汽车维修手柄工具宜人性评价分析

        1 引言
        随着我国汽车保有量的不断增长，汽车维修市场规模越来越庞大，在汽车维修的过程中，维修车间的工人要经常频繁地使用手柄工具进行作业，手柄工具已经成为汽车维修车间不可缺少的有力工具。但长期反复使用不符合人机工程学的手柄类工具，容易造成工人并发肌肉骨骼疾病，严重影响工作效率。手柄类工具的宜人性设计对于工人的工作安全和健康，对提高汽车维修车间工人的劳动效率和工作的安全可靠性，以及对提高汽车维修的质量都有很重要的作用。为此，许多手柄工具制造商对于开发宜人性的手柄类工具表现出极大的兴趣，并以此作为产品的重要卖点。本文通过对汽车4S 店中的汽车维修手柄工具的宜人性进行调查分析，研究汽车维修手柄工具手柄的宜人性，对于工具生产厂家开发优质人性化的手柄工具具有非常重要的指导意义。
        2 手柄类工具宜人性评价指标
        为了设计具有宜人性的手柄类工具，有必要分析影响手柄类工具舒适性的因素。我们通过对相关的企业调查以及查询国内外相关文献得出了影响手柄类工具舒适性的因素，并提出了手柄类工具舒适性评价的相关指标。
        影响手柄类工具舒适性的因素有 6 点：功能因素；操作姿势和肌肉因素；手与手指的刺激和疼痛；手面的刺激；手柄的特点；美学。这 6 个因素我们可以归纳为三层含义：功能，操作姿势和外观。我们可以看出可靠性、功能性、合手性和易用性对于使用者来说与手柄工具使用的舒适性相关度最大。而实体设计、专业外观、样式和好看的颜色与手柄工具使用的舒适性相关度不大。我们在手柄工具的宜人性设计时应当予以重点考虑。
        3 影响手柄工具宜人性设计的因素
        由于手柄类工具直接与人发生作用的是手柄，人通过手柄对工具施加作用力来控制工具，因此手柄类工具宜人性设计的核心就是工具手柄的设计。工具手柄的宜人性设计我们首先得通过分析人体手部的尺寸和人手的生理结构来进行改进，其次我们可以通过对手柄的外观形态设计来增加手柄工具的舒适性，最后我们可能通改进手柄的材质来提高工具使用的舒适性。下面就从人手的生理结构、手柄的外观形态设计以及手柄的材质等方面分析影响手柄工具宜人性设计的因素。
        3.1 人手的生理结构
        我们的手掌上有丰富的肌肉，其中最丰富的是手部的指球肌、大鱼际肌和小鱼际肌，而肌肉最少的部位是掌心，布满神经末梢的部位是指骨间肌。因此，工具手柄的截面形状应该遵循人手的生理结构。根据人手的生理结构，在研究手柄工具宜人性时，将人的手掌分为A-L 区，通过工具手柄这些划定区域的刺激，我们能更科学地评价手柄工具的宜人性。
        3.2 工具手柄的形态
        工具手柄的形态是否符合人体手掌生理结构，对手柄工具的宜人性影响至关重要。在研究工具手柄的形态对手柄工具宜人性的影响时，可以从手柄的重量分布及重心、工具手柄的形式、工具手柄的截面形状以及手柄的直径与长度等进行分析。
        当手柄工具较重或操作势姿不当时，在工作时极容易造成骨骼肌肉的损伤，对工人造成生理和心理上的影响，这样会极大地影响工作效率和产品质量。因此，对于手柄工具的宜人性研究，工具手柄的重量分布和重心的位置对工具的宜人性有非常重大的影响。目前的手柄工具一般都是单手操作，一般的手柄工具的重量建议不应超过 2kg，重量最好控制在 1～2kg 之间，研究表明这一重量区间工人操作时舒适感最强。
        同时，要保证手柄工具的舒适性，手柄工具的重心应通过手抓握手柄的中心，这样在操作时手腕和手臂不会发生转动，手腕和手臂处不会承受扭力，手及手臂不会产生疲劳感。生产厂家在生产手柄工具时，会根据客户要求生产形态各异的手柄工具。手柄工具手柄形式的选择，关键取决于扭力的大小、零件的方位、工人的位置和接触零件的方式等因素。例如，工人在选择工具手柄形式时，要选择工作时手腕不需要弯曲的形式，应该使工作在各种操作状态下的手腕都保持伸直状态。
        我们经常用到的传统手柄工具的手柄是圆形截面，圆形截面不符合手抓握时的自然状态。当工作抓握不稳定时，手柄非常容易从手上滑落。三角形的截面：工具手柄太宽，并且不易握紧。与此同时，当手柄的转动时会压迫手掌，影响操作者手部的血液流动，使人指产生麻木感。正六角形和接近椭圆的截面：这种截面是较为理想的形态，贴近人手的生理结构，而且适合手柄工具工作的方向性，手握住手柄时会产生较大的摩擦力，最适合手的抓握。
        除了手柄的截面对手柄工具宜人性影响较大外，手柄的直径和长度对于手柄工具的宜人性也有一定的影响。由于人体的差异性，每个人的手掌大小各异，因此，工具手柄的直径及长度的选择也尤为重要。对于不同的手柄工具，例如汽车美容中用到的抛光机，工人在操作时对手臂施加的力要求不一样，直径及手柄长度也不同；由于维修工人性别、手长、手宽、手掌长度等不同，对于手柄的握持强度、手指力峰值等也不同，这就要求直径及手柄工具的握把长度也不同。比如，大手使用小跨度手柄工具，或者小手使用大跨度手柄工具，维修工人所用力就很大，这很容易使人在工作过程中产生疲劳。大量的研究表明，手柄工具最佳的握把范围大约在 40～50mm 之间。为了让维修工人有更多的抓握空间，我们建议 130mm 以上的握把长度比较舒适。但是，由于手柄工具不是固定的某个人使用，因此我们在保证手柄工具的性能的基础上，要使手柄工具兼顾宜人性要求，对于选择最佳的手柄直径及长度，一定要兼顾各项要求，综合考虑，这样才能发挥工具的宜人性。
        3.3 工具手柄的材质
        根据以上对手柄工具舒适度相关性图可知，当工人在使用手柄工具时，如果出现出汗、无防滑处理、手柄的潮湿感、手柄的硬度以及皮肤发炎等，这些都与手柄的材质有很大的关系，手柄的材料选择合理与否也会严重影响手柄工具操作的舒适性。目前手柄材质的选择主要从绝缘、质轻、耐磨、防潮防汗、握持力强等方面着手，因此大多数手柄选择木质、橡胶以及绝缘合成材料等。目前国外较为先进的手柄工具大多选用复合层板材料，这种材料能达到手柄工具的宜人性要求。有国内的厂家在设计制造手柄工具时，为了确保手柄有较好的握持感，让手与手柄之间有较大的摩擦力，往往对手柄部位进行表面贴层处理，这样可以使手柄工具具有较好的握持感，减少用力，防止手柄工具滑落等。
        4 汽车维修工具手柄宜人性评价分析
        为了更直观准确评价汽车维修手柄工具的宜人性，我们对宁波市几大 4S 店维修车间的手柄工具使用情况进行了调研。手柄工具使用起来是否舒适宜人，可以通过汽车 4S 店维修工人使用的主观感受来进行评价。为此，我们选取了宁波的 3 家规模较大的 4S 店维修车间的相同类的螺丝刀作为样本，操作者选取 4S 店有经验的师傅，通过他们使用的感受来评价不同形状手柄工具的宜人性。手柄的受力情况我们通过实验室压力传感器进行测量，通过实验数据与主观评价来研究维修工具的宜人性。本次测评选取了截面形状分别为圆形的、正六边形的和三角形的手柄。
        手柄的侧面形状分别为圆柱形、双圆锥形、圆锥形和反向双圆锥形，总共 12 个手柄形状不同的螺丝刀，手柄的表面都是经过耐磨、防滑处理过的。通过力传感器测得的轴向力和手指作用的合力，维修工人的主观感受（主要通过舒适度等级，将舒适度分为 0～5 个等级）来进行宜人性评价。维修工人使用螺丝刀进行作业时，通过力传感器测得的轴向力和手指合力随作用时间变化图。我们可以从图中看出在开始使用手柄工具时，手柄的轴向力大于手指的作用合力，随着作用时间增加，手指作用合力显著增加并大于轴向力，使用时间长了，容易造成手指麻木、疲劳以致出泡等不舒适的感觉。
        通过 4S 店维修车间工人对以上 12 种不同横截面和侧面形状手柄的螺丝刀在指定的使用时间内使用情况的反馈，我们通过获取的调研数据，得出如图 7 所示的不同形状手柄工具的舒适度等级图。从图中我们可以得出，圆形横截面的不同侧面形状的手柄工具，舒适度从高到低的是：反向双圆锥形、圆柱形、圆锥形和双圆锥形。正六边形截面不同侧面形状的手柄工具，舒适度从高到低的是：反向双圆锥形、圆柱形、双圆锥形和圆锥形。三角形截面的不同侧面形状的手柄工具，舒适度从高到低的是：反向双圆锥形、圆柱形、圆锥形和双圆锥形。就总体舒适度而言，侧面形状为反向双圆锥形的手柄工具舒适度最好，圆柱形的次之。横截面形状为三角形的手柄工具舒适度相对较好，正六边形的次之。
        通过力传感器测得的不同形状的手柄工具使用时手指作用的合力变化图中可以得出，就侧面形状而言，侧面形状为圆锥形的手柄工具使用时手指需要施加的力最大，圆柱形最小。就横截面形状而言，三角形横截面的手柄工具使用时手指需要施加的力最大，圆形截面的最小。综合两方面因素，可以得出侧面形状为圆柱形，横截面为圆形的螺丝刀使用时，手指需要作用的合力最小，使用起来要舒适。
        5 结 论
        手柄的形状是影响手柄工具宜人性的一个很重要的方面，工具生产厂家在设计时都会考虑手柄的造型是否宜人，在设计时可以充分利用人机工程学原理，针对人体手掌的生理结构，设计出适合工人操作习惯和舒适度强的手柄工具。除此之外，手柄的材质、花纹、耐磨度以及手柄工具的安全性、便携性、易用性也是值得考虑的因素。本文主要从维修工人使用主观感受来评价汽车维修工具手柄的宜人性，但是工具的宜人性不能仅靠单方面的指标来评价，需要综合各方面的因素来进行评价，使手柄工具在汽车维修过程中达到最佳舒适性，进而提高生产效率，减少人的疲劳与损伤。