便攜工器具多功能背包設(shè)計與開發(fā)分析

陳偉超

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們的生活水平得到了顯著的提高，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會生活中對各種工具的需求也越來越多，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會生活中各種工具的需求量也越來越大。隨著人民生活水平的提高，人們對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會生活中所使用的各種工具也提出了更高的要求。為了滿足人民日益增長的需要，并提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會生活中所使用工具的質(zhì)量，就需要開發(fā)出一種便攜工器具多功能背包。

1 便攜工器具多功能背包發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)對市場現(xiàn)有工器具背包設(shè)計與開發(fā)產(chǎn)品進行的調(diào)查可以了解到，目前市場上已有的工器具背包設(shè)計與開發(fā)產(chǎn)品種類繁多，且大部分都是以手動工具為主。工具和設(shè)備在各種領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在電力施工等戶外工作中發(fā)揮著重要作用。然而，市場上仍缺乏一款集實用、方便、多功能于一體的背包。因此，需要開發(fā)出一種集實用性與美觀性為一體的工器具背包。

目前，市場上主要有兩種工器具包，一種是攜帶工具包，另一種是工具包+便攜袋。攜帶工具包通常具有以下功能：可以攜帶多個工具、便于存放工具和便于存放便攜袋。這類工具包通常有以下特點：可以攜帶多個工具，也可以根據(jù)不同的工具使用要求攜帶不同數(shù)量的工器。可將工器放入口袋內(nèi)，也可以將工器裝入背包內(nèi)。攜帶工器包可以容納多個工器工具，也可以將多個工器工具裝入背包內(nèi)。但這些工器包在設(shè)計與開發(fā)時，往往會遇到以下問題：由于背包設(shè)計的局限性，無法容納所有的工器；在攜帶多個工器時，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且攜帶多個工器時難以裝卸；攜帶多個工器時，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)較大，導(dǎo)致攜帶和存放不便[1]。

2 便攜工器具多功能背包設(shè)計方向

在市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行研究，發(fā)現(xiàn)便攜工器具多功能背包存在以下問題：①產(chǎn)品重量較大，攜帶不方便，在進行野外作業(yè)時容易增加作業(yè)人員的負擔。②產(chǎn)品在使用過程中容易磨損，影響其使用壽命。③產(chǎn)品結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，使用不便，不利于用戶對產(chǎn)品的維修。針對上述問題，便攜工器具多功能背包在設(shè)計過程中盡量將工器具分散放置在不同的位置，避免占用較多的空間；在結(jié)構(gòu)設(shè)計上盡量減少復(fù)雜程度和結(jié)構(gòu)數(shù)量，并采用較簡單的結(jié)構(gòu)；在材料上盡量選用質(zhì)地柔軟、耐磨且堅固的材料。在設(shè)計過程中應(yīng)采用方便、快捷、簡單的連接方式，如可拆卸式結(jié)構(gòu)、可拆裝式結(jié)構(gòu)等。此外，還需要加大產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)力度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。不僅如此，加強對產(chǎn)品的維護與保養(yǎng)工作，例如定期檢查背包和工具的狀況、定期對工具進行清洗、及時更換磨損或損壞的部件等[2]。

3 便攜工器具多功能背包開發(fā)方向

便攜工器具多功能背包設(shè)計與開發(fā)中，首先，需要明確產(chǎn)品的使用目的，如工器具的存放、攜帶、維修、保養(yǎng)等，以及消費者的需求，如工具種類的確定、用途和作用的分析等。其次，對產(chǎn)品進行功能分析，確定產(chǎn)品功能，并確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料。再次，對產(chǎn)品進行形態(tài)設(shè)計，并確定形態(tài)設(shè)計，如外觀形態(tài)、顏色形態(tài)等。最后，對產(chǎn)品進行色彩設(shè)計，并確定色彩設(shè)計。

在對便攜工器具多功能背包進行設(shè)計與開發(fā)時，首先需要明確其使用目的；其次根據(jù)其使用目的和功能要求進行定位設(shè)計；再次根據(jù)其功能要求進行造型設(shè)計；最后根據(jù)其造型設(shè)計進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在便攜工器具多功能背包設(shè)計與開發(fā)中，需要注重外觀造型、材料選擇、色彩搭配等方面[3]。

通過在背包中設(shè)置一個拉鏈口袋，該拉鏈口袋可以開合，既可以作為工具存放區(qū)，也可以作為工具區(qū)。在工具存放區(qū)和工具區(qū)之間設(shè)置一個分隔包，將工器具分類存放，從而解決工具存放混亂問題。將包內(nèi)所有工具按照工具類別進行分類，并將包內(nèi)所有工具按照工具區(qū)進行分類放置，從而解決工具區(qū)混亂的問題。將背包兩側(cè)設(shè)置為兩個獨立的空間，可以分別作為工具區(qū)和工具區(qū)以外的其他功能空間。這樣可以增加工具存放空間，實現(xiàn)工具的多功能化。在包內(nèi)設(shè)置一個拉鏈口袋，該拉鏈口袋可以開合，并在包內(nèi)設(shè)置一個與拉鏈口袋位置相同的空間。這樣可以提高背包的整體實用性，從而解決工器具存放混亂的問題[4]。

4 便攜工器具多功能背包案例分析

運維人員徒步搬運工器具如圖1 所示。

圖1 運維人員徒步搬運工器具

4.1 設(shè)計需要

在進行日常的檢修工作時，供電運行維護人員必須把設(shè)備送到現(xiàn)場。當前，有些供電線路經(jīng)常延伸至山區(qū)、塘基、農(nóng)林等地區(qū)，有不少鐵塔位于較遠的深山魚塘等地勢較高的地區(qū)，不能通過車輛直達作業(yè)現(xiàn)場，而在地勢較高的供電線路或裝置發(fā)生了故障，需作業(yè)時，維修人員往往要將維修作業(yè)所必需的機具步行到事故現(xiàn)場。這就使得操作人員必須在工程車輛與修理現(xiàn)場之間來回往返。由于事故應(yīng)急救援工作涉及了大量的工器具，如接地線、絕緣棒、絕緣梯等體積和品質(zhì)比較大的工器具，不能放在工具袋里，必須由工作人員用手來搬運，而腳扣、絕緣手套、安全帶等所必需的工器具，由于沒有專用的工具袋來放置，便于攜帶，維護人員也不能騰出手來搬運器具，在有些偏僻的地方，植被茂盛，地勢復(fù)雜，地面上的路面被植物遮擋，很難看到路面，工人們在拿著工具的時候，搬運設(shè)備的時候，會耗費大量的精力，這種煩瑣的搬運工作，會對后續(xù)的工作造成一定的影響。隨著現(xiàn)代電力行業(yè)的快速發(fā)展，配電運維人員在日常工作中需要攜帶多種工器具，以便應(yīng)對各種復(fù)雜場景[5]。

4.2 設(shè)計要點

4.2.1 腳扣設(shè)計

鑒于操作人員必須背著背包長途跋涉到達指定地點的情況，如果工作人員長期背著沉重的背包，可能會造成身體的負重和工作疲勞，進而增加操作的安全性。因而，背負性舒適的關(guān)鍵就是背負性的設(shè)計，背負性的要有合理的結(jié)構(gòu)和遵守科學(xué)的負擔率原則。

為確保各種尺寸的腳扣可以順暢地裝入，并且給背包留出足夠的空間余量，按照《電力安全工作規(guī)程 電力線路部分》（GB 26859—2011），以及以不等直徑桿身為工作目標，現(xiàn)采用的是可調(diào)節(jié)型腳帶，有JK-T-250、JK-T-300、JK-T-400 三種型號。設(shè)計人員到車間現(xiàn)場對對應(yīng)尺寸的腳扣進行現(xiàn)場觀察，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，確定腳扣的技術(shù)指標和數(shù)據(jù)。由于在背包中必須為一對腳扣留出單獨的存放空間，因此，在分層結(jié)構(gòu)設(shè)計、拿取方便的條件下，選取最大的腳扣并置，并進行空間尺寸的測定，以獲取精確的尺寸信息。同時，通過對不同布局狀態(tài)下的足環(huán)規(guī)范進行比較，得出平衡裝載能力與便利度的最佳空間規(guī)范設(shè)計。電氣維修工人在戶外工作時，所面臨的工作環(huán)境往往比較復(fù)雜，如果用手持工具行走搬運工具，那么就會耗費大量的精力，所以必須有一個能承載能力的背包，把比較難以拿到的腳扣一次裝入，這樣就可以降低煩瑣的重復(fù)搬運的次數(shù)，從而提升工作效率。

4.2.2 五帶設(shè)計

按照《電力安全工作規(guī)程 電力線路部分》（GB 26859—2011）和“每日檢修次數(shù)”，中低壓絕緣手套和安全帶是應(yīng)急搶險作業(yè)中最常用的工具。工作人員到車間，現(xiàn)場測試中、低電壓的隔離手套及系帶，并將儀器的相關(guān)資料記錄下來。在日常的應(yīng)急檢修作業(yè)中，這3 種工裝都是使用次數(shù)最多、不便于攜帶的，并且這些工裝的尺寸和質(zhì)量都比較大，給操作者帶來了很大的不便。如果把以上工具放在一個背包里，就會占用更大的地方，所以要考慮到腳扣，絕緣手套，絕緣鞋等物品的負載，才能進行下一個背包的設(shè)計。根據(jù)理論分析與工程應(yīng)用的比較，建議背包的容積大于37.784L，并選擇一個中等容積的背包（容積約40L），以防止出現(xiàn)不應(yīng)有的浪費，以達到安裝有故障的應(yīng)急工具的要求。

將張力感測器連接到顯示器控制器上，借由感測器來測定施加在雙肩上的張力。并在有皮帶、胸帶等輔助條件下，負荷對肩帶張力的作用進行了分析。由此可見，腰帶確實能夠降低肩部的張力，并且降低的幅度很大，所以在背包的負重設(shè)計中，腰帶是減輕身體疲勞的關(guān)鍵。一個合適的背筐設(shè)計可以保證背包的穩(wěn)定，不會在搬運過程中發(fā)生坍塌和扭曲，還可以將背包從后背移開，增加空氣流通，降低發(fā)熱，給使用者更好的攜帶感受。與外掛袋比較，內(nèi)掛袋具有較低的中心，同樣適用于攀登時維持均衡；因為內(nèi)部支架袋外形簡潔、細長，行走時不容易鉤入濃密的樹木及竹子；肩帶的長短是沒有限制的，這是一種可以按照工作人員的身材來調(diào)整的，目前市場上最常見的是380mm，肩帶是市場上最常見的11mm。在進行肩帶形狀的設(shè)計時，以人類的生理構(gòu)造為重點，經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)S 型肩帶更加符合人類的體形，而且在佩戴的時候，它的舒適性也是最好的，不會造成腋下和手臂的運動受到阻礙，所以，肩帶采用S 形的設(shè)計。腰是身體的重要組成部分，一條腰帶的最大寬度是120mm，而皮帶的粗細則是市場上常見的21mm。圖2 為包體寬度設(shè)計，圖3 為碳纖維背架。

圖2 包體寬度設(shè)計

圖3 碳纖維背架

表1 為五帶的主要尺寸。依據(jù)上述參數(shù)，制作了一款五帶結(jié)構(gòu)背包，經(jīng)實測表明，該設(shè)計符合人體工程學(xué)，且能更好地平衡左右肩的受力。然后，利用碳纖維背架，設(shè)計出一種有背架背包。經(jīng)過詳細的試驗發(fā)現(xiàn)，采用了碳纖維支架以后，在背負固定得當時，可以有效合理地分配囊體負荷，使更多的質(zhì)量由比肩部更承重的腰骶部承擔，從而大大減輕了肩膀的負擔，提高背負攜行舒適性和耐疲勞性。

表1 五帶主要尺寸

經(jīng)過以上改進措施后，這款配電運維人員便攜工器具多功能背包已經(jīng)成功應(yīng)用于實際工作中。它不僅滿足了多種工具的攜帶需求，還具有出色的防水、防塵性能和舒適的背負體驗。分層設(shè)計和獨立口袋似的工具取用變得方便快捷，極大地提高了配電運維人員的工作效率。同時，背包采用高品質(zhì)材料和先進的工藝制作而成，使得其具有較長的使用壽命，得到了用戶的一致好評。圖4 為背包3D 立體結(jié)構(gòu)，圖5 為背包實物圖。

圖4 背包3D 立體結(jié)構(gòu)

圖5 背包實物

5 結(jié)語

綜上所述，通過分析得出，在便攜工器具多功能背包設(shè)計與開發(fā)時，要進行市場調(diào)查，并對現(xiàn)有產(chǎn)品進行研究分析。在創(chuàng)新設(shè)計方面，主要是對便攜工器具多功能背包的功能進行創(chuàng)新設(shè)計，從而提高便攜工器具多功能背包的質(zhì)量。在便攜工器具多功能背包設(shè)計與開發(fā)中還存在一些不足之處，如材料選用不當、外形不合理等。