基于人機工程學的家用防塵手電鉆設計研究

章蘇林　錢峰　王文廣

摘要：手電鉆是電動產品體系中必不可少的一部分，握把的設計就需要符合人體工程學的相關技術數據。本文基于人機工程學原理，通過觀察法和訪談法進行調研，優化手電鉆使用方式和造型，研究產品在使用過程中的角度變化，調整產品的使用角度。提出一種符合人機使用優化的設計思路，希望其具有良好的人機易用性，對于家用手電鉆的設計具有一定的參考價值。

關鍵詞：人機工程學;家用手電鉆;防塵;設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）07-0159-02

手電鉆作為一種常用的電動工具，在設計過程中發揮著極為重要的作用，在解決局部鉆孔的問題上有顯著的作用。手電鉆是電動產品體系中必不可少的一部分。手電鉆的握把是一臺手電鉆的重要配件，握把的設計就需要符合人體工程學的相關技術數據，可以滿足使用者在使用過程中快速處理灰塵以及增加作業周期和減緩手部疲勞。

但目前而言，產品造型趨于同質化，防塵功能的添加也過于牽強，并且防塵功能和人機結合的案例研究相對較少，因此將從人機工程學研究出發，嘗試研究一種防塵電鉆造型設計方案，并通過3D打印制作仿真模型來以此論證其合理性。

1人機工程學概述

人機工程學是把人——機——環境作為基本研究對象，結合心理學等其他相關學科知識，依據機器和人的特點，使機器和人達到一種相對平衡的關系，最終能夠形成產生一個合理的人機環境，進而提高工作效率的一門學科。在當代社會，產品的造型往往僅僅只是一種表象，可真正的外觀是需要為功能而服務的，是一種以人為基礎的設計理念，通過設計優化來提高人與產品的關系，并最終優化用戶使用體驗。

2基于人機工程學的家用電鉆改良設計調研

依據使用電鉆的經歷，手電鉆的握把抓握方式和實用角度會對用戶的使用體驗產生重要的影響。在使用過程中產品使用者往往需要保持手電鉆位置固定，長時間處于一個姿勢會使手腕壓力增加，手電鉆造型的改進和產品重心優化，對整體使用體驗具有至關重要的作用。

觀察法是最直接發現問題的方式，觀察法需要有大量的數據調研作為依據支撐。以五金店為例，觀察人們在使用手電鉆時的握持姿勢，并且針對人群拿握方式的具體數據所得到的統計結果進行分析，以此來找出最適合人體手掌握法的方式，同時觀察被訪者使用時具體處理灰塵的方式，為接下來的握把和防塵裝置設計建立良好的基礎。此次的調研主要是由五人組成的團隊，樣本數量總計100人，采用口述且紙筆記錄的方式。

為使所調研用戶的樣本更加真實，通過訪談的形式調研，調研一共用時兩天，并提前在被使用電鉆上做好標記方便數據的采集，同時采訪受訪者詢問有關防塵功能的可行性建議，防塵功能建議采集匯總如圖1。

在前期的統計中，用戶在生活中更趨向于使用收納裝置來解決灰塵問題，通過對用戶手電鉆握持部位的分析，可以得到一種假設當握住握把前段時，手和電鉆處在一種相對平衡的狀態，最大程度減少手部壓力。進一步分析其產生的根本原因：當手握住前段時手的重心和電鉆的重心在一條垂直直線上如圖2所示。

綜上所述，由于市面上大多數手電鉆造型都是相對單一，且防塵功能設計存在缺陷，因此存在改良的空間。在產品的造型方面可以將握把的位置進行調整以及改變握把的傾斜角度使之重心處于一條直線上。關于電鉆防塵可以將小型收納盒安裝在握把底部使之達到收納灰塵的效果。

3基于人機工程學的家用防塵手電鉆設計思路

3.1功能設計

家用手電鉆使用之后的垃圾處理是一個必須解決的問題，根據前期的調研可以考慮采用手電鉆和收納盒結合的設計方式。設計上在原有的電鉆的基礎上可以將底端電池處結合口部位進行延伸，延長到和電鉆鉆頭平行的位置，并且在鉆頭底端加裝可伸縮式的滑槽，這樣在室內鉆孔的過程中從孔洞中落下的灰塵可以順著滑槽直接滑入收納盒中，在使用完成后只需要將收納盒中的灰塵直接倒出即可。

3.2造型設計

手電鉆產品的外觀可以通過一種簡潔的視覺方式來為使用者傳遞有價值的信息，在滿足前者的同時產品的重量和穩定性也是需要考慮的。手電鉆過大的體量往往增加手部局部肌肉疲勞，進而增加骨骼挫傷以及肌肉拉傷的風險，導致使用者減少使用工具的時間。通過對此問題的研究，可采用的解決方法是：優化電動工具體量，使其重量少于0.45kg，此外工具在使用過程中應該加裝平衡構件，同時平衡裝置和產品重心要在一條水平垂直線上。

倘若機身和握把設計不合理，將無法確保使用者手部、手腕和前手臂獲得足夠的支撐力，從而導致工具無法長時間使用并且保持相對安全的姿勢。在使用時考慮到工具的自重和振動，從而導致手部在手腕的受力彎曲，長期使手腕保持彎曲狀態將會引起多種的傷害隱患。為了進一步了解相關因素的產生對手部造成的傷害，就必須研究工具在使用的過程中手腕局部受力的具體數據。如圖3當手臂的前端被展開時，肱二頭肌會使撓骨受力同時頂住肱骨，這樣的動作會在關節內部造成摩擦受熱。肱二頭肌本身是作為前手臂的屈肌，同時也是腕部的向外轉肌而存在的，每當前手臂在肘部位置彎曲而手腕向外轉動時，手臂會受到工具自重影響而產生肌肉疲勞。除此之外，當在使用到其他種類的電動工具時此動作就必須要求工具操作者要有足夠的支撐力，從而確保工具在使用時保持在固定位置。此外，在使用任何電動工具時，往往要求使用者旋轉手腕來調節工具方向。多次保持此固定狀態將對使用者手腕肌肉和骨骼產生影響。

人手在拿握手電鉆時最大手腕可轉動角度為30°，根據瑞典阿特拉斯·科普柯公司出版的《當代人體工程學的工具》一書中推薦的最佳角度為70°如圖4，因此利用三角形存在30°角的概念便可在設計過程中解決這個問題。

3.3材質設計

由于是面向家庭非專業用戶使用的，因此握把的材質可以選用橡膠類有聚苯乙烯能有效防止酸堿腐蝕，并且耐高溫具有良好的散熱性，大大提高了產品在使用過程中的續航能力，同時機身采用聚乙烯有效減少了產品的自重，減少使用者的疲勞感。

3.4色彩設計

電動工具在人們的常規印象中都是顏色相對單一的，但隨著社會的發展電動工具也要滿足不同用戶的要求，為了增加產品的競爭力，抓住更多潛在的用戶群體，打破傳統電動工具配色就顯得尤為重要。色彩往往可以體現人們的性格和愛好，放到產品當中一款好的產品配色可以激發人們的使用興趣。

市場上大部分的手電鉆機身顏色主要以橙色和黑色為主，橙色、黑色可以給人一種厚重的感覺，暗示用戶抓握會更加穩定，隨著家用DIY風格的流行，年輕的用戶群體更容易接受具有視覺沖擊力的配色，因此紅色則可以滿足年輕用戶群體的喜好，同時有科學理論依據表明紅色是一種警戒的顏色，可以讓用戶使用電動工具時更加專注。

4結語

傳統設計的手電鉆許多都是更加著重工具的專業化和功能性，但隨著電鉆在家庭生活中的普及，在確保功能的同時垃圾的處理成為了傳統電動工具的一塊短板。因此在對家用防塵手電鉆設計時，主要強化了其垃圾收納處理能力，旨在讓手電鉆可以更好滿足家庭需求，并對功能、造型、材質和色彩分別進行了改良設計。希望家用手電鉆具有更好的人機易用性，為家用手電鉆的設計提供一定的借鑒。