人机工程学论文(1)

人机工程学

——手动工具分析艺术与设计学院工业设计系产品方向091班陈瑾艺

摘要：

使用工具进行生产，是人类进化的标志，手动式工具是人类四肢的扩展。人们在工作、生活中一刻也缺少不了工具，使用手动式工具可以完成危险的、困难的工作。然而使用的工具大部分还没有达到最优的形态，人们在作业或日常生活中长久使用设计不良的手握工具和设备，造成了很多身体不适、就损伤与疾患，降低了生产率，甚至使人致残，增加了人们的心里痛苦与医疗负担。因此，工具的适当设计、选择、评价和使用是一项重要的人机工程学内容。本论文结合手握式工具操作的特点, 综合分析了手握式工具的人机因素和人机特性, 论述了手握式工具人机特性分析的必要性。

关键词：手动式工具，人机因素，合理性。

导论：

手动式工具是日常生活中经常接触到的产品，然后很多手动式工具的设计都不符合人机工程学原理，在人性化设计上做的远远不够，论文针对手动式工具存在的主要问题进行论述，深入剖析存在的问题，并提出一些改进设计的方案。

正文：

一、手动式工具的使用要求

手动式工具的设计看上去很小，其实要做到真正意义上的方便，使用，人性化。有很多地方都要考虑。从人机工程学角度，从安全性角度，心理学角度等，只有这些因素都运用到手动式工具的设计当中，才能称得上是一个完善的设计。下面重点从人机工程学角度考虑手动式工具的设计。

1.手动式工具必须满足一下基本要求，才能保证使用效率：

（1）必须有效地实现预定的功能。

（2）必须与操作者身体成适当比例，使操作着发挥最大效率。（3）必须按照操作者的力度和作业能力设计，所以要适当地考虑到性别、训练程度、和身体素质上的差异。

（4）工具要求的作业姿势不能引起过度疲劳。

2.手动式工具设计需考虑的解剖学因素

（1）避免静肌负荷。使用工具时，臂部必须上举或长时间抓握，会使肩、臂以及手部肌肉承受静负荷，导致疲劳，降低作业效率。在使用是尽可能让手臂处于较自然的水平状态，减少抬臂产生的静肌负荷。

（2）保持手腕处于顺治状态。手腕顺直操作时，腕关节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，如长时间这样操作，会引起腕道综合症腱

鞘炎等症状。一般认为，将工具的把手与工作部分弯曲10°左右，效果最好，弯曲式工具可以降低疲劳，较易操作。

（3）避免掌部组织受压力。操作手动式工具时，有时常要用手施相当的力。如果工具设计不当，会在掌部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。好的把手设计应该具有较大的接触面，使压力能分布与较大的手掌面积上，减小应力；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置。

（4）避免手指重复动作。如果反复用实质操作扳机式控制器时，就会导致扳机指，扳机指症状在使用气动工具或触发式电动工具时常会出现。设计时应尽量避免食指作这类动作，而以拇指或指压板控制代替。

二、手动式工具的人机学分析

人机工程是研究各种工作环境中人的因素、人和机器与环境的相互作用、工作及生活中怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题。

1.在许多场合中, 操作人员需手持工具持续工作较长时间。为避免疲劳, 应充分考虑到人机关系之间的协调:

(1) 操作活动应在手的最佳活动范围内完成。

(2) 重复作业时避免局部疲劳。

(3) 避免静态施力。肌肉施力不大于最大肌力的50%。

(4) 在施力时避免冲击力, 避免手指重复动作。

(5) 避免掌部组织受压力。

操作手动式工具时, 有时常要用手施相当大的力,如果工具设计不当, 会在掌部和手指处造成很大的压力, 妨碍血液在尺动脉中的循环, 引起局部缺血, 导致麻木、刺痛等。同时手柄的着力方向和震动方向不能集中于掌心和指骨间肌, 如果掌心长期受压受振, 可能会引起难以治愈的痉挛, 至少易引起疲劳和操作不准确。因此, 手柄的形状设计应避免手柄形状丝毫不差地贴合于手的握持部分, 尤其是不能紧贴掌心, 操作者握住手柄时掌心处略有空隙, 以减少压力和摩擦力的作用。图 1 中

(a)、(b)、(c) 3 种手

柄的形式较好, (d) (e)

(f) 3种形式与掌心贴

合面大, 只适合作为

瞬间受力不大的操纵

手柄。

2.手动式工具设计的人机学因素

（1）手动式工具与人手解剖

手动式工具的人机学因素很大程度上取决于人手的解剖。从两个方面进行分析：

①手指和手部的活动

手指和手部的活动和肢体其他部分的活动一样，手指的伸屈、抓握，手部的偏屈。转动都是由肌肉力量带动的。而肌纤维只能产生

拉动的力量，而不可产生压力（肌肉属于工程力学中的“柔索”类型）。若以手指为例，则手指的伸开也好、握拢也好，全靠肌肉的拉力来实现。因此，手指的屈拢，必然是肌肉从掌心这边拉动的结果；而为使手指伸开，只能是既然从手背一边拉动的结果。图1是从手掌面一侧看到的肌肉，因此位于表层的肌肉多为“屈肌”，如图中文字所注。图上也标注有少数几个“伸屈”，那都不是在手掌一侧的表层、而是位于下层（深层）的肌肉；因为表层肌肉没有把它们全部遮挡掉而能看到一部分。图1是从手背一侧看到的肌肉，因此其表层多为“伸肌”，如图中文字所注；仅能看到两条下层的“层肌”。牵动手指伸屈的肌肉在图2中可以看得更清楚。

手部以腕关节为中心的各方向的偏转活动，也同样是靠肌肉的拉动实现的。由此可知：第一，受不得活动并非单靠近旁的肌肉所能实现的；第二，这些肌肉重叠交错，如果手臂扭曲、手腕偏屈，是各肌肉束互相干扰，将影响这些肌肉顺利发挥其正常功能。

②手腕状态和腕管

腕部是一个多自由度的关节，骨关节的结果形态复杂；但很多条肌肉、肌腱，以及一条条血管、神经也都经过这里，穿越复杂骨关节之间比较狭窄的缝隙，通往手部，图3。因此，如果腕关节处于比较大的偏屈、偏转状态，其间的肌肉、肌腱、血管、神经就会受到压迫，影响手部、手指活动，时间长了，便会导致损伤和疾患，如腱鞘炎、腕道综合症等。正如电缆里面挤满一根根的电线，电缆严重折弯是就要损伤里面的电线。