基于人機(jī)工程學(xué)的家用防塵手電鉆設(shè)計(jì)研究

章蘇林　錢峰　王文廣

摘要：手電鉆是電動(dòng)產(chǎn)品體系中必不可少的一部分，握把的設(shè)計(jì)就需要符合人體工程學(xué)的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。本文基于人機(jī)工程學(xué)原理，通過觀察法和訪談法進(jìn)行調(diào)研，優(yōu)化手電鉆使用方式和造型，研究產(chǎn)品在使用過程中的角度變化，調(diào)整產(chǎn)品的使用角度。提出一種符合人機(jī)使用優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路，希望其具有良好的人機(jī)易用性，對(duì)于家用手電鉆的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué);家用手電鉆;防塵;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）07-0159-02

手電鉆作為一種常用的電動(dòng)工具，在設(shè)計(jì)過程中發(fā)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(dòng)產(chǎn)品體系中必不可少的一部分。手電鉆的握把是一臺(tái)手電鉆的重要配件，握把的設(shè)計(jì)就需要符合人體工程學(xué)的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，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(yè)周期和減緩手部疲勞。

但目前而言，產(chǎn)品造型趨于同質(zhì)化，防塵功能的添加也過于牽強(qiáng)，并且防塵功能和人機(jī)結(jié)合的案例研究相對(duì)較少，因此將從人機(jī)工程學(xué)研究出發(fā)，嘗試研究一種防塵電鉆造型設(shè)計(jì)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(jī)工程學(xué)概述

人機(jī)工程學(xué)是把人——機(jī)——環(huán)境作為基本研究對(duì)象，結(jié)合心理學(xué)等其他相關(guān)學(xué)科知識(shí)，依據(jù)機(jī)器和人的特點(diǎn)，使機(jī)器和人達(dá)到一種相對(duì)平衡的關(guān)系，最終能夠形成產(chǎn)生一個(gè)合理的人機(jī)環(huán)境，進(jìn)而提高工作效率的一門學(xué)科。在當(dāng)代社會(huì)，產(chǎn)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(wù)的，是一種以人為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理念，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化來提高人與產(chǎn)品的關(guān)系，并最終優(yōu)化用戶使用體驗(yàn)。

2基于人機(jī)工程學(xué)的家用電鉆改良設(shè)計(jì)調(diào)研

依據(jù)使用電鉆的經(jīng)歷，手電鉆的握把抓握方式和實(shí)用角度會(huì)對(duì)用戶的使用體驗(yàn)產(chǎn)生重要的影響。在使用過程中產(chǎn)品使用者往往需要保持手電鉆位置固定，長時(shí)間處于一個(gè)姿勢會(huì)使手腕壓力增加，手電鉆造型的改進(jìn)和產(chǎn)品重心優(yōu)化，對(duì)整體使用體驗(yàn)具有至關(guān)重要的作用。

觀察法是最直接發(fā)現(xiàn)問題的方式，觀察法需要有大量的數(shù)據(jù)調(diào)研作為依據(jù)支撐。以五金店為例，觀察人們?cè)谑褂檬蛛娿@時(shí)的握持姿勢，并且針對(duì)人群拿握方式的具體數(shù)據(jù)所得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，以此來找出最適合人體手掌握法的方式，同時(shí)觀察被訪者使用時(shí)具體處理灰塵的方式，為接下來的握把和防塵裝置設(shè)計(jì)建立良好的基礎(chǔ)。此次的調(diào)研主要是由五人組成的團(tuán)隊(duì)，樣本數(shù)量總計(jì)100人，采用口述且紙筆記錄的方式。

為使所調(diào)研用戶的樣本更加真實(shí)，通過訪談的形式調(diào)研，調(diào)研一共用時(shí)兩天，并提前在被使用電鉆上做好標(biāo)記方便數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)采訪受訪者詢問有關(guān)防塵功能的可行性建議，防塵功能建議采集匯總?cè)鐖D1。

在前期的統(tǒng)計(jì)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(duì)用戶手電鉆握持部位的分析，可以得到一種假設(shè)當(dāng)握住握把前段時(shí)，手和電鉆處在一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，最大程度減少手部壓力。進(jìn)一步分析其產(chǎn)生的根本原因：當(dāng)手握住前段時(shí)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(shù)手電鉆造型都是相對(duì)單一，且防塵功能設(shè)計(jì)存在缺陷，因此存在改良的空間。在產(chǎn)品的造型方面可以將握把的位置進(jìn)行調(diào)整以及改變握把的傾斜角度使之重心處于一條直線上。關(guān)于電鉆防塵可以將小型收納盒安裝在握把底部使之達(dá)到收納灰塵的效果。

3基于人機(jī)工程學(xué)的家用防塵手電鉆設(shè)計(jì)思路

3.1功能設(shè)計(jì)

家用手電鉆使用之后的垃圾處理是一個(gè)必須解決的問題，根據(jù)前期的調(diào)研可以考慮采用手電鉆和收納盒結(jié)合的設(shè)計(jì)方式。設(shè)計(jì)上在原有的電鉆的基礎(chǔ)上可以將底端電池處結(jié)合口部位進(jìn)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(nèi)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(shè)計(jì)

手電鉆產(chǎn)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(jià)值的信息，在滿足前者的同時(shí)產(chǎn)品的重量和穩(wěn)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(jìn)而增加骨骼挫傷以及肌肉拉傷的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致使用者減少使用工具的時(shí)間。通過對(duì)此問題的研究，可采用的解決方法是：優(yōu)化電動(dòng)工具體量，使其重量少于0.45kg，此外工具在使用過程中應(yīng)該加裝平衡構(gòu)件，同時(shí)平衡裝置和產(chǎn)品重心要在一條水平垂直線上。

倘若機(jī)身和握把設(shè)計(jì)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(dǎo)致工具無法長時(shí)間使用并且保持相對(duì)安全的姿勢。在使用時(shí)考慮到工具的自重和振動(dòng)，從而導(dǎo)致手部在手腕的受力彎曲，長期使手腕保持彎曲狀態(tài)將會(huì)引起多種的傷害隱患。為了進(jìn)一步了解相關(guān)因素的產(chǎn)生對(duì)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(shù)據(jù)。如圖3當(dāng)手臂的前端被展開時(shí)，肱二頭肌會(huì)使撓骨受力同時(shí)頂住肱骨，這樣的動(dòng)作會(huì)在關(guān)節(jié)內(nèi)部造成摩擦受熱。肱二頭肌本身是作為前手臂的屈肌，同時(shí)也是腕部的向外轉(zhuǎn)肌而存在的，每當(dāng)前手臂在肘部位置彎曲而手腕向外轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，手臂會(huì)受到工具自重影響而產(chǎn)生肌肉疲勞。除此之外，當(dāng)在使用到其他種類的電動(dòng)工具時(shí)此動(dòng)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(shí)保持在固定位置。此外，在使用任何電動(dòng)工具時(shí)，往往要求使用者旋轉(zhuǎn)手腕來調(diào)節(jié)工具方向。多次保持此固定狀態(tài)將對(duì)使用者手腕肌肉和骨骼產(chǎn)生影響。

人手在拿握手電鉆時(shí)最大手腕可轉(zhuǎn)動(dòng)角度為30°，根據(jù)瑞典阿特拉斯·科普柯公司出版的《當(dāng)代人體工程學(xué)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(shè)計(jì)過程中解決這個(gè)問題。

3.3材質(zhì)設(shè)計(jì)

由于是面向家庭非專業(yè)用戶使用的，因此握把的材質(zhì)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(chǎn)品在使用過程中的續(xù)航能力，同時(shí)機(jī)身采用聚乙烯有效減少了產(chǎn)品的自重，減少使用者的疲勞感。

3.4色彩設(shè)計(jì)

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

市場上大部分的手電鉆機(jī)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(huì)更加穩(wěn)定，隨著家用DIY風(fēng)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(shí)有科學(xué)理論依據(jù)表明紅色是一種警戒的顏色，可以讓用戶使用電動(dòng)工具時(shí)更加專注。

4結(jié)語

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的手電鉆許多都是更加著重工具的專業(yè)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(shí)垃圾的處理成為了傳統(tǒng)電動(dòng)工具的一塊短板。因此在對(duì)家用防塵手電鉆設(shè)計(jì)時(shí)，主要強(qiáng)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(duì)功能、造型、材質(zhì)和色彩分別進(jìn)行了改良設(shè)計(jì)。希望家用手電鉆具有更好的人機(jī)易用性，為家用手電鉆的設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。