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1、,人机工程学在牙刷中的 应用,07机Y3-周超,2010.12,人机工程学与牙刷产品设计的相关概念,1、牙刷产业分析,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
2、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，2
3、005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、人机工程学的涵义,人机工程学是20世纪初发展起来的一门独立的学科。该学科在美国被称为“Human Engineering”或“Human Factor Engineering”；大多数西欧国家将其称为“Ergonomics”；日本称其为人间工学；在我国还有人类工程学、人体工程学、人因工程学等名称。按照国际人类工效学学会(IEA)的定义，人机工程学
4、是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率，以及人的健康、安全和舒适等问题的学科 人机工程学是研究各种条件下的宜人性、生产效率和安全等综合性能的边缘性应用学科。,3.1、人机工程学为产品设计提供宜人的设计参数,绝大多数的产品都必须通过人的操作才能达到其为人服务的功能的目的。因此，产品必须紧紧围绕人的操作和使用方式来进行设计。而人在操作或使用产品时都离不开自身的生理条件和对产品的控制能力，超出这一范围，人们在使用这一产品时就会感到不舒服或达不到应有的使用效率。如对一些象牙刷之类的用于操作的用
5、品或工具，在设计时就必须考虑用于使用时的操作方式和手的活动范围，尽量减轻手的疲劳程度，获得最佳的使用效果和心理感受。因此，我们在设计对与手操作有关的产品时，首先就必须了解手的基本特征和尺寸，手指的活动范围，手的触觉对人心理的感觉特征等设计参数。,3.2、人机工程学设计准则,对于产品设计来说，使产品适合人的操作特征和最大程度地发挥产品的使用功效仅仅是一个方面。而另一方面，设计出的产品必须符合人们心理上对该产品的需求特征，即创造出与人的生理、心理机能相互协调的、宜人的产品形态。 在人机工程学的研究中，强调人机关系的相互协调和人与机在生理、心理方向的机能特征，为设计师设计它人的产品提供设计的准则。
6、所谓宜人的产品是指在产品的使用功能力面，能最佳适合人们在使用时的生理特征，使用方便，安全可靠，能最大程度地获得使用效能；在精神功能方面，能符合人们的心理特征，舒适贴切，具有与人们在情感方面交流的功能。,3.3、人机工程学提供设计理论依据,人机工程学在研究人、机、环境三个基本要素时，并不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将人和所使用的机及人与机所共处的环境作为个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人机环境”系统。在这个系统中，人、机、环境三个要素之间的相互作用、相互的依存关系决定着系统的总体性能。在人机工程学的人机环境系统设计中，通常是在明确系统总体要求的前提下，着重研究和分析人机环境三个
7、要素对系统总体性能的影响，应具备的各自功能及其相互之间的关系。如在系统中，人与机的功能如何分配；人和机所构成的人机关系如何影响环境；环境对人，对人机关系的反作用如何；等等。经过不断修正和完善三要素之间的结构和组成模式，最终确保系统最优组合方案的实现。,4、牙刷设计的人机工程学分析,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
8、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
9、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。,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。 （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。 （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
10、列呈V形）。,V型牙刷：,5、牙刷的日常保护,选择好一把适合自己口腔情况的牙刷后，还要懂得保护牙刷的方法。 （1）牙刷使用后要注意清洁，尽量甩掉刷毛上的水分，然后将刷头向上放于漱口杯中，置于干燥通风处。不宜放于密闭的牙刷盒中。 （2）尼龙丝牙刷毛可以制成不同的软硬度，弹性好，对牙齿的清洁作用及牙龈按摩作用均佳。经久耐用，而且干得快，因而多被采用。但尼龙丝受高温易变形，所以不能用高温水洗，更不能用煮沸的方法消毒。 （3）发现刷毛卷曲时应及时更换。,6、现有牙刷分析,1、牙刷分类，如图所示：,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
11、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25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(2020000Hz)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1600000 HZ声波，可有效清除各种细小污垢。但超声波的振动声会
12、使人产生不适。,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。,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
13、，从而降低菌斑的产酸力。,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
14、作用均佳，弹性好且耐磨，所以尼龙牙刷的应用更加广泛。 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0.18mm0.3mm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。,PBT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
15、药品性、耐光性和耐热性。 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。 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
16、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,（4）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。,
