淺談女性用電動工具設(shè)計中的人機工程要素

鐘靜雯，李剛，范欣圓，陳立影

（ 昆明理工大學，云南 昆明 650504 ）

0 引言

電動工具是一種由電動機或電磁鐵為動力，通過傳動機構(gòu)驅(qū)動工作頭進行作業(yè)的手持式或可移式機械化工具。市場對于該類產(chǎn)品的使用和消費群體的劃分主要以工作人群或產(chǎn)品使用領(lǐng)域為主，較多工具設(shè)計并不適合女性使用?，F(xiàn)代社會中女性已越來越多地參與到以男性為主導(dǎo)的行業(yè)之中，因此對于電動工具的設(shè)計也應(yīng)更多地考慮到女性使用者。隨著我國電動工具市場細分加速，專屬女性使用的電動工具產(chǎn)品設(shè)計或是亟待開展的新亮點。

人機工程學是通過研究人——機器——工作環(huán)境三者之間的相互作用，從而使產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中提高生產(chǎn)效率，保證使用者的安全、健康和舒適性的一門學科。如今大眾對于產(chǎn)品的實用性和舒適性要求提升，針對女性特點而設(shè)計的電動工具須盡可能滿足女性心理與生理需求，讓女性消費者在使用過程中獲得最大的舒適感。本文以手持式電鉆為例進行闡述。

1 概述

電鉆是手持式電動工具中較為常見一款產(chǎn)品，其在建筑、裝飾、醫(yī)療、交通、制造等行業(yè)內(nèi)使用廣泛。同時，電鉆也在家庭生活中得到普遍應(yīng)用。

目前市場上的電動工具設(shè)計主要偏向男性化，設(shè)計風格偏向于機械風格，在人機要素上的考慮也主要以男性消費者為主。由于男性和女性在人機要素方面存在著一定差異，故女性在操作或使用一般的手持式電動工具時難免碰到一些困難。作為一款人機交互的設(shè)計產(chǎn)品，手持式電動工具應(yīng)使得女性在使用時更便捷、更安全。

2 要素分析

女性的生理構(gòu)造與男性不盡相同。從出生起，男性與女性在生理結(jié)構(gòu)、心理結(jié)構(gòu)上都有著不同的發(fā)展方向，手部握力、尺寸等數(shù)據(jù)也有差距。例如，女性的手長數(shù)值平均比男性的手長數(shù)值小2 cm，手部握力比男性小約70%。女性的最大握力可達到35．5 kg，男性的最大握力為59．3 kg，但女性握力的持續(xù)時間為73．9 s，高于男性 10．8 s。

通過對女性用戶的手部尺寸、手腕活動尺寸以及心理差異性對女性用電動工具設(shè)計進行分析，在設(shè)計時應(yīng)多參考女性的人機工程學要素，從工具的手柄、按鍵、色彩、重量等方面有所突破，在外觀設(shè)計上應(yīng)更多考慮柔美曲線，符合女性的心理特征。

2.1 手部特點

人體手部的基本位置可分為尺側(cè)偏、橈側(cè)偏、正中、背側(cè)屈和掌側(cè)屈等五個部分。正中位置為手部自然位置，在此位置上手腕力量最大。在工具設(shè)計時，應(yīng)盡可能處于手部正中位置操控工具，以避免由于受力狀態(tài)不合理而引發(fā)的手腕部傷害。

手部骨骼除關(guān)節(jié)連接還包括肌肉與韌帶連接。韌帶限制手部關(guān)節(jié)的活動范圍，同時增加關(guān)節(jié)之間的穩(wěn)定性。所以，讓女性手部在使用產(chǎn)品時獲得最大舒適度，就是需要讓手腕的各個關(guān)節(jié)也在舒適范圍之內(nèi)。

手腕關(guān)節(jié)控制手部的運動范圍見圖1。圖1給出了男性與女性在第5百分位數(shù)和第95百分位數(shù)手腕活動范圍?；疑幱安糠譃槭滞蠡顒拥淖罴盐恢?，即手腕運動的最舒適位置。由圖1可見，女性和男性在手腕關(guān)節(jié)的活動范圍差異較小。在設(shè)計男性與女性通用產(chǎn)品時，腕部的最大活動范圍應(yīng)不超過男性與女性的第5百分位數(shù)的最小值，而在針對女性使用的電動工具時，對于腕部的參考值應(yīng)不超過女性第5百分位數(shù)的最小值，以減少手腕的壓迫感，保證95%的女性能夠更為方便地使用。手操縱力是電鉆設(shè)計的重要依據(jù)，在實施動作時應(yīng)盡可能在正中位置進行。

圖1 手腕關(guān)節(jié)活動范圍

女性手部尺寸見圖2。圖2中所示女性手部握物寬度平均值為94 mm（LM為P99高個女性；MEAN為P50平均女性；SM為P1矮個女性）。在設(shè)計手持電鉆的手柄部位時，手柄直徑應(yīng)相對較小，針對不同類型的手柄結(jié)構(gòu)直徑應(yīng)有一定變化。普通手槍式手柄，一般為5 cm～6 cm，直筒式手柄一般為4．06 cm～6．10 cm，拎攀式手柄的最佳跨度為3．56 cm。

圖2 女性手部尺寸

2.2 心理特點

電動工具的女性要素可以體現(xiàn)在產(chǎn)品的外觀造型上。在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的外形中，女性元素歸結(jié)為曲線元素、色彩元素等。這些元素不僅是具象概括，更主要是它們在極大范圍中表現(xiàn)出溫馨、柔美等女性魅力，是對女性文化的完美闡述。

首先，女性在選擇產(chǎn)品時對外觀造型有著較大關(guān)注，所以產(chǎn)品視覺形態(tài)設(shè)計尤為重要。柔美線條、曲面設(shè)計、淡雅色彩易受女性青睞，無形中可喚起其女性意識。第二，在電動工具產(chǎn)品的設(shè)計上加入流行元素。女性對于當下的流行文化敏感度高于男性，普通電動工具產(chǎn)品的設(shè)計風格偏向運動化，配色較為單一，在產(chǎn)品設(shè)計上融入新的色彩，線條和造型，以貼近時尚的方式刺激消費。第三，融入情感化元素。在產(chǎn)品之中體現(xiàn)關(guān)愛女性、尊重女性，從女性心理特征出發(fā)，更好地吸引女性消費者。

3 產(chǎn)品分析

3.1 手柄結(jié)構(gòu)

在操作手持式電鉆時，電鉆手柄的直徑、長度、形狀以及結(jié)構(gòu)等因素與操作者手部握力大小、握力持久時間以及操作安全性與舒適性有直接關(guān)系。圖3所示為某款電鉆手柄設(shè)計，針對女性使用的電鉆手柄直徑應(yīng)適當縮小，考慮將手柄握持部分直徑調(diào)整為40 mm～50 mm，增加曲線和手指凹槽，同時加大摩擦面，便于抓握。為減輕產(chǎn)品重量，在材質(zhì)上考慮采用鎂合金為內(nèi)框架替代原本鑄鋁合金框架，輕便的同時也可增加產(chǎn)品的強度。除此之外，根據(jù)實際操作和采用測量肌動電流圖(EMG)試驗表明，采用聚乙烯基套的手柄可提供舒適、良好的握持面，所以在材料的選擇上不做過多的改變。

圖3 產(chǎn)品手柄分析

3.2 按鍵結(jié)構(gòu)

按鍵位置以及尺寸大小同樣也與人機工程學有著密切的聯(lián)系，應(yīng)做到操作者不需要進行特定觀察即可準確觸碰按鍵位置。按鍵數(shù)量不宜過多，過多按鍵操作易使得女性操作者在使用過程中造成混亂。按鍵與按鍵之間應(yīng)有足夠位置，用不同顏色標出。普通手持式電鉆開關(guān)板機長度約為21 mm，按鍵長度過小導(dǎo)致手指的疲勞程度增加，長時間使用該工具時易產(chǎn)生關(guān)節(jié)疲勞和疼痛。

18至55歲的女性食指近位指關(guān)節(jié)寬50百分位數(shù)數(shù)值為17 mm，食指遠位指關(guān)節(jié)寬50百分位數(shù)數(shù)值為15 mm。在GB/T 14775-1993《操縱器一般人類工效學要求》中，要求圓形按鍵的食指按壓基本尺寸最小為3 mm～5 mm，最大為15 mm，拇指按壓基本尺寸最小為18 mm，最大為30 mm。在對女性手持電動工具的按鈕設(shè)計中應(yīng)考慮將按鍵數(shù)減少，突出按鍵的大小和功能，停止、斷電按鍵建議使用紅色，需要反復(fù)使用的按鍵顏色盡量采用黑白灰三色。開關(guān)鍵尺寸建議為18 mm～30 mm，因拇指壓力最高可達35 N，可有效地避免誤觸。

3.3 其他功能

對于女性而言，手持式電鉆應(yīng)拓展考慮以下功能：

1）設(shè)計粉塵吸收或遮擋裝置，可讓女性在使用過程中盡量避免吸入粉塵。

2）增加保護斷電開關(guān)，避免女性因使用不當造成的人身傷害風險。

3）結(jié)構(gòu)簡單易于拆卸，同時便于收納。

4）增加電池續(xù)航能力，減少充電次數(shù)。

4 結(jié)論

本文通過對女性生理與心理特性進行研究，針對女性用戶的手部尺寸、腕部活動范圍提出了減輕產(chǎn)品重量、縮小手柄尺寸、增加保護措施等改進辦法，根據(jù)電動工具現(xiàn)有造型設(shè)計出發(fā)，開發(fā)適合女性用戶使用的工具產(chǎn)品。相關(guān)制造企業(yè)應(yīng)在面向女性使用的電動工具設(shè)計中考慮不同的人機工程要素，才能準確地設(shè)計出滿足現(xiàn)代女性實際需求的電動工具產(chǎn)品。

[1]陸順平，秦泳元．電動工具發(fā)展概況和趨勢[J]．電動工具，2005(03)．

[2]吳英杰，郭愛華，孫源偉．手持電動工具人性化設(shè)計研究[J]．現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2017(20)．

[3]顏聲遠．人因工程與設(shè)計[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2011．

[4]張久美．電動手工電鉆造型設(shè)計的人機設(shè)計研究[J]．包裝工程，2013(16)．

[5]朱強，秦泳元．人體工程學與電動工具[J]．電動工具，2005(02)．

[6]董佳麗．面向中國家用市場的電動工具的工業(yè)設(shè)計要素與實踐方法研究[D]．蘇州大學，2007．

[7]AdewusiS,RakhejaS,MarcotteP,ThomasM.Distributed vibration power absorption of the human hand-arm system in different postures coupled with vibrating handle and power tools[J].International journal of industrial ergonomics,2013(4).

[8]Xiao Hong Lu,Wen Yi Wu,PengZhuoHan,Guang Jun Li,Zhi Cong Zhang.Theindexing precision testing techniques of power tool rest cutter head[J].Applied mechanics and materials,2013(313).

[9]Sesto M,RadwinR,RichardT.Short-term changes in upper extremity dynamic mechanical response parameters following power hand tool use[J].Ergonomics,2005(7).