人机工程学研究论文

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随着科学技术地不断发展，自动工具也越来越普遍了。尽管如此，日常生活中的许多工作仍然需要人们手工操作，削皮刀就是其中的一种。

通过实际经验，我们意识到，绝大多数的人不知道怎样正确使用削皮刀，这种错误使用的结果就是无尽的麻烦和不必要的伤害，其原因可以归结为设计不当和手持姿势不对。

本文就是想通过描述使用者使用削皮刀的整个过程来概述手握工具的设计准则问题。我们首先要做的就是“监视”削皮的过程，它能帮助我们认识到削皮过程中碰到的问题，并通过“设计”解决它。由于削皮刀的使用者是不受限制的，有男人、女人、小孩、老人，甚至左撇子等，所以本文要通过“普遍性”的思想来改善设计，从而达到完美设计。

我们可以用完整记录使用过程的方法找到真正的问题，并且在以后的设计中改进。本文的目的在于：

1.研究使用削皮刀的过程

2.使用削皮刀过程中的实质性问题

3.再设计

一、削皮过程研究

1．“使用者―工具―工作”的关系

此图是对消费者使用产品的图文说明。运用直观的图形形式帮助理解“消费者产品设计”的问题，帮助理解反馈控制系统的理论。

2．削皮刀使用目的

使用者使用削皮刀的目的也是我们设计的最终目的，这正是我们在设计过程中需要考虑的因素。人们使用手动工具的目的是：减少时间、力气、错误，增加性能、安全性、乐趣、满意度。

3．普遍的设计

普遍设计的原则：公平使用、使用过程中的适应性、简单和知觉性的使用方法、显而易见的信息、容忍性的误差、物理性适应度、动手处理使用过程中的范围和空间、整体设计。

为了找到使用者在使用削皮刀过程中碰到的实际问题，我们研究“使用全过程”的方法来找“使用者―工具―工作”之间的联系，来找使用者对削皮刀的真正需要。同时，通过普遍设计的原则来达到完美设计的标准。

二、做削皮实验进行研究

这个试验采用对使用者使用削皮刀整体过程的观察，用相机记录下被测者的行为和客观感受进行研究。

1．削皮刀分析

我们来分析目前市场上普遍流行的两种削皮刀，如下：

削皮刀包括四个部分：

a．刀片：作用是削掉水果和蔬菜的外皮

b．钻孔处：掏孔的作用

c．把手：手握的地方

d．挂孔：便于挂在钩子上

2．试验

我们选了10个人进行了这个使用削皮刀全过程的试验。

（1）受测者基本尺寸测量结果

量测项目

平均值

标准差

身高cm

177.6

4.2

体重kg

77.8

5.6

掌长cm

18.6

0.5

掌心长cm

10.4

0.5

虎口长cm

17.2

1.5

掌宽cm

9.6

0.5

肘指尖长cm

44.6

1.8

（2）使用全过程

我们使用了两种不同的削皮刀和三种不同的水果蔬菜，并且记录下了整个的试验过程，很清楚地了解到使用者在削皮过程中的想法。

经过分析那些数据，把使用两种削皮刀的情况根据工作效率和实际操作进行了分类。工作效率的那一类主要集中在使用者的手握技巧上，他们中的绝大多数都使用同样的方式，唯一不同的就是各自在技巧上的差别。实际操作的那一类目的在于区分那些使用者怎样手握和实际操作的方式。使用者会问一些使用方面的问题，因此通过这个试验，我们就可以把那些不同的方面分类总结并改进设计。

三、削皮试验结果

1．发现问题

通过使用削皮刀的过程分析，发现削皮的过程中，需要扩展的问题包括掌握把手的尺寸，舒适的角度，削皮的安全度，以下是我们提出的问题：

l操作的正确性

我们观察到即使用同一个削皮刀，每个人的把握和操作也是不同的。错误的把握会影响工作完成的效率，使用者会感到疲劳或者受到伤害。

l当把握削皮刀时手腕的角度

把握的正常的方式是：一只手握着把手，另一只手需要按着水果。所以在操作的过程中，从手腕处会产生一个角度。但是如果不正确的方式继续延伸，那么也许会扩展范围或者手腕的位置，导致使用者受到伤害。

使用者用一只手握住把手，这时产生一种力量，相同的压力会作用在手腕的肌肉上。另外，如果手的姿势不正确，就会产生酸痛感。

2解决问题

在整体调查中，可以把问题分成认知和操作。在把握的方式上，主要是使用者过去的经历和认知。另一些问题也许是不好的设计，为了改善这一点，我们可以从两个方向设计。一个是告诉使用者怎样把握，另一个是改进削皮刀，包括材料、把手、刀片、角度、安全感。

l削皮刀的设计应该使使用者只是从表面上正确把握。结构应该很简单，以便加工制作起来比较容易。

l削皮刀的把手应该沿着我们所把握的槽，因为人的手不是由直线构成的。

l大拇指必须放在一个点上，以便产生压力，证实使用者的想法。

l人们所合适的把握的长度

3．设计要点：

lA部分是大拇指所在的点,扩大控制的角度

lB部分是把手的槽,设计的目的是提供正确的把握方式和好控制

l全部的设计

1单一的结构容易加工2两侧没有沟槽,就不会积累污垢

3设计成曲线,是为了增加美感4为使用者设计合适的把手尺寸

四、手握式工具的分析

为了便于研究，我们首先要分析一下手的肌肉分布情况和一般手握式工具所存在和要解决的问题：

1．手部肌肉的名称及位置

A：拇指指压处肌肉B：拇指与食指之间虎口处（骨间肌）

C：食指外侧边缘肌肉D：拇指与无名指与手掌间肌肉

E：小指外侧边缘肌肉F：手掌外侧边缘肌肉

G：掌心部位H：鱼际I：腕部

2．手握式工具设计原则：

为了保证实用效率和健康，工具必须满足以下基本要求：有效地实现预定的功能；与操作者身体成适当比例。使操作者发挥最大效率；按照作业者的力度和作业能力来设计；适当考虑性别，训练程度和身体素质上的差异；工具要求的作业姿势不能引起疲劳。

设计手握式工具时，应遵循以下人机工程学原则。

1．避免静态肌肉复合

当使用工具时，臂部必须上举或长时间抓握，会使肩，臂及手部肌肉处于静态施力，导致疲劳，降低作业效率。

2．保持手腕处于顺直状态

手腕顺直操作时，腕处于正中的放松状态，但当手腕处于掌屈，背屈，尺偏等别扭的状态时，就会产生腕部酸痛，握力减小。

3．避免掌部组织受过大压力

操作手握式工具时，有时常要用手施相当大的力。如果工具设计不当，会在掌和手指处造成很大的压力，妨碍血液在尺动脉的循环，引起局部缺血，导致麻木，刺痛感等。好的把手设计应该具有较大的接触面，使压力能分布于较大的手掌面积上，减少压力；或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口位。有时，把手上有指槽，但如果没有特殊作用，最好不留指槽，因为人体尺寸不同，不合适的指槽可能造成某些操作者手指局部的应力集中。

另外，从不同性别来看，男女使用工具的能力也有很大的差异。女性约占人群的48％，其平均手长约比男性短20mm，握力值只有男性的2/3。所以，设计工具时，必须充分考虑这一点。

五、讨论

通过观察使用者的削皮过程，我们发现，大多数使用者对于操作有不同的看法。所以，设计的主要焦点在于定向性操作。实验结果表明，一个再设计的削皮刀能提供给使用者正确的预言。虽然效率没有明显提高,然而这也许是由于我们对于实验中削皮刀的尺寸的欠缺。接下来我们应该做的是需要完善削皮刀的尺寸，这样是为了更好的提高效率。

六、结论

这次研究主要用了两个结构作为这个过程，一个是使用过程，另一个是普遍设计。通过使用过程的研究，我们了解到了在使用削皮刀的过程中，使用者面临的问题，通过了解使用者使用时存在的问题，使这些问题转化成设计元素。作为普遍设计，它服务于设计原理，主要是因为，使用削皮刀的人很广泛，跨度从年龄到性别，到能力，甚至左右手的使用。因此，为所有人设计是普遍设计的最终目的。整个研究集中在于这两种方法，结果是令人满意的。

接下来的研究是，需要改善削皮刀的尺寸。通过改善尺寸，加上我们已经完成的两种方法，我们能解决遇到的各种问题。比如，通过分析使用者削皮过程和普遍设计原则，我们能提供一种设计适用于大多数人，同时为将来的发展做一种预测。