人機(jī)工程學(xué)第五講一

人機(jī)工程學(xué)第五講一工業(yè)設(shè)計人機(jī)工程學(xué)

------手握式工具設(shè)計工具是人類四肢的擴(kuò)展，人們在工作生活中一刻也缺少不了工具，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)計因素，其形狀和尺度不符合人手使用時的生理需要；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，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)計原則4、手握式產(chǎn)品設(shè)計案例分析——鼠標(biāo)的人機(jī)設(shè)計人手的結(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，尺骨和橈骨接近平行。兩骨的交錯可完成手腕的旋轉(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，仰角在15度到30度之間是最舒服的狀態(tài)，超出這個范圍，會導(dǎo)致前臂肌肉處于拉伸狀態(tài)，而且也會導(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)：每個手指包括三個指節(jié)，并在一定范圍內(nèi)可以橫向的展開。手部關(guān)節(jié)活動范圍手腕道由手背骨和相對的橫向腕韌帶形成，通過腕道的還有各種動脈和神經(jīng)。腕骨與前臂上的橈骨及尺骨相連，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)他們交錯時完成手腕旋轉(zhuǎn)。腕關(guān)節(jié)的構(gòu)造與定位使其只能在兩個面動作，這兩個面各成90度，一面產(chǎn)生掌屈與背屈，第二個面產(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的橫向腕韌帶形成，通過腕道的還有各種動脈和神經(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)會受到壓迫，影響手部、手指活動。時間長了將導(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)計原則3.1一般原則1）必須有效地實現(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)者的力度和作業(yè)能力設(shè)計,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)姿勢不能引起過度疲勞3.2避免靜肌負(fù)荷當(dāng)使用工具時，臂部必須上舉或長時間抓握，會使肩、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)使用工具時手腕處于掌屈、背屈、尺偏等別扭狀態(tài)時，會產(chǎn)生腕部酸痛，握力減小，嚴(yán)重時會引起腕道綜合癥、腱鞘炎。3.4避免掌部組織受壓力如果工具使用時在掌部和手指處造成很大壓力，妨礙血液在尺動脈的循環(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)動作如果反復(fù)用食指操作扳機(jī)式控制器時，就會導(dǎo)致扳機(jī)指，氣動的工具或觸發(fā)式電動工具時常會出現(xiàn)。設(shè)計時應(yīng)盡量避免食指做這類動作，而以拇指或指壓板代替。把手設(shè)計注意點：直徑——者力抓握30-40mm，精密抓握8-16mm長度——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)計案例分析-----鼠標(biāo)的人機(jī)設(shè)計1964年，美國科學(xué)家道格拉斯·恩格巴特（DouglasEnglebart）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。各種工具的人機(jī)工學(xué)設(shè)計，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)，在操作時沒有任何扭曲和不自然的姿勢。這樣就可以使用工具的人在工作時，身體和精神不需要任何主動適應(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，主要就是鼠標(biāo)的造型設(shè)計，而研究這個問題，首先需要研究在操作鼠標(biāo)時有關(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)包括：前臂、手腕、手掌、手指前臂：尺骨和撓骨交錯完成手腕旋轉(zhuǎn)手腕：的腕骨轉(zhuǎn)動使手可仰俯手掌：由兩組肌群組成，一是拇指屈肌和外展肌組成的肌群，一個是小指屈肌和展肌組成的肌群，這兩個肌群之間的有一個溝壑，對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)比較簡單，每個手指包括三個指節(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，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發(fā)生扭曲，所以即便長時間保持這個姿勢，也不會出現(xiàn)肌肉疲勞和缺氧情況，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是自然的，但是，這樣放置時前臂已經(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)試驗證明，當(dāng)人的手腕呈”仰起“狀態(tài)時，則”仰起“的夾角在15~30度之間是最舒服狀態(tài)，超過這個范圍，則前臂肌肉處于拉緊狀態(tài)，而且也會導(dǎo)致血液的流動不暢。受其影響，上臂的三頭肌及三角肌也都會同時受到力牽拉的作用，人的肩關(guān)節(jié)也會一直處于強(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，實際上就是要盡量貼合這個形態(tài)，包括三個方面：1）要使鼠標(biāo)外殼貼緊人手掌的兩個主要肌群拇指肌群和小指肌群，貼不緊會有握不住的感覺；但又不要有壓迫，受壓迫會導(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，那么手心會有“懸空”的感覺，而如果壓迫了它，因為下面是手主要動脈和神經(jīng)的必經(jīng)之地，時間長了以后會導(dǎo)致手缺氧。3）鼠標(biāo)最高點應(yīng)在手心而非其后的掌淺動脈弓（否則會造成有壓迫感）在手掌心稍靠后的部位，剛好是供應(yīng)五個手指血液和營養(yǎng)的掌淺動脈弓的位置。如果動脈受壓過久，時間長了會產(chǎn)生麻木酸痛的感覺，并使手指缺氧產(chǎn)生疲勞感如果手長期處于強(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)，指肚處于微動開頭4.3四代微軟IE鼠標(biāo)的設(shè)計變化人機(jī)工學(xué)造型本身的設(shè)計思想就決定了針對某一種人設(shè)計的產(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)計都是針對西方人設(shè)計的。這導(dǎo)致按西方人手型設(shè)計的人機(jī)工學(xué)鼠標(biāo)，對中國人使用時卻很不人機(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，但對于中國人，這樣的“人機(jī)工學(xué)”鼠標(biāo)可以算作一場惡夢。4.4太陽花鼠標(biāo)設(shè)計案例問題提出：鼠標(biāo)是一種普通的產(chǎn)品，但西太平洋的Toiva國際工業(yè)設(shè)計中心設(shè)計的太陽花鼠標(biāo)的外形非常獨特。其全面推向大陸市場后，迎得了消費(fèi)者的好評。其原因：太陽花鼠標(biāo)優(yōu)質(zhì)的品質(zhì)、時尚的外形及專為亞洲人設(shè)計的特有流線造型獲得消費(fèi)者們的一致好評。這里有一個半公開的秘密：那就是作為太陽花的產(chǎn)品設(shè)計中心—Toiva國際工業(yè)設(shè)計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這些差異性專門為亞洲人設(shè)計了一系列的鼠標(biāo)產(chǎn)品從這些圖片中我們可能會感覺到很強(qiáng)烈的對比：目前歐美市場上的主流鼠標(biāo)的色彩都以黑、白灰為主，看起來比較穩(wěn)重，并且個頭及流線造型的弧度都較大；在顏色搭配方面也比較統(tǒng)一，各個品牌之間的變動非常小。太陽花的鼠標(biāo)在色彩方面相對來說比較艷麗，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)的個頭較歐美的鼠標(biāo)要小得多，即便是大鼠標(biāo)，其個頭也比歐美主流鼠標(biāo)稍偏小，弧度也要小。為什么會有這么大的區(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)個頭特別大，并且后背非常弓，因為如果太平，歐美人士握上去后，手掌心就會有懸空的感覺。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