人機(jī)工程學(xué)第五講1

1、工業(yè)設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué) -手握式工具設(shè)計(jì)工具是人類四肢的擴(kuò)展，人們?cè)诠ぷ魃钪幸豢桃踩鄙俨涣斯ぞ?，但我們使用的各種手握式工具還有很多沒有考慮人機(jī)工學(xué)的設(shè)計(jì)因素，其形狀和尺度不符合人手使用時(shí)的生理需要；而隨著科技的發(fā)展，大量新型的手握式現(xiàn)代電子產(chǎn)品也層出不窮，這些產(chǎn)品的形態(tài)本身除了美學(xué)因素外與產(chǎn)品操作的易用性、舒適性、安全性等人機(jī)工學(xué)性能有很密切的聯(lián)系。所以從人機(jī)工程學(xué)的角度來研究手握式工具的設(shè)計(jì)，使其形態(tài)與尺寸更符合人生理和心理需求。1、手握式工具設(shè)計(jì)的生理基礎(chǔ)2、與手工具有關(guān)的疾患3、手握式工具設(shè)計(jì)原則4、手握式產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例分析鼠標(biāo)的人機(jī)設(shè)計(jì)人手的結(jié)構(gòu)人手結(jié)構(gòu)中與抓握相關(guān)的部分向上包括前臂，向下

2、則有手腕、手掌、手指等。二前臂主要的骨骼為尺骨和橈骨，前臂處于自然形態(tài)時(shí)，尺骨和橈骨接近平行。兩骨的交錯(cuò)可完成手腕的旋轉(zhuǎn)。手腕的仰俯主要靠腕骨來完成。當(dāng)手腕呈“仰起”狀態(tài)時(shí)，仰角在15度到30度之間是最舒服的狀態(tài)，超出這個(gè)范圍，會(huì)導(dǎo)致前臂肌肉處于拉伸狀態(tài)，而且也會(huì)導(dǎo)致血流的不暢。手掌主要肌肉：拇指屈肌和外展肌組成的肌群小指屈肌及外展組成的肌群溝壑于兩個(gè)肌群指間。溝壑的深度和寬度因人而異。人手主要神經(jīng)和血管分布于溝壑皮下。手指的結(jié)構(gòu)：每個(gè)手指包括三個(gè)指節(jié)，并在一定范圍內(nèi)可以橫向的展開。手部關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍手腕道由手背骨和相對(duì)的橫向腕韌帶形成，通過腕道的還有各種動(dòng)脈和神經(jīng)。腕骨與前臂上的橈骨及尺骨相連

3、，橈骨連向拇指一側(cè)，而尺骨連向小指一側(cè)，自然狀態(tài)尺骨和撓骨平行，當(dāng)他們交錯(cuò)時(shí)完成手腕旋轉(zhuǎn)。腕關(guān)節(jié)的構(gòu)造與定位使其只能在兩個(gè)面動(dòng)作，這兩個(gè)面各成90度，一面產(chǎn)生掌屈與背屈，第二個(gè)面產(chǎn)生尺偏與橈偏。 與手工具有關(guān)的疾患手腕是手腕道由手背骨和相對(duì)的橫向腕韌帶形成，通過腕道的還有各種動(dòng)脈和神經(jīng)。因此可見如手腕關(guān)節(jié)有較大的偏屈、偏轉(zhuǎn)，其間的肌肉。肌腱、血管、神經(jīng)會(huì)受到壓迫，影響手部、手指活動(dòng)。時(shí)間長(zhǎng)了將導(dǎo)致?lián)p傷和疾患，如 腱鞘炎、 腕道綜合癥、網(wǎng)球肘、扳機(jī)指等。3 手握式工具設(shè)計(jì)原則3.1 一般原則1）必須有效地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能2）必須與操作者身體成適當(dāng)比例,使操作者發(fā)揮最大效率3）必須按照作業(yè)者的力度和

4、作業(yè)能力設(shè)計(jì),所以要適當(dāng)?shù)乜紤]到性別,訓(xùn)練程度和身體素質(zhì)的差異4）工具要求的作業(yè)姿勢(shì)不能引起過度疲勞3.2 避免靜肌負(fù)荷當(dāng)使用工具時(shí)，臂部必須上舉或長(zhǎng)時(shí)間抓握，會(huì)使肩、臂及手部肌肉承受靜負(fù)荷，導(dǎo)致疲勞，降低效率解決：水平面上使用直桿式工具，的工作部分與把手總部分做成彎曲式過渡，使手臂自然下垂。3.3 保持手腕處于順直狀態(tài)當(dāng)使用工具時(shí)手腕處于掌屈、背屈、尺偏等別扭狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生腕部酸痛，握力減小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起腕道綜合癥、腱鞘炎。3.4 避免掌部組織受壓力如果工具使用時(shí)在掌部和手指處造成很大壓力，妨礙血液在尺動(dòng)脈的循環(huán)，引起局部缺血，導(dǎo)致麻木，刺痛感。1.好把手應(yīng)具有較大接觸面，使壓力能分布于較大

5、的手掌面積上，減小應(yīng)力；或者使壓力作用于不太敏感的區(qū)域，如拇指與食指之間的虎口位。2. 如沒有特殊的作用，最好不留指槽，因人體尺寸不同，不合適的指槽會(huì)造成某些操作者手指局部的應(yīng)力集中。3.5 避免手指重復(fù)動(dòng)作如果反復(fù)用食指操作扳機(jī)式控制器時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致扳機(jī)指，氣動(dòng)的工具或觸發(fā)式電動(dòng)工具時(shí)常會(huì)出現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免食指做這類動(dòng)作，而以拇指或指壓板代替。把手設(shè)計(jì)注意點(diǎn)：直徑者力抓握30-40mm，精密抓握8-16mm長(zhǎng)度主要取決于手掌寬度。常取100-125mm形狀指把手的截面形狀。圓形可增大接觸面；棱邊形可防滑；丁字形可增加扭矩等彎度最佳角度約為10度雙把手工具用手習(xí)慣與性別差異4手握式產(chǎn)品設(shè)計(jì)案

6、例分析-鼠標(biāo)的人機(jī)設(shè)計(jì)1964年，美國科學(xué)家道格拉斯恩格巴特（Douglas Englebart）博士發(fā)明了鼠標(biāo)，他制作的鼠標(biāo)是一只小木頭盒子，但他們更多的是給它以幾何美學(xué)的改進(jìn)，而沒有依照人機(jī)工學(xué)設(shè)計(jì)。各種工具的人機(jī)工學(xué)設(shè)計(jì)，在本質(zhì)上就是使工具的使用方式盡量適合人體的自然形態(tài)，在操作時(shí)沒有任何扭曲和不自然的姿勢(shì)。這樣就可以使用工具的人在工作時(shí)，身體和精神不需要任何主動(dòng)適應(yīng)，從而盡量減少使用工具造成的疲勞，而更舒適更安全更高效。鼠標(biāo)的人機(jī)工學(xué)設(shè)計(jì)，主要就是鼠標(biāo)的造型設(shè)計(jì)，而研究這個(gè)問題，首先需要研究在操作鼠標(biāo)時(shí)有關(guān)的人體結(jié)構(gòu)及其自然狀態(tài)。4.1 與操作鼠標(biāo)有關(guān)的人體結(jié)構(gòu)與操作鼠標(biāo)有關(guān)的人體結(jié)構(gòu)

7、包括：前臂、手腕、手掌、手指前臂：尺骨和撓骨交錯(cuò)完成手腕旋轉(zhuǎn)手腕：的腕骨轉(zhuǎn)動(dòng)使手可仰俯手掌：由兩組肌群組成，一是拇指屈肌和外展肌組成的肌群，一個(gè)是小指屈肌和展肌組成的肌群，這兩個(gè)肌群之間的有一個(gè)溝壑，對(duì)于不同的人這條溝的深度和寬度是不同的。而在這條溝內(nèi)部，則是人手主要神經(jīng)和血管所走的地方。手指：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，每個(gè)手指包括三個(gè)指節(jié)，并在一定范圍可作橫向展開。4.2 人體結(jié)構(gòu)的自然狀態(tài)1.前臂：尺骨和撓骨接近平行的狀態(tài)，當(dāng)前臂和手平放在桌面時(shí)，上臂和手掌呈接近垂直的傾斜狀態(tài)，使用掌外側(cè)觸及桌面（豎鼠標(biāo)）這種狀態(tài)下，前臂主要肌肉和血管不會(huì)發(fā)生扭曲，所以即便長(zhǎng)時(shí)間保持這個(gè)姿勢(shì)，也不會(huì)出現(xiàn)肌肉疲勞和

8、缺氧情況，曾經(jīng)有企業(yè)退出”豎著“使用的鼠標(biāo)，但由于和大多數(shù)人的使用習(xí)慣不合而沒有普及開來。普遍誤解為手掌與桌面平行，手臂由于自重平放在桌面上而得到放松的姿勢(shì)是自然的，但是，這樣放置時(shí)前臂已經(jīng)彎曲大約90度（如上圖），加重使用疲勞，易導(dǎo)致CIS（腕骨綜合癥），損傷使用者肢體。2. 手腕 經(jīng)試驗(yàn)證明，當(dāng)人的手腕呈”仰起“狀態(tài)時(shí)，則”仰起“的夾角在1530度之間是最舒服狀態(tài)，超過這個(gè)范圍，則前臂肌肉處于拉緊狀態(tài)，而且也會(huì)導(dǎo)致血液的流動(dòng)不暢。受其影響，上臂的三頭肌及三角肌也都會(huì)同時(shí)受到力牽拉的作用，人的肩關(guān)節(jié)也會(huì)一直處于強(qiáng)直狀態(tài)。3.手掌 最自然的狀態(tài)就是半握拳狀態(tài)，而鼠標(biāo)的造型設(shè)計(jì)，實(shí)際上就是要盡量

9、貼合這個(gè)形態(tài)，包括三個(gè)方面：1）要使鼠標(biāo)外殼貼緊人手掌的兩個(gè)主要肌群拇指肌群和小指肌群，貼不緊會(huì)有握不住的感覺 ；但又不要有壓迫，受壓迫會(huì)導(dǎo)致手掌處于疲勞狀態(tài)， (握持感）（不壓迫）2）鼠標(biāo)外殼緊貼掌弓而又不壓迫它，也就是鼠標(biāo)外殼要貼緊手掌中間的那條“溝”，如果不貼緊，那么手心會(huì)有“懸空”的感覺，而如果壓迫了它，因?yàn)橄旅媸鞘种饕獎(jiǎng)用}和神經(jīng)的必經(jīng)之地，時(shí)間長(zhǎng)了以后會(huì)導(dǎo)致手缺氧。3）鼠標(biāo)最高點(diǎn)應(yīng)在手心而非其后的掌淺動(dòng)脈弓（否則會(huì)造成有壓迫感）在手掌心稍靠后的部位，剛好是供應(yīng)五個(gè)手指血液和營養(yǎng)的掌淺動(dòng)脈弓的位置。 如果動(dòng)脈受壓過久，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)產(chǎn)生麻木酸痛的感覺，并使手指缺氧產(chǎn)生疲勞感 如果手長(zhǎng)期處于

10、強(qiáng)迫狀態(tài)，手指的靈活度也將受到很大的影響。4 手指：五指均不懸空且呈150度左右自然伸展?fàn)顟B(tài)，指肚處于微動(dòng)開頭4.3 四代微軟IE鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)變化人機(jī)工學(xué)造型本身的設(shè)計(jì)思想就決定了針對(duì)某一種人設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可能完全不適應(yīng)另一部分人，這里明顯的例子就是東西方人手型的差異。大多數(shù)歐美鼠標(biāo)設(shè)計(jì)都是針對(duì)西方人設(shè)計(jì)的。這導(dǎo)致按西方人手型設(shè)計(jì)的人機(jī)工學(xué)鼠標(biāo)，對(duì)中國人使用時(shí)卻很不人機(jī)，我們用四代微軟IE鼠標(biāo)的造型變化來說明。IE1和IE2的外殼造型是非常接近的，這兩款鼠標(biāo)造型是最為典型的歐美式手型造型，但對(duì)于中國人，這樣的“人機(jī)工學(xué)”鼠標(biāo)可以算作一場(chǎng)惡夢(mèng)。4.4太陽花鼠標(biāo)設(shè)計(jì)案例問題提出：鼠標(biāo)是一種普通的產(chǎn)品，但

11、西太平洋的Toiva國際工業(yè)設(shè)計(jì)中心設(shè)計(jì)的太陽花鼠標(biāo)的外形非常獨(dú)特。其全面推向大陸市場(chǎng)后，迎得了消費(fèi)者的好評(píng)。其原因：太陽花鼠標(biāo)優(yōu)質(zhì)的品質(zhì)、時(shí)尚的外形及專為亞洲人設(shè)計(jì)的特有流線造型獲得消費(fèi)者們的一致好評(píng)。這里有一個(gè)半公開的秘密：那就是作為太陽花的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中心Toiva國際工業(yè)設(shè)計(jì)中心專門從事人體工程學(xué)、消費(fèi)習(xí)慣、審美觀方面的研究，特別是針對(duì)不同人種的人體工程學(xué)研究、不同地方的消費(fèi)習(xí)慣、不同地區(qū)人們審美觀的差異的研究并針對(duì)這些差異性專門為亞洲人設(shè)計(jì)了一系列的鼠標(biāo)產(chǎn)品從這些圖片中我們可能會(huì)感覺到很強(qiáng)烈的對(duì)比：目前歐美市場(chǎng)上的主流鼠標(biāo)的色彩都以黑、白灰為主，看起來比較穩(wěn)重，并且個(gè)頭及流線造型的弧度都

12、較大；在顏色搭配方面也比較統(tǒng)一，各個(gè)品牌之間的變動(dòng)非常小。太陽花的鼠標(biāo)在色彩方面相對(duì)來說比較艷麗，基本上以藍(lán)、深藍(lán)、玫瑰紅、珍珠白及銀白為主，并且鼠標(biāo)的個(gè)頭較歐美的鼠標(biāo)要小得多，即便是大鼠標(biāo)，其個(gè)頭也比歐美主流鼠標(biāo)稍偏小，弧度也要小。為什么會(huì)有這么大的區(qū)別呢 ？1、歐美人士更喜歡色彩沉穩(wěn)、線條粗獷、造型不張揚(yáng)的產(chǎn)品；2、亞洲人更喜歡色彩艷麗、線條柔美、造型時(shí)尚的產(chǎn)品；3、他們之間身高的區(qū)別導(dǎo)致手型的巨大差異。(歐美人士的手掌心平均要比亞洲人的手掌心深1-2CM，而且手要長(zhǎng)3-4CM。）見下列圖形標(biāo)準(zhǔn)體形亞洲人（174CM）的手 標(biāo)準(zhǔn)體形歐洲人（178CM）的手低于平均身高的歐洲人士的手都比標(biāo)準(zhǔn)體形的亞洲人手長(zhǎng)2-3CM，并且歐美人的手心明顯要比亞洲人的手心深。所以歐美的一些品牌產(chǎn)品，如羅技、微軟等鼠標(biāo)個(gè)頭特別大，并且后背非常弓，因?yàn)槿绻?，歐美人士握上去后，手掌心就會(huì)有懸空的感覺。1、亞洲人握歐美人士的大鼠標(biāo)很勉強(qiáng)，整個(gè)手都放在鼠標(biāo)上，并且手心也非常貼合鼠標(biāo)后背，但是，他的腕關(guān)節(jié)被抬高了，使手背與桌面的夾角大于30度。（根據(jù)人體工程學(xué)原理，人的手背同桌面保持在15-30度夾角的半握拳狀才是人體的最佳休息狀態(tài)）可見，他們的腕關(guān)節(jié)并沒有得到完全放松，腕關(guān)節(jié)部位及手的前臂部位的伸肌群還處于強(qiáng)直的受力狀態(tài)，受其影響，上臂的三