张道扬

摘 要 本文在现有的理论基础上，综合运用所学知识进行普通签字笔的人因工程改善，定量地、深入地研究签字笔的问题，并提出相应的解决方案，从而达到人性化的设计。以笔的外形构造符合手感舒适度为基础，运用人因工程学的理论在整体的结构功能上进行改良。根据调查问卷所反馈的信息提出两种改良方案，第一种方案用以解决不同厂家生产的签字笔零件难以相互配合的问题，第二种方案设计出多功能的新型签字笔，在使用方便的同时起到暖手的作用，解决冬天因为寒冷导致手掌僵硬难以书写的问题。

关键词 签字笔 人因工程 零件不匹配

中图分类号：D918.93 文献标识码：A

0引言

签字笔的使用率在所有书写用具中占到了最高的比例，但在生活中我们都或多或少的感受到签字笔的局限性，因此运用人因工程学对签字笔进行的改良是十分必要的。本文对调查问卷的结果进行总结分析，多方面的考量现有签字笔的缺陷，得出对当前的签字笔进行改良设计的两种方案，解决使用者所遇到的不便。

1方案具体设计

1.1调查问卷

为了更直观的获得签字笔使用者的意见，在网络上随机抽取了30位签字笔使用者进行了问卷调查。让他们结合日常生活中的切身体会填写问卷，后将问卷结果进行整理与分析总结，得出本文所提出的方案一与方案二。

调查问卷的内容如下：

（1）您平时生活中一般使用签字笔还是钢笔？

答：签字笔占21位；钢笔占9位。

（2）您觉得签字笔的哪个设计对您来说不够舒适？

答：笔杆相对太粗占9位；更换笔芯相对麻烦占9位；笔芯笔杆长度不匹配占12位。

（3）您是否认为现在的签字笔在携带方面不够便利？

答：认为不够便利的用户占15位；认为足够便利的用户占15位。

（4）您是否认为当前的签字笔功能单一，需要附加功能？

答：希望附加U盘功能的用户占21位；希望增加其他功能的用户占9位。

（5）您是否对当前的签字笔感到不满意？

答：认为不满意的用户占21位；认为满意的用户占9位。

根据问卷调查结果总结出目前的签字笔使用者中近70%对现有的签字笔不够满意，为签字笔的改良设计提供了市场需求，本文所提出的方案一针对大多数使用者所面临的“笔杆笔芯长度不匹配，替换笔芯相对麻烦”的问题进行改良。方案二则是对使用者提出的“当前签字笔功能单一”的问题进行改进，但并未采纳大多数使用者所希望的附加U盘功能，原因在于U盘只能附加在笔杆中间或者附加在笔杆尾端，当附加在笔杆中间时则有可能影响使用者的握笔状态，而附加在笔杆尾端时则会增加笔杆尾端的重量导致“尾重头轻”不方便书写，适得其反，故而提出了方案二中的改良计划。

1.2 设计方案一

采用如图1所示的墨水瓶，在其中填充墨水，用于墨水储备。使用外形如图2所示的笔杆，笔杆不同于普通签字笔之处在于原本笔芯的容器部分直接由笔杆代替，笔头密封安装在笔杆的最前端，笔杆尾端设计出采用螺纹结构，可以拆卸的后帽，螺纹结构的后帽与密封安装的笔头可保证笔杆中的墨水不会漏出，将图1所示的墨水瓶插入旋掉后帽的添加口中挤压灌注即可进行颜料补充。方案一中的签字笔除后帽部分可拆卸以外，其他部分无法拆卸。至于筆头的不同型号则是根据使用者的需求确定，如0.37型或0.5型。

该类型的签字笔可以使用相同的参数，在解决不同厂家所生产的笔芯笔杆长度不匹配的同时也方便携带。而该设计同样有利于环境保护与资源节约，不再浪费资源用于生产塑料笔芯和金属笔头。

1.3 设计方案二

外观与普通签字笔无异，墨水采用在室温下为固态，加热至45€癈左右后可融化为液态，停止加热之后可重新凝固回条形固态的丙烯颜料。墨水的填充则是购买为该设计专门提供的固态丙烯颜料，签字笔内部附加纽扣电池或者太阳能电池，通过开关进行控制，由于需要持续加热以保证书写的顺利，热量不断传递至手掌，解决冬天手掌僵硬不易书写的问题，起到类似于“暖宝”的作用。

将上述两种电源与图3所示的单头加热棒相连接为其提供能源使其发热，对丙烯颜料进行加热，以达到方案二的设计目的。

加热棒的选择是本方案安全性的关键。体积小、功率大，工作寿命长是加热棒的特点，在低功率的工作条件下能正常工作3～5年时间，采用管状结构使其热响应快，控温精度高，综合热效率高，加热温度高，最高温度可达150€癈。纽扣电池和太阳能电池板的电压足够保证该签字笔一次性工作5小时以上，不会出现中途断电的情况。

但由于加热棒可以将热量百分之百的传递，所以对于温度的控制十分重要，稍不小心就可能造成温度过高使签字笔过热无法使用的问题。但加热棒本身具有合理的公式，只要正确选择签字笔的电源，便可以控制温度，避免出现不安全的情况。

1.3.1加热管的设计计算过程

（1）计算从初始温度在规定的时间内加热至设定温度的所需要的功率。

（2）计算维持介质温度不变的前提下，实际所需要的维持温度的功率。

①初始加热所需要的功率：KW=（C1M1△T+C2M2△T） /+其中C1C2分别为容器和介质的比热（Kcal/Kg℃），M1M2分别为容器和介质的质量（Kg），△T为所需温度和初始温度之差（℃），H为初始温度加热到设定温度所需要的时间（h），kg/h，P最终温度下容器的热散量（Kw）。

②维持介质温度抽需要的功率：KW=C2M3△T/P+P，M3为每小时所增加的介质kg/h。

一般加热管的壁厚都固定为0.8mm，然而在根据加热管的工作环境不同时就会有不同的选择，比如压力大情况下，需要采用壁厚较高的无缝不锈钢管来制作电热管。

注：部分公式来源于百度百科，作者不详。

2 三维建模结果

3 总结

目前的签字笔最大的缺陷在于其功能过于单一以及不同品牌不同厂家所生产的签字笔零件难以相互替换的问题，撰写本文旨在提出两种解决目前签字笔缺陷的方案，使人们的生活更为便捷。

方案一用于改进 “不同厂家生产的签字笔配件之间难以相互替换相互配合”的问题，通过设计出统一参数的新型签字笔杆以及与之相配合的墨水瓶以解决该问题。方案二是在同时考量新型多功能签字笔的舒适度、安全性、可行性之后提出的，不过方案二在市场需求与电源连接部分还存在着一定的缺陷，市场需求方面没有经过全面的调查，难以定论该设计是否会获得社会的认可以及使用者的欢迎，之后的研究方向是完善方案二中的签字笔的电源部分，增加其设计参数，提升其安全性与可行性。

参考文献

[1] 孙淑洋.一种多功能签字笔[P].中国专利：CN 203032164 U.2013.07.03

[2] 张仕达.一种多功能签字笔[P].中国专利：CN 202764516 U.2013.03.06

[3] 周详.一种具有录像功能的签字笔[P].中国专利：CN202669280 U.2013.01.16.