周树霞
摘要：人机工程学是一门边缘性学科，应用范围极为广泛，尤其是在工业设计中的应用。手工工具是我们日常生活中最常见的、必不可少的生活用品，在手工工具中涉及到很多有关人机工程学的原理，如人体比例尺寸、色彩设计等。所以本文研究人机工程学在手工工具中的应用，可以更好地服务于人们的日常生活，从而提高人们的工作效率。
关键词：人机工程学;手工工具;把手设计
中图分类号：TB472 文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2019）08-0057-02
人机工程学是研究人机系统中各个因素之间的相互作用，以及应用的相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和人类系统效能的一门边缘性的学科。手工工具是人们日常生活中无处不在的工业产品，而工具的设计、选择、评价、使用本身就是一项重要的人机工程学。手工工具的设计要体现人机协调关系，遵循以人为本的设计原则，设计出操作方便、使用安全，符合人的生理和心理的手工工具，提高人们的日常工作效率。
1人机工程学解析
1.1概念
人机工程学研究和应用的范围极广，它涉及到各个学科、各个领域，即是一门边缘性的学科，它具有现代各门新兴边缘学科共有的特点，如：学科命名的多样性，学科定义的不统一性，学科边界的模糊性，学科内容的综合性，学科应用范围广等。近几年，给人机工程的定义为：“人机工程学是一门多学科的交叉学科，研究的核心问题是不同的作业中人、机器及环境三者间的协调，研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和工程技术的多个领域，研究的目的则是通过各学科知识的应用来指导工作器具、工作方式和工作环境的设计和改造，使得作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高，它研究人、机及其工作环境之间的相互作用。
1.2人机工程学的特点
人机工程学是一门综合性的学科，它不仅应用于工业设计，而且还应用于其他领域，如：企业、人事、工厂、服装、家具、武器等，所以说人机工程学研究和应用内容非常广泛，但根本的研究方向却是通过揭示人——机——环境之间相互关系的规律，以达到确保人——机——环境系统总体性能的最优化在现代工业中。
人机工程的特点是在认真研究人——机——环境三个基本要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和设计的“物”以及与“物”所共处的环境作为一个系统来研究，研究的整体目标是为解决系统中人的安全、舒适、健康和系统的问题。著名的美国人机工程学及应用心里专家A·查帕尼斯说：“人机工程是在机械设计中考虑如何使人获得操作简便而又准确的一门学科”。
2人机工程学在手工工具设计中应用的总体分析
手工工具是人类进化的标志，是人类四肢的扩展，人类的手部是由骨骼、血管、神经、韧带与肌腱等所构成的复杂结构，所以，手能做复杂地而灵敏地握、捏、抓、夹、提等动作，有及其精细的感觉。工具使人类增加了人们的动作范围、力度，进而提高工作效率，由于手腕关节结构的关系，手掌只能做两个平面的运动，第一是掌屈和背屈之间的平面，第二个平面是桡偏和尺偏的平面。
我国是手工工具制造大国，生产传统的手工工具已有几千年的历史。近几年，来随着国内经济的快速增长，手工工具也日趋复杂化和人性化，但是在其设计中仍然还存在着设计缺陷，导致人们在日常的工作中不能舒适和安全地使用工具，并引发了人们在工作时生理和心理上的许多工作疾病。下面我们就对一些手工工具从人机工程学方面进行分析，如表1。
根据以上人机工程因素的分析，可以得出，导致手部的积累损伤疾病的原因主要來自两个方面：组织压迫和手指重复活动。所以，手工工具的设计需要从工艺、解剖、运动机能、人体测计、生理等各方面的知识加以考虑，绝不可孤立于其他相关条件，要相互协调。根据以上的产品分析得出手握式工具设计的一般性原则有：
1）必须有效地实现预定的功能。
2）必须与操作者的身体成适当的比例，使操作者发挥最大效率。设计还要按照作业者的力度和作业能力设计，所以要适当地考虑性别、训练程度和身体素质上的差异。
3）工具要求的作业姿势不能引起疲劳，避免重复性。
从解剖学角度分析以上产品可得出手握式工具设计的解剖设计原则包括：
1）避免静肌负荷。
2）保持手腕处顺直状态。手腕顺直操作、腕关节处于正中且放松状态，但是当腕关节处于掌屈、背屈、尺偏等别扭状态时，就会产生腕部酸痛，握力减小，引起键销炎等。
3）避免掌部组织受压。压力过大妨碍血液在尺动脉流通，引起局部缺血，导致麻木，刺痛等感觉。好的设计应该具有较大的接触面积，使压力作用不那么敏感。
人是人机工程学的主体，所以要以人为本进行产品设计，人是设计的重要目的，人的需要决定了产品的功能，人的尺寸决定了产品的结构尺寸。所以，要考虑到人群的不同需求进行设计，并且对单一的产品结构和形式要进一步地深入研究，最终满足人们生理和心理的需要。
3人机工程学在手工工具把手设计中的应用分析
手工工具，是用手握持，以人力或以人控制的其他动力作用于物体的小型工具，一般手工工具均带有手柄，便于携带，良好的把手设计可以使操作者使用时更省力，并且降低人的疲劳。所以，手工工具的把手设计是手工工具设计的重要设计部位。下面我们对一些手工工具的把手设计从人机工程学因素进行分析，如表2。
通过以上对把手设计的分析，我们可以总结出把手设计的主要因素包括：直径、长度、形状、弯角等，根据人机工程学原理，把手设计设计的科学依据为：
1）直径：把手的直径取决于工具的用途和手的尺度。一般精确握的把手长度为8mm—16mm，着力握的把手长度为30mm—40mm。
2）长度：把手的长度取决于手掌的宽度。一般人的手掌宽度在71mm—91mm之间，所以把手的长度一般为100mm—125mm之间。
3）形状：这里的形状指的是把手的截面形状，在一般的设计中，圆形截面形状最好，但是根据人们的需求也可设计为三角形和矩形，防止把手在手中的滑动，也增加了工具放置时的稳定度。
4）角度：一般的把手的角度为10°最佳。
把手的设计并不是说是弯曲形状的就是好的设计，设计依据还是要看人们在作业时手腕是否保持顺直状态。人机工程学的基本目的之一是在生产及使用设备过程中保证操作者的安全。因此，手工工具应满足安全需求，包括要消除被箝夹压伤和尖锐边角刺割挤伤等的危险，并在可能夹到手部的接触点进行修圆;动力工具则必须具备制动装置以便快速制止锯片或钻头的运动，动力开关的位置也必须快速执行开关的操作。
现在使用手工工具的人群越来越复杂化，所以每一类型的工具均要考虑到一些特殊人群的使用方式，例如：设计者必须周全设想左撇子在用手操作器具时的特殊需求;还要考虑性别的不同，在过去传统上全男士垄断的职业在今天已有愈来愈多的女士开始参与，因而工作工具及器物的设计也必须把男女两性在人体测计及其他人因差异考虑在内。
4结论
美国设计家普洛斯说：“人们总以为设计有三维：美学、技术和经济，然而更重要的是第四维：人性。”我国生产手工工具已有上千年的历史，但是很少对其进行改型设计，在市场上的产品样式多年如一，即使改造也是模仿国外产品。我国手工工具的现状是缺乏研发和设计、生产工艺落后、质量档次较低。设计必须“以人为本”，还要具有安全性、有效性、舒适性、持久性、可用性、还要有令人喜欢的外形，手工工具的人性化设计是改善手工工具质量的最主要和最舒适的途径之一。
