關于雨傘的人機分析與設計說明

1、 課 程 設 計設計課題 關于雨傘的人機分析與設計 系部班級所屬專業(yè)學生指導教師設計時間20 / 25關于雨傘的人機分析與設計摘要： 雨傘是生活中必備的日常生活工具，雨傘的基本功能是要滿足人在雨中的遮雨要求，雨傘中包含了很多基本的人機工程學原理，運用安全人機工程學的基本原理和其他相關的科學知識，通過查閱書籍和實際的運用，分析雨傘系統(tǒng)中的人的生理和心理特征、機的工作特性以與人機結(jié)合面的特點，合理匹配人機功能，力求分析清楚雨傘中的人機關系，并且根據(jù)這些人際關系分析設計出一把既符合人機工程學要求又滿足大部分人群使用的雨傘。分析得出現(xiàn)實中的雨傘面積和傘柄的長度都較正常的人機要求偏低。在設計過程中，充分

2、考慮人機關系，人的生理和心理特征，以與陰雨天氣的外部環(huán)境、攜帶、美觀等因素，力求將雨傘的功能達到最合理化，以此提高人們的生活品質(zhì)。關鍵詞：雨傘；人機分析與設計；人機功能匹配；生活品質(zhì)On man-machine Analysed and DesignedOf UmbrellaABSTRACT： Umbrella is an essential tool in live ,the basic function of umbrella to meet people in the rain, in the umbrella contain many basic ergonomic principle

3、s, use safety ergonomics principle and other related knowledge of science, access to books and practical use of the system, analyzes the umbrella ife , of physiological and psychological characteristics, the characteristics and the characteristics of combining human-machine, reasonable matching, ana

4、lysis of man-computer function of human relations, and umbrella according to these relationships with a handful of analysis and design requirements and ergonomics meet most people use an umbrella. Analysis of the reality of the umbrella and umbrella handles all the length of normal human requirement

5、s. In the design process, fully considered, man-machine relationship of the physiological and psychological characteristics, and wet weather external environment factors, carry, beautiful, striving to reach the rationalization of the function of umbrella, improving people's quality of life.Keywo

6、rds: Umbrella；Man-machine analysis；Man-machine matching function；Quality of life目錄1前言12 人和雨傘的人機關系22.1 人與雨傘的人機關系分析22.2 人機功能匹配23. 雨傘的分析與設計43.1有關數(shù)據(jù)432 傘頂?shù)姆治雠c設計5321 傘頂?shù)膬A斜度5322傘頂?shù)拿娣e6323傘布733 傘柄的分析與設計10331 人的最佳手功能高10332 人的最佳視野圍11333 心理修正量和功能修正量12334 綜合分析與設計13335 折疊傘的傘柄分段163.4傘把的分析與設計163.5 雨傘人機工程的其他方面174 結(jié)

7、束語19參考文獻201前言雨傘自古至今就是人們生活中的必備用具，是雨天出行的必備物件，中國古代的雨傘以實用為主，傘的面積大并且用竹材或木材制作而成，雖然結(jié)實實用，但是笨重且不易于攜帶。隨著科技的發(fā)展和人文科學的發(fā)展，人們開始尋求一種既方便實用又美觀和便于攜帶的雨傘。二十一世紀是以人為本的世紀，以人為本不僅體現(xiàn)在社會的體制和社會的氛圍，更是體現(xiàn)在人么日常生活中的方方面面。陰雨天氣是不可避免的事情，衣物被雨水打濕讓人們心情變糟，進而影響人們的生活質(zhì)量。同時傘的用處已經(jīng)不僅僅試遮雨，防紫外線的遮陽傘，紙制的旅游傘等等。無論傘的用途是什么，它的主要功能沒有變，就是將人的身體置于傘的遮擋之下。但是現(xiàn)行的

8、雨傘總會有一些不盡人意的地方，在保持原有雨傘的優(yōu)點的同時，加以人機工程的考慮，使之更加適合人們的需求，滿足人們對于雨傘不斷變化的需求。安全人機工程學是從安全的角度和著眼點，運用人機工程學原理和方法去解決系統(tǒng)中的人機結(jié)合面的安全問題的一門新興學科，是人機工程學的一個應用學科分支。人機工程學是根據(jù)人的心理、生理和身體結(jié)構(gòu)等因素，研究系統(tǒng)中人、機、環(huán)境相互間的合理關系，以保證人們安全、健康、舒適的工作，并取得滿意的工作效果的一門科學?？芍藱C工程學的研究目的是為保證人們安全、健康、舒適的工作。2 人和雨傘的人機關系2.1 人與雨傘的人機關系分析雨傘的功能是遮擋雨水以保證人和物不被雨水淋濕，同時不遮擋

9、人的正常視野以與是人不會舉雨傘而造成手臂疲勞。所以人與雨傘的人機關系可以如圖2-1表示圖2-1 人與雨傘的人機關系圖由圖可知：人和雨傘的人機關系由：人傘頂、人傘柄、人傘把三個部分決定，其中傘頂是遮雨部分（也就是工作部分）、傘柄是連接部分、傘把是控制部分。2.2 人機功能匹配所謂人機功能匹配，就是對人合計的特性進行權衡分析，將系統(tǒng)的不同功能恰當?shù)胤峙浣o人機。雨傘的人機功能匹配主要針對雨傘的人機功能設計，以達到最佳功能狀態(tài)，與最大適宜人的使用。傘頂部分又由傘頂?shù)拿娣e、傘頂?shù)膬A斜度和傘布的顏色三個部分組成，其中傘頂?shù)拿娣e直接決定雨傘遮擋面積，傘的傾斜度與雨水的下泄有直接關系，若雨水不能與時下瀉，則會

10、導致雨傘的重量增加，同時還可能導致雨水滲透傘布，滴到人的身上，傘布的顏色有很大的作用，首先它是影響人心情的重要因素，同時它又是陰雨天氣影響安全的一個因素，因為明亮的顏色能引起他人注意，能有效避免撞到和交通事故傘柄是連接雨傘與傘把的部分，主要的功能是使人的頭不被雨傘碰到，同時保持人的眼睛有一個正常的視野圍，傘柄的長短直接影響人的手舉高度，若過短則會導致手舉的過高，造成手臂疲勞，若過長，則會影響傘的成本和攜帶。傘把是人掌握雨傘的關鍵部分，它要符合人手的人機工程特點，這樣人的手不會因為握傘把而疲勞或易滑。3. 雨傘的分析與設計3.1有關數(shù)據(jù)設計的有關數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)主要來自GB/T 100001988中國

11、成年人人體尺寸、GB/T 135471992工作空間人體尺寸 、機械設計手冊第5版，所用數(shù)據(jù)如下列表格所示表3-1 人體主要尺寸表3-2 立姿人體尺寸表3-3 人體水平尺寸32 傘頂?shù)姆治雠c設計傘頂是傘的遮雨功能的唯一途徑，也是傘的功能的主要體現(xiàn)。關于傘頂主要討傘頂?shù)膬A斜度，傘頂?shù)拿娣e和傘布的選擇三個方面。321 傘頂?shù)膬A斜度傘頂?shù)膬A斜度主要考慮的是雨水的下瀉問題，既要使得雨水充分下瀉又不能減小傘的使用面積。根據(jù)建筑學原理,選取中間平四周傾斜的設計方案,這樣既能增大面積又可通過四周的傾斜滿足雨水的下瀉。四周的傾斜度可參考建筑學關于屋頂傾斜度的原理。根據(jù)建筑學關于屋頂排水設計的要求和流體力學中流

12、體的性質(zhì)選取20°作為邊緣傾斜度。同時由于人的單手舉力的持久性較固定建筑物弱，所以選擇傾斜度應比房屋的傾斜度大一些，應加上5°的修正量，綜上所述，具體的傾斜度應該是25°左右。322傘頂?shù)拿娣e傘頂?shù)拿娣e主要考慮的是傘的這與圍是否滿足遮雨的要求，也就是傘的以傘撐開邊緣為基準的圓形面積。按上文分析應該有平頂面積和傾斜面積兩部分來決定。而傘的面積在人機工程里主要考慮的方面是人體的立姿旋轉(zhuǎn)圍（主要考慮的是人的肩寬，胸寬等），人的腳步步幅，與人的單手常用作業(yè)圍（考慮到是人要拿東西或者做危險性比較低的事情，而做危險性較高的事情時應穿雨衣或者專業(yè)的雨衣）。首先考慮人的立姿旋轉(zhuǎn)圍

13、，雨傘是通用的一般產(chǎn)品，應滿足絕大部分人的需求，所以應取肩寬的第99個百分位，由人體水平尺寸可知：最大肩寬的第99個百分位數(shù)是48.6。所以取Sa=48.6÷2=24.3cm作為立姿旋轉(zhuǎn)半徑參數(shù)，衣褲的功能修正量f取1.3cm，避雨的心理修正量p取5cm。則人體立姿最小旋轉(zhuǎn)半徑和最佳半徑為：Smin=Sa +f=24.3cm +1.3cm =26.8 cm Sopm=Sa +f +p =24.3cm +2.5cm+5cm=30.6cm旋轉(zhuǎn)面積為S=30.6cm×30.6cm×2942cm2其次是人的腳步步距，按照3步一米的一般步距來計算人的步距應是33.4cm，所

14、以腳步活動圍是33.4cm×33.4cm×3505cm²圖3-1 雙手動作關聯(lián)作業(yè)區(qū)域圖最后應考慮人的手常用作業(yè)圍。由上圖可知：正常手的作業(yè)半徑為39.4cm，但考慮到陰雨天氣下，人的活動圍會不自覺地減少，為了減少雨傘的成本和增加雨傘的便攜性。所以將手的作業(yè)半徑應減少10cm，應在29.4cm。再加上功能修正量f =1.3cm和心理修正量p =5cm。所以手的操作半徑應是R=34.7cm。綜上所述：應該綜合考慮上述三個原因，第一人的立姿旋轉(zhuǎn)半徑是30.6cm，腳步活動圍半徑是33.34cm，手的常用活動圍半徑是44.4cm。簡單疊加得：30.6cm+34.7cm+

15、33.34cm=98.64cm。但這樣是錯誤的，因為腳步活動圍和手的活動圍有重疊。因為手部活動圍完全能覆蓋腳步活動圍，所以此處應取手部活動圍和人體立姿活動圍的相加，同時還要去除重復的修正量。即：30.6cm+34.7cm-1.3cm-5cm=59cm。由上可得最佳面積應該在59cm×59cm×10936cm²。根據(jù)建筑學原理，在傘頂?shù)拿娣e分配上，應以人的立姿旋轉(zhuǎn)半徑作為平頂?shù)陌霃剑允值牟僮靼霃阶鳛閮A斜部分的半徑。這樣既能保證傘的面積和人身體不被打濕，又能是雨水與時下瀉.323傘布關于傘布要考慮的是傘布的顏色與傘布的選材方面，在人機工程里主要考慮的傘布顏色匹配問題

16、，在選材方面不做研究。首先考慮的傘布顏色。下面列表主要地區(qū)與國家對色彩的愛好與禁忌表3-4 主要地區(qū)與國家對色彩的愛好與禁忌洲別國家與地區(qū)愛好顏色禁忌顏色亞洲中國紅、黃、綠黑、白港澳地區(qū)紅綠黃與鮮艷顏色黑、灰國紅綠黃與鮮艷顏色黑 灰印度紅綠黃橙藍與鮮艷顏色黑白灰日本柔和色調(diào)黑 深灰與黑白相間非洲埃與紅、橙、綠、青綠、淺藍、明顯色暗灰色、紫色貝寧無明顯愛好紅、黑利比亞綠無尼日利亞無明顯愛好紅、黑其他明亮色黑歐洲德國鮮明色黑、藍黑希臘綠、藍、黃黑、藍黑意大利鮮明色黑、藍黑挪威紅、綠、藍與鮮明色無丹麥紅、白、藍無奧地利綠無捷克紅、白、藍黑荷蘭橙無北美洲美國無特別愛好無加拿大素靜色無拉丁美洲阿根廷黃、

17、綠、紅黒紫，褐紫相間墨西哥紅、白、綠無古巴鮮明色無 從上表可知：大部分的國家和地區(qū)偏好于鮮明和鮮亮顏色，禁忌黑、灰、紫等暗淡顏色，而本設計產(chǎn)品主要在中國與周邊國家和地區(qū)使用，應選擇本區(qū)域的愛好顏色，如紅、黃、綠、橙、藍等鮮亮顏色。其次還要考慮陰雨天氣的辨別問題，色彩的冷暖感、輕重感、明暗感等感覺問題.安全色（safety colours）:傳遞安全信息含義的顏色，包括紅、藍、黃、綠四種顏色;對比色(contrast colours):使安全色更加醒目的反襯色，包括黑、白兩種顏色。圖3-2 普通材料安全色與對比色的顏色圍圖綜上可得：應選擇紅、藍、黃、綠等安全色，或者和對比色搭配比較明顯的顏色。3

18、3 傘柄的分析與設計關于傘柄的作用主要是支撐傘頂,保持傘頂和人頭頂?shù)木嚯x,是人的眼睛能夠有足夠的視野圍，并且能保持人的頭不被雨傘碰到繼而使得人在陰雨天氣下心理平穩(wěn)?？紤]應從人頭頂距傘頂?shù)母叨?，人的視角圍兩方面考慮。 傘柄的長度首先應從人的最佳手功能高，其次要考慮最佳視野圍，再次要考慮心理修正量和功能修正量，最后綜合分析設計傘柄的長度。331 人的最佳手功能高人的舉傘是以肘為基點的，加上人的手功能高，傘柄的長度就能滿足傘柄的長度需求。下圖是立姿彎臂時以肘為基點的力量分布。由下圖可知：人站立時最大的力量是在70°和100°兩個角度。雨傘是舉起的，用力量最大的角度舉起雨傘可以有效

19、緩解疲勞，避免由于長時間的舉傘而是胳膊酸疼，所以選擇70°作為最佳功能角度。有了最佳功能角度，還需要有胳膊的長度才能計算出最佳功能高（或者說是一般功能高）。因為雨傘是一般通用型產(chǎn)品，適合絕大部分人使用，所以應選擇第1個百分位作為參考數(shù)，故參數(shù) Sa=20.6cm 。所以以肘為基點的手最佳上舉功能高H=20.6cm×sin20°7.05cm 。圖3-3 立姿彎臂時的力量分布圖332 人的最佳視野圍 人的最佳視野是能夠滿足人的眼睛垂直和水平基本觀測圍，下圖是人的水平視野和垂直視野圍圖 。由下圖可知：人的水平最佳視野圍是以人的兩眼中間為分界點左右30°最佳垂直

20、視野圍是以人眼的水平觀測線為基準向上25°、向下30°。因為要滿足人的垂直視野圍，傘的最低端邊緣必須比人眼的水平觀測線要高，所以此處主要考慮眼的垂直視野圍。 要滿足人的垂直視野圍，主要是分析傘的最低端距人眼的水平線距離差。因為眼睛的向上最佳視野圍是25°，所以眼睛距傘的最低端近距離差H=傘的半徑r×tan25°=59cm×tan25°27.5cm。圖3-4 人的水平視野和垂直視野333 心理修正量和功能修正量功能修正量和心理修正量是加上了對人的衣著和心理滿足感進行適當?shù)男拚?，以滿足是操作中的需求。表3-5 正常人著裝身材尺寸

21、和穿鞋修正量值項目尺寸修正量（mm修正原因站姿高2538鞋高坐姿高3褲厚肩寬13 衣肩高10包括肩寬和坐高足長2528足后跟2528 需要指出的是，此處的功能量并不是針對雨傘，而是針對陰雨天氣的外部環(huán)境。心理修正量是針對人撐傘的高度，也就是雨傘的傘柄長度。根據(jù)GB100001988中國成年人人體尺寸知：人頭頂無壓迫感的高度為（心理修正量）是p=11.5cm 加上雨傘頂部的設施約f =6cm8cm，可得人頭頂距雨傘頂部的最佳距離應該在 Sopm=Sa +f +p =17.5cm19.5cm才能使人覺得輕松。334 綜合分析與設計考慮了三個方面的需求，下面需要的是人體的基本尺寸，一是眼距頭頂?shù)某叽?/p>

22、，二是肘據(jù)頭頂?shù)某叽?。下圖是人體立姿靜態(tài)尺寸圖圖3-5 人體立姿靜態(tài)尺寸圖由上圖可知人的各部分尺寸與身高之間的比例關系。眼距頭頂?shù)某叽缯既沓叽绲?.066，肘據(jù)頭頂?shù)某叽缯既沓叽绲?.390，肘距眼的尺寸占全身尺寸的0. 3 24；女子：眼距頭頂?shù)某叽缯既沓叽绲?.074，肘據(jù)頭頂?shù)某叽缯既沓叽绲?.388，肘距眼的尺寸占全身尺寸的0.314。結(jié)合人體主要尺寸圖可得：男子：眼距頭頂?shù)某叽缂s為12.0cm，肘距眼的尺寸約為58.8cm，肘據(jù)頭頂?shù)某叽缂s為70.7cm；女子：眼距頭頂?shù)某叽缂s為12.6cm，肘距頭頂?shù)某叽缂s65.8cm，肘距眼的尺寸約為53.3cm。根據(jù)設計原則，應取最大位

23、數(shù)作為參考數(shù)，所以眼距頭頂?shù)某叽缛?2.6cm，肘距頭頂?shù)某叽缛?0.7cm，肘距眼的尺寸取53.3cm。圖3-6 從眼高分析圖上圖是從眼高和人的視野圍來分析傘柄的高度的，其中，肘距眼的尺寸H1為53.3cm，人的手功能尺寸高H2為7.05cm，眼部視野要求高度H3為27.5cm圖3-7 從頭頂舒適度分析圖上圖是從人的頭頂?shù)絺沩數(shù)淖罴丫嚯x來分析傘柄高度的，其中肘距頭頂?shù)某叽鏗1為70.7cm，人的手功能尺寸高H2為7.05cm，頭頂距雨傘頂部的最佳修正量H3為17.519.5cm綜合上述分析可得：（1）滿足人視覺視野要求的傘柄長度為H=肘距眼的尺寸H1人的手功能尺寸高H2+眼部視野要求高度H3

24、53.3cm7.05cm27.5cm87.03cm（2）滿足人頭頂高度尺寸要求的傘柄長度H=肘距頭頂?shù)某叽鏗1人的手功能尺寸高H2+頭頂距雨傘頂部的最佳修正量H370.7cm7.05cm17.5cm19.5cm81.15cm83.15cm所以傘柄的長度圍應在81.15cm87.03cm 。335 折疊傘的傘柄分段現(xiàn)在的雨傘的傘柄已不再是以前那種一根撐桿到底的老式雨傘，為了方便攜帶，現(xiàn)在基本上都是折疊傘，所在此分析一下傘柄的分段問題。從方便攜帶和滿足人機工程原理兩方面進行分析。首先應將眼部以上到傘頂?shù)淖罴丫嚯x作為第一節(jié)傘柄的長度，根據(jù)上面的結(jié)果可得長度是30.1cm32.1cm。因為這樣就能是的

25、眼部以上的人際關系基本得到滿足。其次將手的最佳功能高到眼睛的高度作為第二和第三節(jié)的長度之和。最好是二者各取一半，這樣就能讓一些手臂長或短的人進行有效調(diào)節(jié)。3.4傘把的分析與設計傘把就是傘柄的末端，它是人與雨傘的唯一人機結(jié)合面,是傘的操裝裝置，從操縱裝置方面分析，按控制器的分類，傘的傘把應是手控裝置和調(diào)整控制裝置。由于控制器的主要目的是控制系統(tǒng)的變化，因此，應盡量使控制器的操作方向與系統(tǒng)過程的變化方向相一致，這樣可以使控制器的操作形象化，又可使控制器的操作和系統(tǒng)的變化之間產(chǎn)生一定的邏輯關系，有利于操作人員記憶和辨認，提高操作效率。3-8 手的參數(shù)測量 由上圖可知：人的手長為約為19.2cm，手的

26、常用旋轉(zhuǎn)角度是向外35°和向90°，人手除大拇指外四手指的在開弧度為50°，手掌以手臂為水平線向上擺動弧度約為50°70°，向下彎曲的弧度約為70°80°。握把部位不宜太光滑或太粗糙，若過于光滑，操縱時不易抓穩(wěn)或握住，特別是手上有油或水的情況下更加不利，易于發(fā)生失手事故，或因長時間過長而導致的靜力負荷而導致使手疲勞故一般選用無光澤的軟紋皮包層為宜。使手腕向某一方向彎曲，就會使骨骼肌產(chǎn)生靜力疲勞。因此設計原則是“寧肯彎曲手柄也不要使手臂彎曲”。對手動工具也是這樣，更需要使握力充分發(fā)揮出來。影響握力的主要因素是手柄直徑，手柄直徑為50mm時歐洲人握力最大，對亞洲人而言手柄直徑可取4050mm之間。綜上所述：傘把的直徑應取在4cm5cm，傘把的材料應用塑料、橡膠、木材等比較柔和的材料。并且應在傘把上置一些紋路用來防滑和增加手的握力，減少疲勞。3.5 雨傘人機工程的其他方面現(xiàn)如今的雨傘都是以人的中心作為傘的中心來設計的，但實際的使用過程中不可能實現(xiàn)人和傘的中心的完全吻合，但是不規(guī)則的形狀有不易于傘的的攜，不規(guī)則的雨傘必然使得人的手也不能隨便變動，這樣一來，人的手容易疲勞。這使得在雨傘的使用過程中進行調(diào)整或者說在雨傘的使用方式