人机工程作业

人机学在牙刷中的应用与分析工造导语我国许多牙刷设计企业不重视甚至不了解人机工程学，在牙刷产品设计中只单方面在功能上改进，没有考虑用户的需求—“人的需求”。随着人类社会的发展，人们越来越重视健康。人的生活质量和健康在很大程度上依赖于人体同诸如生活用品、交通系统、衣着、工作和生活场所、以及娱乐活动等各种因素之间的几何关系。为了优化牙刷的技术设计，确保人与环境之间的协调性，必须量化牙刷与人机工程学的关系。而这种几何关系的确定基础就是人体测量及其测量数据。（1）对现有牙刷的资料进行收集，研究牙刷设计的现状；（2）在现状分析的基础上，提出基于人机工程学的牙刷新设计构想；（3）对牙刷设计构想进行定量或定性评价分析；建立牙刷计测数据，对新的测量数据扩展处理，以利于设计师在设计时进行人机工程学应用和评价使用。（4）进行人机工程学应用的原则，并指出应用的具体操作流程和方法，以利于设计师在工业设计中能更加方便的应用。1.牙刷市场分析中国是世界上牙刷生产量最大的国家：2004年产量约为35亿支,2005年产量约为50亿支，截止2006年7月的产量约为28亿支。同时,中国也是世界上牙刷消费量最大的国家：2004年中国大陆消费量为730595900支(约7.3亿支，约合人民币15亿元),2005年中国大陆消费量为890036200支(约8.9亿支，约合人民币18亿元),截止2006年7月中国大陆消费量为565603100支(约5.6亿支，约合人民币12亿元)。2004年中国大陆人均牙刷消费量为0.56支（1.18元），2005年中国大陆人均牙刷消费量为0.68支（1.41元）。换句话说，2004年中国人平均21.4个月换一支牙刷，到了2005年，中国人平均17.6个月换一支牙刷。这个趋势看来比较乐观：中国人在过去2年中牙刷更换频率增加了21%。按这样的发展趋势，到2011年，中国人可以半年更换一支牙刷；到2014年，中国人基本可以一个季度更换一支牙刷，达到目前牙医的建议――3个月更换一次牙刷。按这样的趋势，到2011年，中国大陆牙刷消费量将达到2617753529支（约26亿支），是2005年的2.92倍；到2014年，中国大陆牙刷消费量将达到5235507059支（约52亿支），是2005年的5.84倍，和2005年中国大陆牙刷产能基本一致。根据2006年7月统计结果，中国大陆牙刷平均零售价格为2.13元，2005年同期为2.07元，价格同比增长2.9%。按这样的价格增长趋势，中国大陆到2011年的牙刷消费金额约为68亿元人民币，到2014年的牙刷消费金额约为148亿元人民币。如此大的产业集群及消费情况表明，牙刷的合理设计对于行业来说显得十分重要。2.牙刷需求分析随着人们生活水平的提高，人们对自己的身心健康日益重视。“病从口入”这句话早已成为人们的口头禅，人们都知道对自己所吃的东西把好关。但是，人们却忽视了“病从口入”的另一个方面，那就是口腔卫生的问题。我们知道，口腔是人消化系统中的第一道关，牙科疾病将直接影响到人的消化。有关牙科专家指出，牙科疾病还会引起心、脑、脊柱等身体其他部位的一些疾病。据统计，我国超过70％的人有这样或那样的牙科疾病。可见，维护口腔卫生是非常重要的。刷牙是我们日常保持口腔清洁、健康的重要方法之一。它能消除口腔内软白污物、食物碎片和部分牙面菌斑，而且有按摩牙龈作用，从而减少口腔环境中致病因素，增强组织的抗病能力。刷牙对于预防各种口腔疾病，特别是对于预防和治疗牙周病和龋病等具有重要的作用。牙齿是人类赖以生存的重要器官，它是构成咀嚼器官的主要部分，也与语言、容貌和健康有密切关系。要想拥有一口健康漂亮的牙齿，除了养成良好的刷牙习惯和正确的刷牙方式外，备有一把设计合理的牙刷也是至关重要的。尤其是在牙刷的人机工程学上要考虑得尽量周到。于是，本文对目前市场上的牙刷进行了调查分析，把重点放在人机工程学上，对牙刷进行改进设计。人机设计流程图如下：性刷牙是保持口腔清洁的重要措施，它的作用是出去牙齿上的残存的食物，又不损伤牙龈组织。每一种牙刷都是针对某一使用者群体（如儿童）而设计的，它不可能适用于所有的使用者，所以，选择一把适合自己口腔情况的牙刷就显得非常重要了。3.产品分析1、牙刷分类牙刷可以分成四类：电动牙刷、手动牙刷、电子牙刷和磁疗牙刷。（1）电动牙刷电动牙刷是以电能为动力使刷头运动的一类牙刷。电动牙刷按刷头运动方式可分成三类：传统的横向移动式牙刷(可同时伴有纵向移动)，新颖的旋转式牙刷(可有顺时针和逆时针旋转两种)，近年出现的高频超声振动电动牙刷。旋转式电动牙刷：主要由防护罩、牙刷头、永磁式直流檄电机、手柄盒等组成。牙刷头的刷毛束沿周围单排交错分布，刷毛束之间保持2—5倍刷毛束直径的间隙。牙刷头是可装卸的。在使用过程中．牙刷头旋转．刷毛只有部分圆周面与牙齿接触，这种牙刷对清洁齿面效果明显，但对牙齿邻面的清洁效果不佳。超声波电动牙刷：超声波是指超出人耳可听频率段(20－20000Hz)的声波。目前已在半导体清洗、眼镜清洗等方面得到了广泛应用。超声波牙刷采用最容易渗透人体的1600000HZ声波，可有效清除各种细小污垢。但超声波的振动声会使人产生不适。（2）手动牙刷手动牙刷即无任何特殊装置的普通牙刷。握柄的角度是手动牙刷设计研究中的重点。手动牙刷的刷毛排列：近年来的一些文献显示刷毛的排列及刷头与手动牙刷的刷毛排列有以下几种：十字交叉式、高低交错式、锯齿状、垂直平齐式及专用于正畸病人的凹槽式。有研究认为，刷毛呈十字交叉排列的牙刷与垂直排列的牙刷比较，前者对邻面间隙和龈沟的清洁效果好，且对牙龈损害小。手动牙刷的刷柄与刷头所呈的角度：最常见的牙刷为直柄牙刷，此外，还有带有前倾角、后倾角的牙刷。（3）电子牙刷电子牙刷是刷头能够提供电子来破坏菌斑，从而达到保护牙齿的一类牙刷。电子牙刷所产生的电子与菌斑内的H＋结合，使H＋浓度下降，PH值上升，从而降低菌斑的产酸力。（4）磁疗牙刷磁疗牙刷是通过牙刷产生的磁场影响菌斑内乳铁质和转移铁，从而破坏菌斑，同时还能促进牙周血液循环的一类牙刷。磁疗牙刷对牙龈炎的改善作用较手动牙刷好。综上所述，目前的研究结果倾向于认为电动牙刷去菌能力优于手动牙刷，旋转式电动牙刷较侧向移动式清洁效果显著；超声电动牙刷除机械去菌斑作用外，声微流现象是其去菌斑的另一重要机制。2、刷毛、刷头与刷柄（1）刷毛的材料天然猪鬃：天然毛鬃牙刷比较柔软，其清洁效果及吸附牙膏较好，不伯热水烫，但干得很慢，不如尼龙丝刷毛美观，使用时间也较短。一般牙龈易出血的人宜选用刷毛较软的牙刷。尼龙丝：因为尼龙丝毛牙刷对牙齿的清洁作用及按摩作用均佳，弹性好且耐磨，所以尼龙牙刷的应用更加广泛。①尼龙纳米粘土复合材料尼龙纳米粘土复合材料是在尼龙里面添加了一种特殊的纳米粘土复合材料，使得尼龙的强度、韧度等物理性能大大提高。主要产品包括尼龙6、尼龙66等四大系列产品，有直径0.18mm－0.3mm各种规格。抗菌牙刷丝等新产品已进入小批量生产。“高露洁”、“两面针”、“芳草”等著名品牌牙刷的牙刷丝就采用此种材料。②PBT纤维PBT纤维是聚对苯二甲酸丁二酯纤维的简称。PBT纤维具有一下一些特点。a．它具有很好的抗倒毛性，以及良好的耐久性、尺寸稳定性和较好的弹性，且弹性不受湿度的影响。b．具有良好的染色性能，色牢度优良。c．具有优良的耐化学药品性、耐光性和耐热性。③聚丙烯刷丝(PP)采用纺丝级聚丙烯切片纺制，质轻、硬度高、弹性好，耐较高温度且无毒副作用，色泽艳丽经久不退，适宜做工业刷和民用生活用刷。规格为：直径0.20一0.30mm。④尼龙1010尼龙1010是中国独有的有机化工原料，无毒无臭，透明洁白。用尼龙1010切片纺丝成形的牙刷丝透明光亮，无色差，丝条均匀，弹性好，耐折挠，不易倒毛，质地刚柔相济。规格有：直径0.2mm，直径0.25mm和直径0.30mm三种。（2）刷毛质地从刷毛的质地上来说．有硬毛牙刷与软毛牙刷，还有中硬混合牙刷。硬毛牙刷对牙齿的清洁效果较好，但对牙齿的磨损作用和牙齿的损伤也较大；软毛牙刷能进入牙龈边缘以下及邻面间隙去除菌班，但对较厚的菌斑则不能完全去除。中硬混合牙刷，硬毛可有效清洁，中性毛可按摩牙龈。（3）刷毛排列目前市场上出现的牙刷，有四排毛、三排毛和二排毛三种。刷毛最多的50束，最少的14束。一般牙齿健康的成年人，以选用四排毛的牙刷为宜。这种牙刷刷毛弹性好，洁齿力强，刷牙时省力。儿童最好选用两排毛NJL童牙刷。其牙刷丝较软，能较好地保护儿童乳牙发育。有牙病的人或老年人应选择三排毛牙刷o这种牙刷刷头小，刷毛较软，使用时不伤牙龈，轻巧灵活。牙刷刷毛的排列也各不相同，有直线形、锯齿形、波浪形和v形。这些排列形式都能较好地消除牙齿缝隙间的食物残渣。牙齿比较整齐的可选用直线形牙刷；牙齿不太整齐的人最好选用v形牙刷。刷毛排列见下表所示。直线形REACH,Oral-B经典型，流线型黑人灵活锥形、Oral-B接触型锯齿形三笑No.D2001，No.D2016，Oral-B先导型，Colgate先驱型、全效型、旋风型、多功能波浪形，两面针No.L1，甜甜笑No.T9009，黑妹波浪形三笑No.D2002，No.998，Crest防蛀伴侣，Colgate适齿波浪形、超感型，梦仕No.MS-8010V形梦仕No.MS-8004，甜甜笑No.T9005，黑人“晶莹按摩”（4）刷头形状刷头形状见下表：方形三笑No.D2005圆拱形REACH，黑人“晶莹按摩”椭圆形三笑No.2016,Orai－B，Colgate，两面针，黑妹，Crest三角形三笑No.D2002，佳洁士;钻石形三笑No.998，三笑No.D2001，Colgate旋风型（5）刷柄材质、形状刷柄材质、形状见下表：刷柄材质塑料、橡胶刷柄侧面形状内弯直线外弯3、尺寸统计全长188.3mm10.8mm握柄长109.2mm8.9mm前柄长79.1mm10.3mm刷头长30.7mm5.06mm刷毛长11mm1.2mm刷毛长11mm1.2mm4、颜色分析在牙刷设计中，刷毛多采用代表清洁的白色、白色与蓝色相间、白色与绿色相间等颜色。而刷柄的色彩则有多种选择。不同的色相，如红、橙、黄、绿、蓝、紫、白、灰、黑等都有不同的色彩联想，所以并不是每一种色相都适合牙刷的设计，如黑色牙刷就非常少见。而且，不同的色调所引起的联想也不问。不同的配色产生的效果也不同。下面就与牙刷设计关系较为密切的色彩分析如下。1)色相引起的抽象联想红色：活跃、紧张、欢心、兴奋等。橙色：高兴、活跃、精神、热闹等。黄色：愉快、开心、明朗、精神等。绿色：年轻、新鲜、希望、平静等。蓝色：沉着、凉快、深远、诚实等。紫色：高贵、神秘、女性化、哀伤等。白色：清洁、纯洁、开明、和平等。灰色：沉着、抑郁、暗淡、冷漠等。黑色：阴沉、严厉、中立、沉重等。2)色调引起的联想强调：简洁、柔弱、愉快、凉爽、清澈、明媚等，适合用于牙刷设计。深调：充实、老练、传统、生动、高尚、趣味等，可选择性地用于牙刷设计。亮调：年轻、新鲜、开朗、健康、清澈、新潮等，可选择性地用于牙刷设计。暗调：朴实、充实、稳重、沉着、强硬、男性化等，可选择性地用于牙刷设计。3)不同的配色效果红、白、黑相配，有一种永恒的美感。如红色刷柄配白色的宁、白色的刷头。高明度的绿色与纯绿色相配，显得清澈、凉爽。低纯度的寒色与中性色相配，产生静感。白色与纯红的配色，有朝气蓬勃感。白色与绿色或蓝色的配色．有清爽、健康的感觉。5、功能分析1、刷柄结构典型的刷柄结构一般握柄主体细长美观，有塑胶垫防滑装置，不易滑脱。但该部位易积污垢，难于清洗。采用传统的直柄设计，握柄颈部细长，可以灵活地在口腔内移动。矩形截面可以防止刷齿缝时握柄的转动。但塑胶垫防滑装置易积污垢，难于清洗。握柄形状较美观，形似一柄羽毛，宽大的尾部有利于持握。但拇指和食指的持握处的形态语义不明确，持握时会感觉不适。握柄主体呈方形，颈部采用皱褶形减振装置，以吸收过大的力度，刷柄两侧均设有防滑颗粒，以免滑动。桥形减振装置，吸收过大的用力。有防滑装置。握柄主体采用不对称圆