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1、安全人机工程学 新型二合一牙刷安全人机工程学产品设计1、设计背景1.1产品开发原因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,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 。本小组成员对目前市场上的牙刷进行了调查分析,发现几乎所有的牙膏和牙刷都是分开使用的，消费者在使用时在一定程度上浪费了许多时间；另外，牙刷头损坏了，牙柄也得一起扔掉，这造成了资源的浪费。因此，打造一副合乎人机工程学原理的含膏牙刷是有必要的。1.2国内产品状况我国是世界上生产量和消费量最多的国家。拒不完全统计，截止2010年7月，我国的牙刷年产量已达到32亿支。在这样
2、一个消费环境下，我国的牙刷产品也是琳琅满目，基本上满足了大多数人的需要。但是，从这些牙刷的刷毛、刷柄、色彩以及使用过程等方面来看，一些产品存在明显的不足：比如牙龈刷出血、牙膏沫沾手、牙刷清洁力不够以及使用过程中不太方便等。这些都成为了新型牙刷研发的动力。1.3市场应用价值新型含膏牙刷从人机工程学的角度出发，充分利用医学、数理统计、色彩心理学等知识，对其进行了缜密的考虑。该牙刷避免了普通牙刷和牙膏分离的传统，在消费者使用时节约了大量时间；当牙刷头损坏时，可以对其进行 更换，节省了材料；另外，本产品也对刷毛的柔软度、刷柄的防滑性、色彩的鲜明性等角度进行了探讨。从而，方便更多人的使用，在市场上具有一
3、定的存活空间。2、产品设计原理2.1、牙刷刷头的设计2.1.1牙刷的使用方法极其设计指导牙刷的使用方法是我们研究牙刷的人机工程学的起点。我们每颗牙有五个面,即颊、舌、咬合及两个邻面，设计的牙刷应保证这五个面都能刷到，刷牙的方法、刷牙时间的长短、压力大小均是影响清洁效果的重要因素。另外据有关资料可知：刷牙方法有横刷法、贝斯法、旋转法等。横刷法因为被认为是造成契状缺损的重要因素之一,已渐遭淘汰。贝斯法使用最为广泛,清除牙颈部及齿龈沟内菌斑的效果好,且对牙龈有良好的刺激。 2.1.2刷牙压力及压强刷牙的压力指刷头对牙面的正压力。刷牙压强指牙刷与牙面接触后,刷毛单位面积上所具有的力。刷牙压力大小因人和
4、牙刷而异,儿童用力一般小于成人,电动牙刷所施之力小于手动牙刷。使用多大压力较为适当呢? Hasegawa等提出最适力的概念,他们认为最适力指清洁效果最佳,牙龈无疼痛感亦不出血时的刷牙压力。实验结果显示4-5岁儿童刷牙时,最适力为3N,成人最适力为3-4N。在这里,我们主要通过刷毛和刷头、牙刷颈部的弹力控制来调整人们刷牙的力度,避免伤到牙龈。结合以上分析,我们能很清楚的认识到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,牙刷设计应该有针对性,有具体的使用人群划分,划分的指导方针如下: (1)牙刷的刷头要适合个人口腔的大小,不宜过大,刷毛不能过硬、过密、过长
5、。(2)少年儿童、老年人或牙周病患者,应选用较软的牙刷。(3)吸烟、爱饮浓茶者,色素容易沉积于牙面,应选用中等硬度牙刷。(4)戴有固定正牙器或口腔内有固定修复体者,要在口腔科医生指导下选用特制的异形牙刷,如“V”形牙刷(刷毛毛束排列呈V形)。综上所述：我们给出了牙刷刷头的结构草图：2.2牙刷刷柄的设计2.2.1刷柄形状人手具有极大的灵活性。单就抓握动作而言,也有多种方式。其中主要的三种形式是前倾式、后倾式和无角度式。 根据人手腕部的受力特征,刷洗牙齿内侧,尤其是刷内侧后半部时,刷柄前倾时,人手腕部接近自然位置,手腕感觉最舒适。刷柄后顿时,手腕处于尺(挠)侧偏状态,感觉最不舒适。刷洗外侧牙面时,
6、牙刷沿着牙床垂直的方向上下移动。刷柄后倾时,人手腕部接近自然位置,手腕感觉最舒适。刷柄前倾时,手腕处于尺(挠)侧偏状态,手腕感觉最不舒适。刷洗上下咬合面时,直柄牙刷手腕感觉最舒适。刷洗前表面时,牙刷颈部后倾时,手腕感觉最舒适。因此应用于对牙刷设计的指导中,要特别考虑牙齿内表面,尤其是内表面后半部最难清洁,故应按该位置合理设计刷头与刷柄的夹角。在此位置,采用颈部前倾式牙刷刷柄,手的腕部受力状态较合理。2.2.2刷柄结构依据设计，保证外型美观，使用轻巧灵便，一般把1020g牙膏封装于手柄内，（通常人们刷牙每次用膏量为0.50.6g/次左右，经过研究证明：约有0.30.4g被浪费，而该牙刷手柄中由于
7、压入了气体，出膏后的牙膏会象摩丝一样膨化，因此牙膏量只需0.2g/次，在非常节约的前提下，可以用1个多月，真正意义上符合牙科专家的建议标准，和人们的生活习惯。刷柄结构采用部分空心设计，内设高压气体腔、手柄按钮、注膏口和导膏管等附属零件。 使用时通过手柄上按钮打开柄到刷头之间的导膏管，使密闭于柄内的高压气体推动活塞，牙膏便在活塞的运动下被推动，牙膏就可由导管送到镶在刷毛间的开口处。其开口处是一个橡皮开关，如受到牙膏的挤压，会弹性开口，牙膏就能挤到刷毛上。具体设计结构及各名称如下图所示：2.3牙刷尺寸的设计在这里,我们查阅了大量资料,并对获得的数据进行了详细分析。需要注意的是,在做统计测量时,计测
8、群体的选择与牙刷的使用群体应相同。例如,可以选择15-55岁的男女作为使用群体和计测群体。计测项目选择2.3.1手部主要包括拇指指幅、把握长度、把握直径、最大展曲角、最小展曲角、最大张弯角、最小张弯角 。2.3.2齿部主要包括牙床弯度和牙床高度。对160名成年男女的统计计测结果,统计计测值见下表：名称平均值标准差拇指指幅19.77mm1.47mm把握长度121.9mm3.5mm把握直径13mm1.2mm最大展屈角183183.38最小展屈角130.962.814最大张弯角249.343.708最小张弯角1142.43牙床弯度22.61.071牙床高度15mm2.6mm现在取把握长度把握直径、牙
9、床高度等几组数据进行计算，设计的尺寸应满足1555岁间90%人的使用：由表可得，另外又查百分比和变换系数表可得：90%对应的变换系数为1.282,10%对应的变换系数为-1.282。则：即牙刷的把握长度取117mm 126mm之间；同理，也可得到把握直径取11.5mm14.5mm之间；刷毛高度取11.67mm18.33mm.2.4牙刷色彩的设计产品颜色的不同在很大程度上影响使用者的心理状况，不同的色调、明度或彩度给人不同的心理感觉。在牙刷外观的设计过程中，应以柔和、温暖、悦目的中性浅色调为主，即以光谱基本颜色之间的复合浅色为主。如黄红之间的橘黄色、浅蓝色、红色等（暖色），或者黄、绿之间的草绿色
10、、苹果绿色等（冷色），令人久观不厌，心旷神怡。 3设计创新点3.1 膏刷合一 将牙膏放在牙刷内部是本产品的特色之一，这样省去了过去传统地在使用前挤牙膏的时间，方便且高效。3.2以人为本本含膏牙刷始终以人机工程学为理论依据，贯彻人机和谐相处的理念，综合考虑了刷头、刷柄的尺寸和结构设计。充分考虑牙刷合理的长度、宽度、厚度以及各个功能部分的比例关系，使得在刷牙过程中不会产生疲劳与把握的不适应。4.产品使用方法在使用本产品时，首先将牙刷取出，轻轻打开上膏按钮，储存在牙刷空腔内的浓缩高压牙膏就会像摩丝一样迅速膨化开来，只需挤出少量就能满足需要，这时位于刷头的橡胶开关就会自动打开，将牙膏均匀地涂抹于刷毛上
11、，然后就可以开始刷牙了；最后，刷完牙后，刷洗干净，以备下次再用。另外，待刷头损坏时，可随时将其拆下，恢复崭新的状态。5.注意事项（1）使用时要适当用力，防止按钮、开关断裂；（2）在储存或挤牙膏时，谨慎控制开关，防止牙膏外露；（3）尽量不要让水进入牙柄空腔内，防止牙膏变质；（4）在换刷头或挤牙膏时，小心谨慎，防止被塑料划伤；6.备注虽然本产品在一定程度上方便了一些消费者的使用，但由于时间的仓促和经验的欠缺，在结构的衔接和材料的选取上还存在些许的不足。比如消费者在使用过程中，牙刷的各个部分的受力情况；各部分的形态以及适应的范围；牙膏的设计以及使用者的刷牙习惯（如左撇子）等。展望当今中国牙刷市场，竞争异常的激烈，创新俨然成为整个产品的灵魂。开发和研究新一代牙刷，进一步挖掘科技的力量，发挥人类梦幻般的想象力，真正地实现人机环三者的和谐共处。到那时，我们完全有理由相信：科技，让生活变的更美好！ 9
