基于人机工程学的多功能救援探照灯设计

田兴，李红玲，钟声，邱畅

(江苏师范大学科文学院，江苏 徐州 221116)

引言

现如今探险旅游与户外运动受到越来越多的人欢迎，与此同时所带来的风险与挑战也是极大的。性能优良的户外探险运动装备帮助人们更好地适应未知环境以便遇到危险能更好地处理。常见的登山装备：登山鞋，探照灯，背包等。但灯具一直存在功能单一的问题。因此，需要设计研究一款多功能组合设计的探照灯，让人们携带更轻便，功能更强大的同时也更加安全。

1 发展背景

在军事方面的使用开始于19世纪，但由于电子设备技术的发展，探照灯的用途开始向社会普及。现如今，用于救援及水下清淤，探险旅游等活动，探照灯是一种具有强大光源和凹面镜的装置，它能将光线集中到特定的方向，以实现远距离照明和搜索的目的。探照灯的种类：

普通型探照灯：一个简单的盒子中装有光源(经常是卤素棒)以及反射器(经常是球面镜)。

镜面型探照灯：置于曲面镜前的光源与透镜之间的距离可调节。

透镜型探照灯：光源置于球面镜前，光源前放置透镜(内平外凸)，所以又称凸透镜型探照灯。

现今市场中的探照灯在光亮度方面大多在200-300Lx，电源续航则在10h左右，救援设备种类多样，占用存储空间大，线锯长度过长，不易携带。材质在高温高压情况下容易损坏。并且不具有应急设备，无法使救援人员第一时间发现被困者。

2 救援探照灯设计定位

2.1 使用人群

本产品适用于喜欢户外运动的成年人，对于很多人来说使用方便灵活，小巧易携带。同时也适用于从事各种探险救援场景的工作者，能给探险救援工作带来很大的帮助。专业的装备能帮助救援工作者完成工作，也能使被困者完成自救。

2.2 材料分析

现今大部分材料采用的有PE,PC,PP。此次产品设计采用PC材质，相对于PE材料而言，PC材料具有更好的抗冲击性抗蠕变性，并且具有自熄性和高透光性，易于成型加工；与PP材料比较，耐热性、耐寒性和耐侯性好，不易老化磨损。所以选择PC作为设计产品主要使用的塑料材质。[3]

2.3 人机尺寸

基于人机工程学的基础，设计采用组合设计的设计方法，将探照灯与打火石，绳锯，水平仪，指南针等一系列的探险装备组合在一起。设计中强调人-机-环境的协调，着重体现人的主导性，满足人的使用需求和舒适度(图一)。产品尺寸直径8cm,厚度3cm，整体重量为150g,符合成年人的手掌尺寸，同时佩戴时也不会对头部等身体部位造成较大的负担。产品的中部外圈采用类似齿轮的造型，便于抓握，增大手部与产品表面的静摩擦力(图二)。尾部盖帽采用摩擦力较大的凹凸表面。背部扣夹采用铝合金，其韧性较大，不易折断，损毁，夹紧力更强不易掉落。指南针和温度计采用滑轨滑入设计，利于固定方便拿取。

图一

图二

2.4 内部结构

探照灯内部加入指南针，水平仪，温度计，绳锯以及打火石这些产品(图三)。考虑到产品会与头带配合使用，在探照器背部配有两个金属扣夹，方便夹在头带上。内含有usb充电口可以做到没电时，仅仅使用充电宝就能实现充电的要求，满足户外运动爱好者身处户外而没有电源的苦恼，电池是使用带续航能力强的高强度电池(图四)。

图三

图四

图四 图五 图六

光源主要使用LED照明，LED发光等。为方便聚光，使用一个白色光亮度高的5瓦的高性能LED。通过镜子将它发出的光集中在一个较小的立体角内，产生更大范围的光强。LED发光原理告诉我们，当电流通过半导体芯片的PN节点前进时，电子被推入p区，在那里电子和空穴被合成，以光子的形式发出能量并发光。光的波长决定了光的颜色，而光的形成是由PN结的材料决定的。发光强度是指电流流过LED时，电流较小，发光强度较弱，但电流过大会导致LED寿命降低或损坏。功率的正向导通压降UF与一般的半导体的PN结一样随导通电流IF大小的变化不太大,一般UF在3.5V左右,(不同颜色的LED的导通电压不尽相同)[4]。

打火石内部结构设计：整体采用锡制金属作为外壳，隔热，坚固，锡管内部附有一根圆柱形滑道，将圆柱形滑道分割为四等份，每一份的内壁上附有具有摩擦力的火石摩擦面，其余部位填充浸满汽油的棉絮，以便于多次使用。在尾盖与锡管的衔接处采用橡胶圈一方面防止汽油渗漏，另一方面也起到防水的作用。

2.5 功能设计

在2/3处做一个环绕整个仪器的齿轮开关，顺时针旋转一下为一档普通模式，旋转两下为二档强光模式，逆时针旋转为应急模式(应急灯亮起)。并且其内部的应急警报也会响起，其声音传播范围可达百米。水平仪用于测量相对于水平位置的倾斜角、设备安装的水平位置和垂直位置等。侧部的打火石和绳锯得组合使用可为使用者带来火焰，指南针则可提供方向。

产品使用：

(1)红色标志表示的是灯具的充电状态，绿色标志的是灯的电池已经充满电了。

(2)在使用的过程中,导致光从黑暗时,电池往往处于完全放电状态，此时为了保护电池，应立即停止使用，务必及时充电，不应LED无光时,才对其进行充电,电池很容易损伤故障。

(3)铅酸电池失电后容易硫化，电池不能再充电，必须及时充电。因此，电池最好在充满电的情况下放置。如不常使用的情况下，一定要在3个月内给灯充一次电，约8小时以上。

(4)在恒压充电(又称浮动充电)的模式下，必须严格控制充电的电压。如浮充电压太低，电池会出现不满意的状态，如浮充电压太高，会造成充电过度。电压调整应以初始充电电流不超过0.3C(C为电池额定容量)为原则[4]。

3 救援探照灯设计方案

形态设计扁圆柱体,大光圈,大镜面,背后可打开。结构设计在不影响探照灯使用的前提下,采用一系列水平仪、火石和绳锯等功能单一的小型户外设备,合理设置在探照灯内部。组合成一个新的,多功能的探照器。材质分析外观材料采用聚碳酸酯塑料(PC)热塑性塑料,其特性为无色至浅黄色,透明,无毒无味,具有优异的机械性能,包括抗冲击性和抗蠕变性特别突出,耐热性、耐寒性和耐候性都很好,具有自熄性和高透光性,易成型和加工,是一种综合性能良好的工程塑料。适合制作外壳,手感光滑,细腻,外观以一个圆柱形为主体,搭配条纹,适合抓握,符合人机工程原理,背部设计卡扣,可放在身体任何部位,更加人性化。颜色选择黄蓝警示色为主体色。

针对目标人群的行为习惯以人机工程学为基础，设计此救援探照灯，探照灯采用机械性能稳定的PC为主材料，将使用方式极大的简单化，又不失产品的功能。力求目标用户能快速明白的熟悉此探照灯并给予极大的帮助。

4 结束语

本产品并不是简单的构图或加减法关系，却是一种文化存在，是设计语言中符号运用和选择的结果。其旨在减轻探险者、户外运动人员和救援人员的负担。现今时代，热爱极限运动和野外探险的人越来越多，中国的户外运动行业正在逐渐走向专业化、大众化。在挑战自己的极限时，良好的安全保障也必不可少。对多功能探照灯的设计和研究也是为保障大家在户外运动和旅游探险，开阔眼界时自身的安全。