基于人機(jī)工程學(xué)的多功能救援探照燈設(shè)計(jì)

田興，李紅玲，鐘聲，邱暢

(江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

引言

現(xiàn)如今探險(xiǎn)旅游與戶外運(yùn)動受到越來越多的人歡迎，與此同時(shí)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)也是極大的。性能優(yōu)良的戶外探險(xiǎn)運(yùn)動裝備幫助人們更好地適應(yīng)未知環(huán)境以便遇到危險(xiǎn)能更好地處理。常見的登山裝備：登山鞋，探照燈，背包等。但燈具一直存在功能單一的問題。因此，需要設(shè)計(jì)研究一款多功能組合設(shè)計(jì)的探照燈，讓人們攜帶更輕便，功能更強(qiáng)大的同時(shí)也更加安全。

1 發(fā)展背景

在軍事方面的使用開始于19世紀(jì)，但由于電子設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，探照燈的用途開始向社會普及?，F(xiàn)如今，用于救援及水下清淤，探險(xiǎn)旅游等活動，探照燈是一種具有強(qiáng)大光源和凹面鏡的裝置，它能將光線集中到特定的方向，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離照明和搜索的目的。探照燈的種類：

普通型探照燈：一個(gè)簡單的盒子中裝有光源(經(jīng)常是鹵素棒)以及反射器(經(jīng)常是球面鏡)。

鏡面型探照燈：置于曲面鏡前的光源與透鏡之間的距離可調(diào)節(jié)。

透鏡型探照燈：光源置于球面鏡前，光源前放置透鏡(內(nèi)平外凸)，所以又稱凸透鏡型探照燈。

現(xiàn)今市場中的探照燈在光亮度方面大多在200-300Lx，電源續(xù)航則在10h左右，救援設(shè)備種類多樣，占用存儲空間大，線鋸長度過長，不易攜帶。材質(zhì)在高溫高壓情況下容易損壞。并且不具有應(yīng)急設(shè)備，無法使救援人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)被困者。

2 救援探照燈設(shè)計(jì)定位

2.1 使用人群

本產(chǎn)品適用于喜歡戶外運(yùn)動的成年人，對于很多人來說使用方便靈活，小巧易攜帶。同時(shí)也適用于從事各種探險(xiǎn)救援場景的工作者，能給探險(xiǎn)救援工作帶來很大的幫助。專業(yè)的裝備能幫助救援工作者完成工作，也能使被困者完成自救。

2.2 材料分析

現(xiàn)今大部分材料采用的有PE,PC,PP。此次產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用PC材質(zhì)，相對于PE材料而言，PC材料具有更好的抗沖擊性抗蠕變性，并且具有自熄性和高透光性，易于成型加工；與PP材料比較，耐熱性、耐寒性和耐侯性好，不易老化磨損。所以選擇PC作為設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要使用的塑料材質(zhì)。[3]

2.3 人機(jī)尺寸

基于人機(jī)工程學(xué)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)采用組合設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，將探照燈與打火石，繩鋸，水平儀，指南針等一系列的探險(xiǎn)裝備組合在一起。設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)人-機(jī)-環(huán)境的協(xié)調(diào)，著重體現(xiàn)人的主導(dǎo)性，滿足人的使用需求和舒適度(圖一)。產(chǎn)品尺寸直徑8cm,厚度3cm，整體重量為150g,符合成年人的手掌尺寸，同時(shí)佩戴時(shí)也不會對頭部等身體部位造成較大的負(fù)擔(dān)。產(chǎn)品的中部外圈采用類似齒輪的造型，便于抓握，增大手部與產(chǎn)品表面的靜摩擦力(圖二)。尾部蓋帽采用摩擦力較大的凹凸表面。背部扣夾采用鋁合金，其韌性較大，不易折斷，損毀，夾緊力更強(qiáng)不易掉落。指南針和溫度計(jì)采用滑軌滑入設(shè)計(jì)，利于固定方便拿取。

圖一

圖二

2.4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

探照燈內(nèi)部加入指南針，水平儀，溫度計(jì)，繩鋸以及打火石這些產(chǎn)品(圖三)?？紤]到產(chǎn)品會與頭帶配合使用，在探照器背部配有兩個(gè)金屬扣夾，方便夾在頭帶上。內(nèi)含有usb充電口可以做到?jīng)]電時(shí)，僅僅使用充電寶就能實(shí)現(xiàn)充電的要求，滿足戶外運(yùn)動愛好者身處戶外而沒有電源的苦惱，電池是使用帶續(xù)航能力強(qiáng)的高強(qiáng)度電池(圖四)。

圖三

圖四

圖四 圖五 圖六

光源主要使用LED照明，LED發(fā)光等。為方便聚光，使用一個(gè)白色光亮度高的5瓦的高性能LED。通過鏡子將它發(fā)出的光集中在一個(gè)較小的立體角內(nèi)，產(chǎn)生更大范圍的光強(qiáng)。LED發(fā)光原理告訴我們，當(dāng)電流通過半導(dǎo)體芯片的PN節(jié)點(diǎn)前進(jìn)時(shí)，電子被推入p區(qū)，在那里電子和空穴被合成，以光子的形式發(fā)出能量并發(fā)光。光的波長決定了光的顏色，而光的形成是由PN結(jié)的材料決定的。發(fā)光強(qiáng)度是指電流流過LED時(shí)，電流較小，發(fā)光強(qiáng)度較弱，但電流過大會導(dǎo)致LED壽命降低或損壞。功率的正向?qū)▔航礥F與一般的半導(dǎo)體的PN結(jié)一樣隨導(dǎo)通電流IF大小的變化不太大,一般UF在3.5V左右,(不同顏色的LED的導(dǎo)通電壓不盡相同)[4]。

打火石內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：整體采用錫制金屬作為外殼，隔熱，堅(jiān)固，錫管內(nèi)部附有一根圓柱形滑道，將圓柱形滑道分割為四等份，每一份的內(nèi)壁上附有具有摩擦力的火石摩擦面，其余部位填充浸滿汽油的棉絮，以便于多次使用。在尾蓋與錫管的銜接處采用橡膠圈一方面防止汽油滲漏，另一方面也起到防水的作用。

2.5 功能設(shè)計(jì)

在2/3處做一個(gè)環(huán)繞整個(gè)儀器的齒輪開關(guān)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一下為一檔普通模式，旋轉(zhuǎn)兩下為二檔強(qiáng)光模式，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為應(yīng)急模式(應(yīng)急燈亮起)。并且其內(nèi)部的應(yīng)急警報(bào)也會響起，其聲音傳播范圍可達(dá)百米。水平儀用于測量相對于水平位置的傾斜角、設(shè)備安裝的水平位置和垂直位置等。側(cè)部的打火石和繩鋸得組合使用可為使用者帶來火焰，指南針則可提供方向。

產(chǎn)品使用：

(1)紅色標(biāo)志表示的是燈具的充電狀態(tài)，綠色標(biāo)志的是燈的電池已經(jīng)充滿電了。

(2)在使用的過程中,導(dǎo)致光從黑暗時(shí),電池往往處于完全放電狀態(tài)，此時(shí)為了保護(hù)電池，應(yīng)立即停止使用，務(wù)必及時(shí)充電，不應(yīng)LED無光時(shí),才對其進(jìn)行充電,電池很容易損傷故障。

(3)鉛酸電池失電后容易硫化，電池不能再充電，必須及時(shí)充電。因此，電池最好在充滿電的情況下放置。如不常使用的情況下，一定要在3個(gè)月內(nèi)給燈充一次電，約8小時(shí)以上。

(4)在恒壓充電(又稱浮動充電)的模式下，必須嚴(yán)格控制充電的電壓。如浮充電壓太低，電池會出現(xiàn)不滿意的狀態(tài)，如浮充電壓太高，會造成充電過度。電壓調(diào)整應(yīng)以初始充電電流不超過0.3C(C為電池額定容量)為原則[4]。

3 救援探照燈設(shè)計(jì)方案

形態(tài)設(shè)計(jì)扁圓柱體,大光圈,大鏡面,背后可打開。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在不影響探照燈使用的前提下,采用一系列水平儀、火石和繩鋸等功能單一的小型戶外設(shè)備,合理設(shè)置在探照燈內(nèi)部。組合成一個(gè)新的,多功能的探照器。材質(zhì)分析外觀材料采用聚碳酸酯塑料(PC)熱塑性塑料,其特性為無色至淺黃色,透明,無毒無味,具有優(yōu)異的機(jī)械性能,包括抗沖擊性和抗蠕變性特別突出,耐熱性、耐寒性和耐候性都很好,具有自熄性和高透光性,易成型和加工,是一種綜合性能良好的工程塑料。適合制作外殼,手感光滑,細(xì)膩,外觀以一個(gè)圓柱形為主體,搭配條紋,適合抓握,符合人機(jī)工程原理,背部設(shè)計(jì)卡扣,可放在身體任何部位,更加人性化。顏色選擇黃藍(lán)警示色為主體色。

針對目標(biāo)人群的行為習(xí)慣以人機(jī)工程學(xué)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)此救援探照燈，探照燈采用機(jī)械性能穩(wěn)定的PC為主材料，將使用方式極大的簡單化，又不失產(chǎn)品的功能。力求目標(biāo)用戶能快速明白的熟悉此探照燈并給予極大的幫助。

4 結(jié)束語

本產(chǎn)品并不是簡單的構(gòu)圖或加減法關(guān)系，卻是一種文化存在，是設(shè)計(jì)語言中符號運(yùn)用和選擇的結(jié)果。其旨在減輕探險(xiǎn)者、戶外運(yùn)動人員和救援人員的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)今時(shí)代，熱愛極限運(yùn)動和野外探險(xiǎn)的人越來越多，中國的戶外運(yùn)動行業(yè)正在逐漸走向?qū)I(yè)化、大眾化。在挑戰(zhàn)自己的極限時(shí)，良好的安全保障也必不可少。對多功能探照燈的設(shè)計(jì)和研究也是為保障大家在戶外運(yùn)動和旅游探險(xiǎn)，開闊眼界時(shí)自身的安全。