人机工程学剪刀设计

人机工程学中剪刀设计研究
摘要：本文从人的生理特征出发，根据人机工程学的相关原理，分析了手工剪刀在使用过程中存在的问题，并给出了解决的方法。

关键词：人机工程学、手工剪刀、裁缝剪刀。

图一图二
正文：
一、工具与人机工程学
应用人机工程学原理进行手工工具设计的意义和作用手工工具例如榔头、钳子、剪刀、扳手等是人们在日常生活和某些特定的工作中经常要用到的一些工具，它们的主要的作用区域是手、腕、臂以及上肢部分，如果设计不当，给使用者带来的累积损伤疾病（指由于不断重复使用身体某部分而导致的肌肉、骨髓的疾病）是十分严重的。

在美国，与工作有关的上肢损伤（WUEDS）( 劳动统计部（BLS）定义为累计损伤疾病) 占到所有与工作有关的肌骨损伤的11%，上肢累积的损伤疾病占职业疾病的比例超过60%，其中与手部工具有关的损伤超过26 万例，相关的医疗费用高达 4 亿美元。

通过应用人机工程学原理对手工工具的使用方式、使用状态以及造成累计损伤疾病原因的分析，一方面可以提高工作效率和质量，另一方面可以提高安全性、减少疲劳和压力，增加工作的满意度和改善生活的质量。

为了更好地研究手工工具与人的上肢间的关系，我们先引入一些人机工程学的概念。

人体的上肢系统主要包括：肩、大臂、小臂、腕、手和骨、肌肉、腱、韧带、神经，为了更好地描绘关节的运动，1988 年Putz Anderson 提出了如下一些术语：（1）曲腕桡向偏差（radial deviation）：手沿大拇指方向腕部弯曲；尺骨偏差：（ulnar deviation）：手沿小指方向腕部弯曲。

（2）关节弯曲、伸展弯曲：减小相邻骨之间角度的运动；伸展：增大相邻骨之间的运动。

下面我们以手工剪刀为例进行具体的分析。

2. 手工剪刀的种类手工剪刀是指长度在20c m 以内，单手使用的剪刀。

它通常应用于剪纸、剪毛发、剪树枝等生活或工作活动中。

之所以限制手工剪刀的长度在20c m 以内，是根据G B10000-88 的标准，95% 的男子（18-60 岁）手长小于196cm，95% 的女子（18-60 岁）手长小于183c m。

因此，20c m 可以保证绝大多数人的使用要求。

二、人机工程学因素的分析
在手工剪刀的使用过程中，手部的骨、肌肉、关节、肌腱和韧带是最容易受到累计损伤疾病困扰的部位，骨与肌肉间通过腱来连接，骨与骨之间通过关节来连接，骨与关节之间通过韧带来连接。

当使用如图所示的1和2式的剪刀时，由于把手处尺寸的限制，通常有两种使用方式：大拇指放在 A 位置，食指中指放在 B 位置，这种使用方设计实践Design Practice 总第188期2008 12 115 式一般来讲是比较舒服的，但是在剪一些厚的东西时，这种使用方式不易控制方向性，而且大拇指的G 部位，中指的K 部位以及食指的I 部位会明显地感到压迫感和灼热感，这是由于大拇指与食指中指的开合为剪力的来源，而大拇指的G 部位受力最为明显，K 部位和I 部位则是由于人手用力张紧时受到B 部分的压迫而受力，与此相对应的骨位为图2/ d 中的D、E、F 点。

长时间处于这种作业状态下会对腱组织造成损伤，引发肌腱炎和腱鞘炎。

第二种使用方式为大拇指在A 位置，中指和无名指在B 位置，食指则在B 位置的外侧靠前。

这种使用方式保证了使用过程中对方向性的控制，但是同样的，它仍会对手部组织带来损伤，由于作用部位的不同，相应的受损伤的部位转移到了G、J、K 部位，对应的骨位为图d 中的C、D、F 点。

图2所示的这把剪刀，它抬高了大拇指工作时的位置，使得大拇指的掌骨与腕骨之间的关节弯曲，减小了骨与骨之间运动的摩擦，对保护手指关节是有利的。

同时，它的下半部的施力处为一平面，这样也可以减小施力时手指部位的受力，对食指、中指、无名指也起到了保护的作用。

图1所示的剪刀是早期的样式，也是使用最为普遍的样式。

这种剪刀的手部作用空间比较大，除大拇指外的其余四只手指受力比较均匀，但大拇指的受力比较明显：首先为了保证方向性，大拇指的远节指骨和中节指骨间的关节伸展，长时间地保持这一姿势对关节处的韧带不利；其次，受力部位由手指转移到了手掌内侧的L 部位，长时间的作用或是高强度的作用都会对肌肉组织产生影响。

由于小拇指所能产生的力为最小，所以在把手的底部有一个凹形，整个成一S 形，除了和手形相吻合外，还可增强稳定性，此外还有增强把手美观的作用。

把手上部的S 形对L 部位也有同样的作用。

人的手指的作用力的大小从大拇指到小拇指依次减弱，其它的使用方式都没有上述两种方式合理，因此对于其它的使用方式也就不再进行分析。

三、可考虑的解决方案
通过上述手工剪刀使用过程中人机工程学因素的分析，可以得出导致手部的累积损伤疾病的原因主要来自两个方面：组织压迫和手指的重复活动。

为了有效地减
小组织压迫和手指的重复活动，可以从以下几个方面着手：首先可以适当增大手部受力面同剪刀把手的接触面积，对于图2 来讲，就是要增大与G 部位的接触面积，对于图1来，除了增大与G 部位的接触面积外，还要增大 B 部分上部与手指的接触面积, 同时应尽可能地保证下部作用手指在同一平面上，这也是为了增大受力面，减小对下部作用手指的组织压迫。

其次，相对固定大拇指的位置。

这样做能够减少大拇指各关节的运动摩擦，同时还可以增强对方向性和稳定性的控制。

但是应避免对大拇指的H 部位形成压力，可以考虑使用指环的形式，同时加大指环与大拇指的接触面积，这样既可以保证对方向的控制性，还可以减少对大拇指的压力。

最后，抬高把手上大拇指的作用位置，如图2那样，这样做使大拇指的掌骨与腕骨之间的关节弯曲，减小了骨与骨之间运动的摩擦，同时缩短了大拇指与其余二指的作用距离，减小了做功的距离，对保护手指各关节也是有利的。

四、结束语
目前，人机工程学的原理已经应用到与人有关的方方面面，本文只是针对手工剪刀的设计作了分析，需要说明的是，在设计手工工具时，仅仅考虑手的要求是不够的，还要了解人体各部位的生理特点，设计合适的工具，以减少作业对人体造成的损伤。

参考文献：
[1] 杨君顺《普通人机工程学》陕西科技大学咸阳，2000。

[2] 孙林岩主编：《人因工程》，中国科学技术出版社，北京，2005。