關(guān)于手持電鉆的人機工程學(xué)研究

（齊魯工業(yè)大學(xué)，山東 濟南 250353）

【摘要】：本文結(jié)合人機工程學(xué)數(shù)據(jù)為手持電鉆設(shè)計提出新的改善方案，為設(shè)計出符合操作者需求的手持電鉆提供理論依據(jù)。針對手持電鉆現(xiàn)有問題，探討左右手通用的工具設(shè)計的研究，，走向新的方向，并運用左右對稱部件設(shè)計以及模塊化設(shè)計等方法嘗試解決現(xiàn)有問題。

【關(guān)鍵詞】：手工電鉆；人機工程學(xué)；左右手通用；

引言

人機工程學(xué)是研究人在某種工作壞境中的生理構(gòu)造以及心理狀態(tài)方面的各種因素，研究人和機器與壞境的相互作用。在此學(xué)科基礎(chǔ)上，產(chǎn)品造型設(shè)計中的人機因素受到全面性探討，更多的設(shè)計工作者把目光投向解決產(chǎn)品設(shè)計中直接由人操控的組成部分如何適用于人的工作。

1、市場上手工電鉆存在的缺陷

從發(fā)展的角度來看人類使用工具進行生產(chǎn)，是進化的標志之一，電動手持式工具作為日常產(chǎn)品，有效地幫助人類完成肢體無法解決的工作。手工電鉆屬于電動工具中不可或缺的產(chǎn)品，其分類愈發(fā)詳細，功能日益完善；同時，產(chǎn)品存在的缺陷也隨之出現(xiàn)。

人們在作業(yè)或日常生活中長久使用設(shè)計不良的手工電鉆，會造成很多身體不適、損傷與疾患。日常中，操作人員需要手握電鉆并長時間保持靜態(tài)施力，手工電鉆在工作狀態(tài)下產(chǎn)生振動傳遞給操作者的手指、手腕和手臂，設(shè)計尺寸不當會引起疲勞，造成反復(fù)性陳舊損傷病癥如滑膜炎、腱鞘炎、痛性腱鞘炎和網(wǎng)球肘等，嚴重者可能引發(fā)事故。部分產(chǎn)品對于慣用左手者，常出現(xiàn)無法控制關(guān)鍵部位，如在開關(guān)的位置只有拇指可以進行操作。

2、手持電鉆設(shè)計遵循的設(shè)計原理

手持電鉆必須在有效實現(xiàn)預(yù)期功能的同時，與使用者身體部分成適當比例，減小手部的施力強度，使整體工作效率最大化，避免產(chǎn)生疲勞，并充分考慮到操作的安全性和舒適性。在手持電鉆的設(shè)計中，設(shè)計師不僅要對手部結(jié)構(gòu)研究，更重要的是考慮關(guān)于左右手結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品部件，才能對現(xiàn)有產(chǎn)品進行有效的改良。

3、現(xiàn)有手持電鉆造型設(shè)計

3.1手柄設(shè)計現(xiàn)狀

操作工人直接握住電鉆手柄進行作業(yè)，所以電鉆手柄設(shè)計的合理性是重點。作業(yè)過程中，操作人員長時間支撐電鉆保持一定的角度和高度，肩、臂和手掌肌肉將處于靜態(tài)負荷，易導(dǎo)致疲勞和能力下降。手部需要持續(xù)貼合手柄防止工具滑落，長期處于該狀態(tài)，可能導(dǎo)致手部疲勞，手指喪失靈活性并刺激手部神經(jīng)。現(xiàn)有產(chǎn)品鉆頭的旋轉(zhuǎn)方向也不適合左手進行操作，鉆頭正轉(zhuǎn)和倒轉(zhuǎn)的靈活切換功能十分必要。

3.2解決方法

針對以上問題，通過調(diào)整手持工具與作業(yè)臺面夾角或操作臺面狀態(tài)的調(diào)整，較為科學(xué)的理論是肘部角度盡可能保持在90°。對于過握力持久性的問題，提出的解決方法是測量使用手持電鉆的力耗，假設(shè)目標人群為中青年男性，可以取男性第5個百分檔的最大力耗。實驗表明作業(yè)操作重復(fù)性越高，則可承受的最大力量能力的百分比例越低，因此結(jié)合科學(xué)理論推算，可對手柄進行重新設(shè)計。在重復(fù)性操作中盡量少用拇指扳機，它可避免拇指的伸縮過度，要盡量減少對手和手指的作用力。另一種情況，借助工具平衡器來支撐電鉆，為了在使用工具時操作工人可以放松握力將工具調(diào)整到合理狀態(tài)，可以在工具把持器和連接臂在手持工具上安裝微型制動閘。手柄附著材質(zhì)需謹慎選擇，造型應(yīng)當有凸緣以防止工具手柄從手中脫落，造成事故。同時，考慮到左撇子在使用電鉆的時候不僅需要盡量貼合手柄保證作業(yè)平穩(wěn)進行而且不易移動拇指，移動拇指強行去操作開關(guān)可能會造成危險的后果，因此選擇左右對稱的產(chǎn)品設(shè)計方法，以保證產(chǎn)品的功能為首要條件，可調(diào)整產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和部件排列。

3.3結(jié)合數(shù)據(jù)計算手柄直徑。

在各式各樣的工具中依據(jù)各自操作中的施力需求不同，因此最佳手柄跨度也不相同。《手工具設(shè)計中的人體工程學(xué)原理》中建議：不同結(jié)構(gòu)形式的手柄，其最佳手柄跨度不同，工具必須與其使用者身體成適當比例。

結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，可以得出人體左手與右手在緊握工具時的方式有一定的差異，進一步旋轉(zhuǎn)施力時由于發(fā)力的方向差異繼而產(chǎn)生順時針和逆時針的差異。細節(jié)方面，移動拇指觸碰控制鍵時，左右手的的拇指運動軌跡差異甚大，兩個弧形發(fā)散方向是相反的，手持電鉆的按鍵位置設(shè)計大都順應(yīng)慣用的右手拇指的操作路線安排，所以設(shè)計師有必要結(jié)合左右手的全部數(shù)據(jù)，以此設(shè)計適應(yīng)左右手的手柄部件。對于電鉆手柄直徑，大部分使用者提出直徑數(shù)據(jù)較小比較理想。在設(shè)計中電鉆手柄直徑將優(yōu)先考慮數(shù)值范圍內(nèi)較小的手柄直徑，同時考慮選材的耐久度，當然不能無限度的見小尺寸，手柄直徑太小會導(dǎo)致手掌受力過大，引發(fā)肌肉酸痛等癥狀影響工作進度。

依照數(shù)據(jù)庫可知手槍式手柄，一般5-6cm為最佳，直筒式手柄為4.06-6.10cm，拎攀式手柄的最佳跨度為3.56cm。手部跨度決定了手柄直徑的要求，根據(jù)國際勞動辦公室給出的指導(dǎo)意見，手持式噴槍手柄直徑為2.54-4.06cm。常見的手工電鉆手柄優(yōu)先選取寬度為4-6cm。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，手柄長度在10-13cm之間為宜，如需佩戴手套則長度最少要增加1cm，依照人機工程學(xué)的理論手柄與瞄準軸之間的角度應(yīng)當為100°，合理的尺寸選取會保障操作工人的安全且有助于作業(yè)的順利進行。

3.4手柄形狀設(shè)計。

使用電鉆進行正常作業(yè)時主要受力部位是手腕。相比之下三角形斷面的手柄是最佳選擇，因為類似矩形或三角形方便直線運作和手部形態(tài)變化，過于圓潤或尖銳的造型更易引起事故。加大手柄接觸面積能很有效減輕手部壓強但是要考慮與此相關(guān)的重量，設(shè)計合理的凹槽由虎口來受力，會減小手腕受力延長功效。電鉆尾部的設(shè)計也十分重要，在一定高度的工作平臺使用電鉆時，尾部的突出會直接接觸虎口部位，這時虎口能夠承受工作中的大部分力量，直接減輕手指壓力，緩解手掌緊握工具時產(chǎn)生的不適。手柄接觸面設(shè)計適當?shù)耐蛊鹪煨停梢约哟竽Σ粒乐构ぞ呋洹?/p>

4、設(shè)計中涉及人體左右手因素、

最后，設(shè)計時需注意操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的中間過程是否簡化，保證功能穩(wěn)定的同時方便左手使用的電鉆，從細節(jié)處體現(xiàn)出人際尺寸的合理性。可以參考以下原則以便于左右手均衡操作如結(jié)構(gòu)的合理性；優(yōu)質(zhì)的適用性；提示的準確性等。

如今很多設(shè)計運用模塊化的方式為消費者提供更全面的用戶體驗，手持電鉆也可以為左痞子人群設(shè)計可拆卸的零部件，通過DIY式的組裝改變手柄、按鈕的安置，方便這類人群使用。設(shè)計師結(jié)合人機尺寸數(shù)據(jù)應(yīng)考慮自然形態(tài)的提取和組合而不是一味的沿用現(xiàn)有形態(tài)，給予工具手柄最合理的造型方便左右手的使用，不僅節(jié)約生產(chǎn)成本且極為便利。不斷的創(chuàng)新提高功效才能體現(xiàn)工具最基本的價值，模塊化工具的形態(tài)開發(fā)也是手持式工具研究的新方向。

結(jié)語

人機工程學(xué)是一門多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，也是產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)不可忽視的重要學(xué)科。以上對手持電鉆的理論探討基于平均值數(shù)據(jù)采集，對于左手使用者的數(shù)據(jù)需繼續(xù)統(tǒng)計和歸納。隨著工藝的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)，消費者需求的擴張，手持式工具的設(shè)計方向也會出現(xiàn)新方向引導(dǎo)設(shè)計師不斷探索，這將是一段長期的研究和探討。

參考文獻：

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