人機(jī)工程學(xué)剪刀設(shè)計(jì)

1、人機(jī)工程學(xué)中剪刀設(shè)計(jì)研究 摘要：本文從人的生理特征出發(fā)，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)原理，分析了手工剪刀在 使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，并給出了解決的方法。關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)、手工剪刀、裁縫剪刀。 圖一 圖二正文：一、工具與人機(jī)工程學(xué) 應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理進(jìn)行手工工 具設(shè)計(jì)的意義和作用 手工工具例如榔頭、鉗子、剪 刀、扳手等是人們?cè)谌粘Ｉ詈湍?些特定的工作中經(jīng)常要用到的一些 工具，它們的主要的作用區(qū)域是手、 腕、 臂以及上肢部分， 如果設(shè)計(jì)不當(dāng)， 給使用者帶來(lái)的累積損傷疾?。ㄖ?由于不斷重復(fù)使用身體某部分而導(dǎo) 致的肌肉、骨髓的疾?。┦鞘謬?yán) 重的。在美國(guó)，與工作有關(guān)的上肢 損傷（WUEDS）( 勞動(dòng)統(tǒng)計(jì)部（

2、BLS） 定義為累計(jì)損傷疾病 ) 占到所有與 工作有關(guān)的肌骨損傷的 11%，上肢 累積的損傷疾病占職業(yè)疾病的比例 超過(guò) 60%，其中與手部工具有關(guān)的 損傷超過(guò) 26 萬(wàn)例，相關(guān)的醫(yī)療費(fèi)用 高達(dá) 4 億美元。 通過(guò)應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理對(duì)手 工工具的使用方式、使用狀態(tài)以及 造成累計(jì)損傷疾病原因的分析，一 方面可以提高工作效率和質(zhì)量，另 一方面可以提高安全性、減少疲勞 和壓力，增加工作的滿意度和改善 生活的質(zhì)量。 為了更好地研究手工工具與人 的上肢間的關(guān)系，我們先引入一些 人 機(jī) 工 程 學(xué) 的 概 念。 人 體 的 上 肢 系 統(tǒng) 主 要 包 括： 肩、 大 臂、 小 臂、 腕、手和骨、肌肉、腱、韌

3、帶、神 經(jīng)，為了更好地描繪關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)， 1988 年 Putz Anderson 提出了如下 一些術(shù)語(yǔ)： （1）曲腕 橈向偏差（radial deviation） ：手 沿大拇指方向腕部彎曲； 尺骨偏差： （ulnar deviation） ： 手沿小指方向腕部彎曲。 （2）關(guān)節(jié)彎曲、伸展 彎曲：減小相鄰骨之間角度的 運(yùn)動(dòng)； 伸展：增大相鄰骨之間的運(yùn)動(dòng)。 下面我們以手工剪刀為例進(jìn)行 具體的分析。 2. 手工剪刀的種類 手 工 剪 刀 是 指 長(zhǎng) 度 在 20c m 以 內(nèi)，單手使用的剪刀。它通常應(yīng)用 于剪紙、剪毛發(fā)、剪樹枝等生活或 工作活動(dòng)中。 之所以限制手工剪刀的長(zhǎng)度在 20c m 以內(nèi)，是

4、根據(jù) G B10000-88 的 標(biāo) 準(zhǔn)，95% 的 男 子（18-60 歲 ） 手 長(zhǎng)小于 196cm，95% 的女子（18-60 歲）手長(zhǎng)小于 183c m。因此，20c m 可以保證絕大多數(shù)人的使用要求。二、人機(jī)工程學(xué)因素的分析在手工剪刀的使用過(guò)程中，手 部的骨、肌肉、關(guān)節(jié)、肌腱和韌帶 是最容易受到累計(jì)損傷疾病困擾的 部 位， 骨 與 肌 肉 間 通 過(guò) 腱 來(lái) 連 接， 骨與骨之間通過(guò)關(guān)節(jié)來(lái)連接，骨與 關(guān)節(jié)之間通過(guò)韌帶來(lái)連接。當(dāng)使用 如圖所示的1和2式的剪刀時(shí)， 由于把手處尺寸的限制，通常有兩 種 使 用 方 式： 大 拇 指 放 在 A 位 置， 食指中指放在 B 位置，這種使用方

5、設(shè)計(jì)實(shí)踐 Design Practice 總第188期 2008 12 115 式一般來(lái)講是比較舒服的，但是在 剪一些厚的東西時(shí)，這種使用方式 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 位會(huì)明顯地感到壓迫感和灼熱感， 這是由于大拇指與食指中指的開合 為剪力的來(lái)源，而大拇指的 G 部位 受力最為明顯，K 部位和 I 部位則是 由于人手用力張緊時(shí)受到 B 部分的 壓迫而受力，與此相對(duì)應(yīng)的骨位為 圖 2/ d 中的 D、E、F 點(diǎn)。長(zhǎng)時(shí)間處 于這種作業(yè)狀態(tài)下會(huì)對(duì)腱組織造成 損傷，引發(fā)肌腱炎和腱鞘炎。 第二種使用方式為大拇指在 A 位置，中指和無(wú)名指在 B 位置，食

6、指則在 B 位置的外側(cè)靠前。這種使 用方式保證了使用過(guò)程中對(duì)方向性 的控制，但是同樣的，它仍會(huì)對(duì)手 部組織帶來(lái)?yè)p傷，由于作用部位的 不同，相應(yīng)的受損傷的部位轉(zhuǎn)移到 了 G、J、K 部位，對(duì)應(yīng)的骨位為圖d 中的 C、D、F 點(diǎn)。 圖 2所示的這把剪刀，它抬 高了大拇指工作時(shí)的位置，使得大 拇指的掌骨與腕骨之間的關(guān)節(jié)彎曲， 減小了骨與骨之間運(yùn)動(dòng)的摩擦，對(duì) 保護(hù)手指關(guān)節(jié)是有利的。同時(shí)，它 的下半部的施力處為一平面，這樣 也可以減小施力時(shí)手指部位的受力， 對(duì)食指、中指、無(wú)名指也起到了保 護(hù)的作用。 圖 1所示的剪刀是早期的樣 式，也是使用最為普遍的樣式。這 種剪刀的手部作用空間比較大，除 大拇指外的其

7、余四只手指受力比較 均勻，但大拇指的受力比較明顯： 首先為了保證方向性，大拇指的遠(yuǎn) 節(jié)指骨和中節(jié)指骨間的關(guān)節(jié)伸展， 長(zhǎng)時(shí)間地保持這一姿勢(shì)對(duì)關(guān)節(jié)處的 韌帶不利；其次，受力部位由手指 轉(zhuǎn)移到了手掌內(nèi)側(cè)的 L 部位，長(zhǎng)時(shí) 間的作用或是高強(qiáng)度的作用都會(huì)對(duì) 肌肉組織產(chǎn)生影響。由于小拇指所 能產(chǎn)生的力為最小，所以在把手的 底 部 有 一 個(gè) 凹 形， 整 個(gè) 成 一 S 形， 除了和手形相吻合外，還可增強(qiáng)穩(wěn) 定性，此外還有增強(qiáng)把手美觀的作 用。把手上部的 S 形對(duì) L 部位也有 同樣的作用。 人的手指的作用力的大小從大 拇指到小拇指依次減弱，其它的使 用方式都沒(méi)有上述兩種方式合理， 因此對(duì)于其它的使用方式

8、也就不再 進(jìn)行分析。 三 、可考慮的解決方案通過(guò)上述手工剪刀使用過(guò)程中 人機(jī)工程學(xué)因素的分析，可以得出 導(dǎo)致手部的累積損傷疾病的原因主 要來(lái)自兩個(gè)方面：組織壓迫和手指 的重復(fù)活動(dòng)。為了有效地減小組織 壓迫和手指的重復(fù)活動(dòng)，可以從以 下幾個(gè)方面著手：首先可以適當(dāng)增 大手部受力面同剪刀把手的接觸面 積，對(duì)于圖 2 來(lái)講，就是要增大與 G 部 位 的 接 觸 面 積， 對(duì) 于 圖 1來(lái)， 除 了 增 大 與 G 部 位 的 接 觸 面 積 外， 還要增大 B 部分上部與手指的接觸 面積 , 同時(shí)應(yīng)盡可能地保證下部作 用手指在同一平面上，這也是為了 增大受力面，減小對(duì)下部作用手指 的組織壓迫。 其次，

9、相對(duì)固定大拇指的位置。 這樣做能夠減少大拇指各關(guān)節(jié)的運(yùn) 動(dòng)摩擦，同時(shí)還可以增強(qiáng)對(duì)方向性 和穩(wěn)定性的控制。但是應(yīng)避免對(duì)大 拇指的 H 部位形成壓力，可 以考慮使用指環(huán)的形式，同時(shí)加大 指環(huán)與大拇指的接觸面積，這樣既 可以保證對(duì)方向的控制性，還可以 減少對(duì)大拇指的壓力。 最后，抬高把手上大拇指的作 用位置，如圖2那樣，這樣做 使大拇指的掌骨與腕骨之間的關(guān)節(jié) 彎曲，減小了骨與骨之間運(yùn)動(dòng)的摩 擦，同時(shí)縮短了大拇指與其余二指 的 作 用 距 離， 減 小 了 做 功 的 距 離， 對(duì)保護(hù)手指各關(guān)節(jié)也是有利的。 四、結(jié)束語(yǔ)目前，人機(jī)工程學(xué)的原理已經(jīng) 應(yīng)用到與人有關(guān)的方方面面，本文 只是針對(duì)手工剪刀的設(shè)計(jì)作了