骆欣光 陆 朋 王道帅 陈 琛

中国计量学院质量与安全工程学院，浙江 杭州 31 0018

人机工程学在多口径精准卷笔刀的设计中的应用

骆欣光 陆 朋 王道帅 陈 琛

中国计量学院质量与安全工程学院，浙江 杭州 31 0018

基于人机工程学的设计理念和原理，从外形、颜色、刻度盘、手摇柄以及笔屑盒等方面详细研究多口径精准卷笔刀的设计，旨在提高产品设计的科学性、宜人性。

人机工程学；卷笔刀；设计

前言

人机工程学是一门涉及诸多方面的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。人机工程学把人的因素作为产品设计的重要条件和原则，研究人和机器及环境的互相作用，以达到人-机-环境系统总体性能的最优化。当前，人因工程学的研究和应用越来越广泛。

卷笔刀自发明以来，都是削铅笔的利器，它能够利用刀片，轻易地将铅笔外围附着的木质材料清理干净，虽然目前市面上早就已经出现了方便使用的手摇式卷笔刀，而且其操作和效率远远高于原来的老式卷笔刀，但是关于其削出的铅笔芯粗细的精确性，仍无定论。所以，作者基于人因工程学，从更加人性化的角度出发，设计出一个能够精确测量出铅笔芯粗细的卷笔刀。

1 多口径精准卷笔刀结构设计与人机工程

1.1 多口径精准卷笔刀的外形及颜色设计

外形和颜色是产品给予用户的第一印象，也是吸引顾客注意力的重要因素，因此在产品设计中有着重要地位。多口径精准卷笔刀的外形采用长方体的形式，这样的结构设计简洁、明了、大方，能给人一种清爽的感觉。多口径精准卷笔刀的颜色以简单明了的单一的暖色调为基础色，针对不同的用户进行适当的调整。如针对成年人面向成年人，色彩上应偏向成熟，且大多应用于测绘、工程制图等工作领域，色彩不宜过于刺激与兴奋，也不宜沉闷，一般应采用蓝色调。针对中小学生市场，卷笔刀的外形和颜色会呈现多元化，如卡通等一系列小孩子感兴趣的主题。总之，多口径精准卷笔刀的外形和色彩设计会给使用者一种“舒适感”，更好地提高使用者使用产品的心情。

1.2 多口径精准卷笔刀的刻度盘设计

多口径精准卷笔刀刻度盘（如图1所示）是使用户直接从刻度盘上获知所削铅笔芯的粗细，以便获取自身所需的口径，这是多口径精准卷笔刀整个设计里的关键技术。人机工程学对刻度盘等显示设备的基本要求是能正确地将信息分配给合适的信息通道，确保信息顺利通过人机界面被为人所识别。在此基础上，传递的信息还应该产生情感或审美的愉悦，多口径精准卷笔刀刻度盘正是基于此而设计。就多口径精准卷笔刀刻度盘的外形而言，表1列出了刻度盘可采取的外形选项及各自的读书准确度人机统计结果比较，从中可知，圆形的刻度盘最大可见度盘尺寸最小，读书错误率最低，因此多口径精准卷笔刀刻度盘采用圆形。

表1 五种显示器读书准确度比较

图1 刻度盘

在正常的情况下，刻度盘中数字的尺寸大小与观察的距离有关，不同的观察距离条件下，字符的高度也是随距离的变化而变化，如表4所示。一般而言，

在观察削笔器时，人的视距在1m以下，因此数字高度设定为4mm最佳。

表2 一般条件下数字高度尺寸D与视距L的对照关系

刻度盘盘面部分是指针式仪表的重要部件，是仪表运行的指示部位，为了使盘面部分清晰、显眼，以及盘面、指针和字符既统一，又有重点，就要利用色觉原理进行色觉搭配，表3是配色清晰度排序表。根据综合因素，选择仪表颜色搭配为黑和白搭配，更为人性。

表3 配色清晰度排序表

1.3 多口径精准卷笔刀的手摇柄设计

人的操作是一种复合运动，动作的状态和过程因操作的对象不同而不同。同时，在不同操作条件下使用不同操作装置，肢体的最大用力数值是有差别的。因此，在设计操作装置时，应该按照用力的要求选择合适的操作方式，从而达到工作效率最优。从人机工程学上讲，在设计操作装置时，要避免静态下肌肉持续用力。一般来说，操作者保持某一姿势不动，无论这一姿势多么舒服，也会很快导致肌肉疲劳。肌肉在静态下持续用力时，肌肉组织收缩压迫血管，将阻碍血液循环和能量交换。有鉴于此，多口径精准卷笔刀的手摇柄采用360度旋转式摇杆，和原来老式削笔器相比，不仅省力还方便操作。为了是操作时手与旋钮间不打滑，将旋钮的周围设计成齿槽增加摩擦，如图2所示。

图2 多口径精准削笔器手摇柄设计图

手摇柄的直径应根据操作时手的活动部位而定，直径要以能够保证动作的速度和准确性为设计前提。表4显示的是手摇柄活动直径和操纵力关系之间的关系。手摇柄一般通过手指操作，其用力在10N以下，因此，其活动直径也应设计在10mm以下，换句话说，手摇柄的自身的直径应控制在5mm以下。

表4 手摇柄活动直径和操纵力关系

1.4 多口径精准卷笔刀的笔屑盒的设计

本着环保和方便的原则，多口径精准卷笔刀还设计了笔削盒用以盛装卷笔刀削出的笔屑。该笔屑盒位于整个卷笔刀的底部，其外形做成抽屉型：其一，抽屉型有利于操作者移出笔屑盒，倒掉笔屑；其二，设计成抽屉型，有利于增加笔屑盒的容量，减少抽出的次数；其三，抽屉型的笔屑盒可置于卷笔刀内部，有利于减少卷笔刀的用材，减轻卷笔刀的重量，同时，又不会影响其稳定性。

2 结语

本文结合人机工程学对多口径增加卷笔刀的外形颜色、刻度盘、手摇柄以及笔屑盒等特色结构进行了详细论述，突出了其对于铅笔芯粗细可测量的特性，充分考虑到用户的切身感受，设计出一个真正方便、快捷、宜人的卷笔刀。

[1]谢庆森，黄艳群.人机工程学（第二版）[M].中国建筑工业出版社，2009年.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.20.071

本文系2011年度浙江省大学生创新活动计划（新苗人才计划）立项项目“多口径精准智能削笔器的研制”（项目编号：2011R409004）阶段性成果。

骆欣光，中国计量学院质量与安全工程学院，产品质量工程专业本科生。