手感光滑,細膩,外觀以一個圓柱形為主體,搭配條紋,適合抓握,符合人機工程原理,背部設計卡扣,可放在身體任何部位,更加人性化。顏色選擇黃藍警示色為主體色。

針對目標人群的行為習慣以人機工程學為基礎，設計此救援探照燈，探照燈采用機械性能穩定的PC為主材料，將使用方式極大的簡單化，又不失產品的功能。力求目標用戶能快速明白的熟悉此探照燈并給予極大的幫助。

4 結束語

本產品并不是簡單的構圖或加減法關系，卻是一種文化存在，是設計語言中符號運用和選擇的結果。其旨在減輕探險者、戶外運動人員和救援人員的負擔。現今時代，熱愛極限運動和野外探險的人越來越多，中國的戶外運動行業正在逐漸走向專業化、大眾化。在挑戰自己的極限時，良好的安全保障也必不可少。對多功能探照燈的設計和研究也是為保障大家在戶外運動和旅游探險，開闊眼界時自身的安全。