人機工程學在手工工具設計中的應用

周樹霞

摘要：人機工程學是一門邊緣性學科，應用范圍極為廣泛，尤其是在工業(yè)設計中的應用。手工工具是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷?、必不可少的生活用品，在手工工具中涉及到很多有關人機工程學的原理，如人體比例尺寸、色彩設計等。所以本文研究人機工程學在手工工具中的應用，可以更好地服務于人們的日常生活，從而提高人們的工作效率。

關鍵詞：人機工程學;手工工具;把手設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）08-0057-02

人機工程學是研究人機系統(tǒng)中各個因素之間的相互作用，以及應用的相關理論、原理、數(shù)據(jù)和方法來設計以達到優(yōu)化人類和人類系統(tǒng)效能的一門邊緣性的學科。手工工具是人們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在的工業(yè)產(chǎn)品，而工具的設計、選擇、評價、使用本身就是一項重要的人機工程學。手工工具的設計要體現(xiàn)人機協(xié)調關系，遵循以人為本的設計原則，設計出操作方便、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人機工程學解析

1.1概念

人機工程學研究和應用的范圍極廣，它涉及到各個學科、各個領域，即是一門邊緣性的學科，它具有現(xiàn)代各門新興邊緣學科共有的特點，如：學科命名的多樣性，學科定義的不統(tǒng)一性，學科邊界的模糊性，學科內(nèi)容的綜合性，學科應用范圍廣等。近幾年，給人機工程的定義為：“人機工程學是一門多學科的交叉學科，研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機器及環(huán)境三者間的協(xié)調，研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫(yī)學、人體測量學、美學和工程技術的多個領域，研究的目的則是通過各學科知識的應用來指導工作器具、工作方式和工作環(huán)境的設計和改造，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、機及其工作環(huán)境之間的相互作用。

1.2人機工程學的特點

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

人機工程的特點是在認真研究人——機——環(huán)境三個基本要素本身特性的基礎上，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。著名的美國人機工程學及應用心里專家A·查帕尼斯說：“人機工程是在機械設計中考慮如何使人獲得操作簡便而又準確的一門學科”。

2人機工程學在手工工具設計中應用的總體分析

手工工具是人類進化的標志，是人類四肢的擴展，人類的手部是由骨骼、血管、神經(jīng)、韌帶與肌腱等所構成的復雜結構，所以，手能做復雜地而靈敏地握、捏、抓、夾、提等動作，有及其精細的感覺。工具使人類增加了人們的動作范圍、力度，進而提高工作效率，由于手腕關節(jié)結構的關系，手掌只能做兩個平面的運動，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)濟的快速增長，手工工具也日趨復雜化和人性化，但是在其設計中仍然還存在著設計缺陷，導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工程學方面進行分析，如表1。

根據(jù)以上人機工程因素的分析，可以得出，導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活動。所以，手工工具的設計需要從工藝、解剖、運動機能、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條件，要相互協(xié)調。根據(jù)以上的產(chǎn)品分析得出手握式工具設計的一般性原則有：

1）必須有效地實現(xiàn)預定的功能。

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

3）工具要求的作業(yè)姿勢不能引起疲勞，避免重復性。

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

1）避免靜肌負荷。

2）保持手腕處順直狀態(tài)。手腕順直操作、腕關節(jié)處于正中且放松狀態(tài)，但是當腕關節(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，導致麻木，刺痛等感覺。好的設計應該具有較大的接觸面積，使壓力作用不那么敏感。

人是人機工程學的主體，所以要以人為本進行產(chǎn)品設計，人是設計的重要目的，人的需要決定了產(chǎn)品的功能，人的尺寸決定了產(chǎn)品的結構尺寸。所以，要考慮到人群的不同需求進行設計，并且對單一的產(chǎn)品結構和形式要進一步地深入研究，最終滿足人們生理和心理的需要。

3人機工程學在手工工具把手設計中的應用分析

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，手工工具的把手設計是手工工具設計的重要設計部位。下面我們對一些手工工具的把手設計從人機工程學因素進行分析，如表2。

通過以上對把手設計的分析，我們可以總結出把手設計的主要因素包括：直徑、長度、形狀、彎角等，根據(jù)人機工程學原理，把手設計設計的科學依據(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，在一般的設計中，圓形截面形狀最好，但是根據(jù)人們的需求也可設計為三角形和矩形，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。

把手的設計并不是說是彎曲形狀的就是好的設計，設計依據(jù)還是要看人們在作業(yè)時手腕是否保持順直狀態(tài)。人機工程學的基本目的之一是在生產(chǎn)及使用設備過程中保證操作者的安全。因此，手工工具應滿足安全需求，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進行修圓;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動，動力開關的位置也必須快速執(zhí)行開關的操作。

現(xiàn)在使用手工工具的人群越來越復雜化，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：設計者必須周全設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結論

美國設計家普洛斯說：“人們總以為設計有三維：美學、技術和經(jīng)濟，然而更重要的是第四維：人性?！蔽覈a(chǎn)手工工具已有上千年的歷史，但是很少對其進行改型設計，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)和設計、生產(chǎn)工藝落后、質量檔次較低。設計必須“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計是改善手工工具質量的最主要和最舒適的途徑之一。