（机械电子工程专业论文）hdz150药品装盒机的人机工程学研究.pdf

摘要 l i i i iii i i i i i ih i i i i i i i i i ii i h i i y 2 14 13 5 0 摘要 人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科，是优化人 机环境系统的重要方法。其设计思想是把人、机、环境三个要素作为一个系统 来研究，改进产品设备和作业环境的不足，使三者相互协调，以此提高设备的 综合性能。 药品装盒机作为医药产品包装的专用设备，广泛应用于各医药企业。2 0 1 0 年国家新版药品生产质量管理规范( g m p ) 的修订，对包装设备在安全性、方 便性、宜人性方面提出了更高的要求。基于以上要求，人机工程学设计将是其 解决的主要方法。本文以人机工程学理论为指导，通过药品装盒机的功能结构 和操作特点分析其人机问题，对药品装盒机外观造型、控制面板的人机界面、 色彩配置、标牌进行深入研究和分析，得出了药品装盒机人机工程设计的方法 和内容。 以江西万申机械有限公司的h d z 1 5 0 药品装盒机产品为代表，对其外观造 型、控制面板的人机界面、标牌、打印机构进行人机工程设计，得出其人机工 程设计的效果图。最后利用模糊数学综合评价理论，建立药品装盒机人机工程 设计的评价标准、评价体系和数学模型。并对具体产品h d z 一1 5 0 药品装盒机的 人机工程设计进行模糊数学综合评价。 关键词：药品装盒机；人机工程学；外观造型；人机界面；色彩；评价 a b s t r a c t e r g o n o m i c s i sa l lo p t i m i z e ds u b j e c tw h i c hs t u d i e s t h er e l a t i o n s h i pa m o n g h l m a n m a c h i r l ea n dw o r kc o n d i t i o n t oc r e a t eac o m f o r t a b l ew o r kc o n d i t i o nf o r d e o p i ea n dm a k et h ee q u i p m e n tm o r ee f f e c t i v e ，t h ee r g o n o m i c s c o o r d i n a t et h e r e l a t i o n s h i pa m o n gp e r s o n ，m a c h i n ea n dw o r k c o n d i t i o n p h a r m a c e u t i c a lc a r t o o n i n gm a c h i n ea sas p e c i a lh a r d w a r e ：f o rm e d i c i n a lp a c k i n g w a sw i d e l yu s e di nm e d i c i n ei n d u s t r y h i g h e rr e q u i r e m e n th a db e e nb r o u g h to u t v i a t h en e wr e v i s e dg o o dm a n u f a c t u r i n gp r a c t i c e ( g m p ) w i t hs a f e t y , c o n v e n i e n c e s a n de a s v u s e ， e r g o n o m i c s i sa p r i m a r y m e t h o dt os o l v ei t t h e r e f o r e ， a p h 姗a c e u t i c a lc a r t o o n i n gm a c h i n ew a sd e s i g n e d w i t ht h eg u i d e l i n eo fe r g o n o m i c s t h i sf a c i l i t yc o u l ds o l v et h ep r o b l e m so ns t r u c t u r ea n do p e r a t i o n l q a ea p p e a r a n c e m o d e l t h em a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，c o l o rc o l l o c a t ea n ds i g n sh a db e e ns t u d i e di nt h i s p a p c l s o m ei m p r o v e m e n t sh a db e e nw o r k e do nh d z 一1 5 0p h a r m a c e u t i c a lc a r t o o n i n g m a c h i n ed e s i g n e db yj i a n g x i w a n s h e nm e c h a n i c a lc o m p a n y f i n a l l y , f u z z y m a m e m a t i c sh a d b e e nu s e dt o e v a l u a t et h ee r g o n o m i c sd e s i g n a n dc r e a t ea n e v a l u a t e ds t a n d a r d ，e v a l u a t i o ns t r u c t u r ea n dm a t h e m a t i c a lm o d e l m o r e o v e r , t h e f u z z ym a t h e m a t i c sh a d a l s ob e e nu s eo nh d z - 15 0p h a r m a c e u t i c a lc a r t o o n i n g m a c h i n e k e yw o r d s ：p h a r m a c e u t i c a lc a r t o o n i n g m a c h i n ee r g o n o m i c s ；a p p e a r a n c e d e s i g n ；m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ；c o l o rc o l l o c a t e ；e v a l u a t i o n i i 第1 章引言 第1 章引言 1 1 课题研究的背景、目的及意义 1 1 1 课题研究的背景 计算机信息技术的高速发展，提高了人们对工业产品的消费要求，人们不 仅追求产品使用功能的齐全、操作的方便，同时对工业产品的创新性、外观性、 宜人性、环保性、审美感等提出了需求，丽且随着市场经济的高速发展，这些 因素在产品的竞争中占据了重要的地位。巍前企业为了提高产品的设计水平， 在薪产品进行开发的起始阶段就重点考虑了产鼎的宜人性、环保性、入机工程 等的需求，提高了产品工业设计研究的深度，为企业形象和产品的市场竞争力 提供了坚强的保障h ，2 。 包装枫是一种高技术密集型产晶，相应的代表产品为药品装盒机、真空包 装机、食品包装机和塑料包装机等【3 】。其中装盒机是现代药品加工过程中的主要 包装设备，同时也是世界包装市场的主流产品，各大装盒机制造商为了能在市 场中占较大豹份额，加大了对装盒机的研究和设计。然而好的装盒机产品不仅 本身具有很好的性能和质量，还应对装盒机的操作者提供更多的保护釉方便， 藤且这些都来于其优良的人机工程系统。随着2 0 1 0 年国家新版药品生产质量管 理规范( g m p ) 的修订，对药晶包装设备的人性化设计提& 了更高的要求。因 此人机工程学设计将是药晶装盒机未来研究的主要方法。 对国内主要药品装盒机进行分析，其人机系统存在的主耍问题有：装盒枫 底座普遍采用半封l 、羽的形式，产品在装配、调试和维护时给操作者造成了不便， 同时降低了装配质量；造型上色彩单调、搭配不当、体形庞大、线条生硬，给 操作者带来了心理和视觉的疲劳；装盒机使用材料不规范，污染药晶和包装盒； 打印装置受力不均匀，造成纸盒易破损、批号和出厂f j ：j 期打印不清晰；控制面 板与主机的风格不统一，布局不合理，操作不方便，缺少安全性。对于以上问 题，充分考虑操作者的生理和心理因素，从装盒机的造型、人枫界面、色彩、 标牌、打印装置方蕊比发，基于人机工程学理论对药品装盒枫进行设计研究。 第1 章引言 第1 章引言 1 1 课题研究的背景、目的及意义 1 1 1 课题研究的背景 计算机信息技术的高速发展，提高了人们对工业产品的消费要求，人们不 仅追求产品使用功能的齐全、操作的方便，同时对工业产品的创新性、外观性、 宜人性、环保性、审美感等提出了需求，丽且随着市场经济的高速发展，这些 因素在产品的竞争中占据了重要的地位。巍前企业为了提高产品的设计水平， 在薪产品进行开发的起始阶段就重点考虑了产鼎的宜人性、环保性、入机工程 等的需求，提高了产品工业设计研究的深度，为企业形象和产品的市场竞争力 提供了坚强的保障h ，2 。 包装枫是一种高技术密集型产晶，相应的代表产品为药品装盒机、真空包 装机、食品包装机和塑料包装机等【3 】。其中装盒机是现代药品加工过程中的主要 包装设备，同时也是世界包装市场的主流产品，各大装盒机制造商为了能在市 场中占较大豹份额，加大了对装盒机的研究和设计。然而好的装盒机产品不仅 本身具有很好的性能和质量，还应对装盒机的操作者提供更多的保护釉方便， 藤且这些都来于其优良的人机工程系统。随着2 0 1 0 年国家新版药品生产质量管 理规范( g m p ) 的修订，对药晶包装设备的人性化设计提& 了更高的要求。因 此人机工程学设计将是药晶装盒机未来研究的主要方法。 对国内主要药品装盒机进行分析，其人机系统存在的主耍问题有：装盒枫 底座普遍采用半封l 、羽的形式，产品在装配、调试和维护时给操作者造成了不便， 同时降低了装配质量；造型上色彩单调、搭配不当、体形庞大、线条生硬，给 操作者带来了心理和视觉的疲劳；装盒机使用材料不规范，污染药晶和包装盒； 打印装置受力不均匀，造成纸盒易破损、批号和出厂f j ：j 期打印不清晰；控制面 板与主机的风格不统一，布局不合理，操作不方便，缺少安全性。对于以上问 题，充分考虑操作者的生理和心理因素，从装盒机的造型、人枫界面、色彩、 标牌、打印装置方蕊比发，基于人机工程学理论对药品装盒枫进行设计研究。 第1 章引言 1 1 2 课题研究的目的及意义 药品装盒机是集机、电、液一体化的多功能产品，在其开发过程中，如果 仅仅考虑其高速、安全、功能的提高已无法达到设计的目的，而其药品装盒操 作中的宜人性和舒适性应该被更加的重视【5 】。对于国内主要的装盒机制造企业， 提高产品自身的竞争力，主要通过产品在可靠性、环保性等人机工程系统方面 进行改进。在借鉴国外装盒机先进制造技术的基础上，从装盒机外观造型、控 制面板的人机界面、色彩、标牌、打印机构等人机系统进行深入的研究，提高 设备的综合性能。 在查阅这一领域的相关资料和文献的时候，发现基于人机工程理论对产品 进行创新设计的很多，如运用在数控机床、医疗器械、家用电器等，但基于人 机工程理论对装盒机进行具体研究的文献很少，涉及的几篇文章只是对装盒机 人机界面进行了研究，而运用人机工程学理论去解决目前装盒机产品所出现问 题的研究没有。因此将人机工程学理论引入到药品装盒机的设计研究势在必行， 以此促使药品装盒机达到人机系统的最佳效率，提升劳动生产率及工作质量。 对江西万申机械有限公司的具体产品h d z 1 5 0 药品装盒机进行改进和创新设 计，获得了实用新型专利技术三项，产品通过了科技部组织的专家验收评审， 被认定为处于国内领先水平。给企业带来了较好的经济和社会效益，同时具有十 分重要的学术意义。 1 2 课题的研究现状 1 2 1 药品装盒机的发展现状 第一代装盒机出现在上世纪5 0 年代的欧洲，主要用于肥皂、牙膏等日用产 品的包装，随着制药企业的扩张，装盒机被大量用于了药品的包装。目前国外 药品装盒机的主要生产商有意大利的凯姆、德国的艾维克、瑞典的诺顿和美国 的罗曼可公司，其装盒机产品的制造设计处于世界领先地位。通过分析其产品 总结出以下特点：价格相对较高，装盒速度在1 3 0 盒m i n 的产品售价一般在1 5 0 万左右，而国内装盒速度为1 2 0 盒m i n 的装盒机售价仅在2 0 万左右；国外药品 装盒机产品外形普遍较大，长度都在4 m 左右，而且装盒机重达2 0 0 0 k g ，相对 第1 章引言 1 1 2 课题研究的目的及意义 药品装盒机是集机、电、液一体化的多功能产品，在其开发过程中，如果 仅仅考虑其高速、安全、功能的提高已无法达到设计的目的，而其药品装盒操 作中的宜人性和舒适性应该被更加的重视【5 】。对于国内主要的装盒机制造企业， 提高产品自身的竞争力，主要通过产品在可靠性、环保性等人机工程系统方面 进行改进。在借鉴国外装盒机先进制造技术的基础上，从装盒机外观造型、控 制面板的人机界面、色彩、标牌、打印机构等人机系统进行深入的研究，提高 设备的综合性能。 在查阅这一领域的相关资料和文献的时候，发现基于人机工程理论对产品 进行创新设计的很多，如运用在数控机床、医疗器械、家用电器等，但基于人 机工程理论对装盒机进行具体研究的文献很少，涉及的几篇文章只是对装盒机 人机界面进行了研究，而运用人机工程学理论去解决目前装盒机产品所出现问 题的研究没有。因此将人机工程学理论引入到药品装盒机的设计研究势在必行， 以此促使药品装盒机达到人机系统的最佳效率，提升劳动生产率及工作质量。 对江西万申机械有限公司的具体产品h d z 1 5 0 药品装盒机进行改进和创新设 计，获得了实用新型专利技术三项，产品通过了科技部组织的专家验收评审， 被认定为处于国内领先水平。给企业带来了较好的经济和社会效益，同时具有十 分重要的学术意义。 1 2 课题的研究现状 1 2 1 药品装盒机的发展现状 第一代装盒机出现在上世纪5 0 年代的欧洲，主要用于肥皂、牙膏等日用产 品的包装，随着制药企业的扩张，装盒机被大量用于了药品的包装。目前国外 药品装盒机的主要生产商有意大利的凯姆、德国的艾维克、瑞典的诺顿和美国 的罗曼可公司，其装盒机产品的制造设计处于世界领先地位。通过分析其产品 总结出以下特点：价格相对较高，装盒速度在1 3 0 盒m i n 的产品售价一般在1 5 0 万左右，而国内装盒速度为1 2 0 盒m i n 的装盒机售价仅在2 0 万左右；国外药品 装盒机产品外形普遍较大，长度都在4 m 左右，而且装盒机重达2 0 0 0 k g ，相对 第1 窝引言 来说意大剩凯姆公司的药品装盒机外形和国内产品相差不大；国外装盒机向高 速发展，其速度已经达到了6 0 0 盒r a i n 左右。其代表产品有意大利凯姆公司设 计的c a m k o 高速装盒机，该产晶通过滚筒在铅垂蔼内的高速旋转，完成药燕 和纸盒的包装泌7 j 。 我国早期的药蒹包装主要依靠手工装盒，其效率低下，随着国内机制纸盒 技术的进步和推广，推动了对药品装盒机产晶的需求。国内最早应用药品装盒 机出现在上世纪7 0 年代，主要应用于一些软膏帮药的生产厂家。为了提高装盒 效率，当时的天津力生制药厂进口了意大利“意玛”公司生产的全自动药品装 盒机，在机器的使用中，由于国内纸盒的质量和制作工艺无法满足装盒机的包 装要求，造成装盒机无法正常工作。到上世纪8 0 年代，国内药晶生产技术和纸 盒制造技术得到了的改进，一些国外装盒机产晶得到了正常的使用，但仅仅适 用于软膏剂类药晶的装盒。到上世纪9 0 年代，由于泡罩板状类药品的崽现，国 产药品装盒枫得到了迅速的发展，许多中小制药企业开始采购国产药品装盒机 来代替手工包装。与此同时，大量的药机制造企业开始研制生产功能更加完善、 装盒速度更高的药晶装盒机译，j 。 药品装盒机作为一种包装枫器，其药品的装盒速度是其主要的性能指标。 长时间来，由于国内包装材料的缺陷使得其装盒速度一般在5 0 8 0 盒m i n 之间， 面连续式装盒机的出现使得装盒速度达到了1 5 0 盒l m i n ，并采用了伺服控制系 统和人机界面操作系统，提高其装盒的稳定性和可靠性。这些新技术的应用都 很好的推动了装盒机技术的快速发展 1 0 , 1 1 】。 董。2 2 工业设计在药品装盒机设计中的应用 工业设计( i n d u s t r i a ld e s i g n ，简称i d ) 又称工业产品设计学，是指以工学、 美学、经济学为基础对工业产品进行设计，是一门综合性将工业产晶加以美化 与功能化的学科。其理论早在工业革命时期就出现了，经过多年的发展，被广 泛应用于机械产品的设计中。1 9 8 0 年国际工业设计协会对其定义为“就批量生 产的工业产晶面言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、 构造、形态、色彩、表面加工以及装饰以新的品质翻资格，叫做工业设计”。工 业设计思想所适合的产品，设计师们都有岛己的看法，但核心思想都是理解为 进行产鼹设计和使产品变得更好的辅助性设计，如包装、造型、色彩等。进入 第1 章引言 新世纪，工业设计将对企业自主创新能力和高新技术的发展提供强大的动力， 将作为先导产业推动国家制造业的生产能力。药品装盒机作为集机、电、液一 体化的高新技术产品，对制药企业的生产能力起着决定性的作用。所以，工业 设计在装盒机的设计与制造中占据着重要的地位，其主要表现在以下方面1 1 2 - 1 4 ： ( 1 ) 提高装盒机产品的整体性能。近些年国内药品装盒机技术得到了迅速 的发展，功能和技术得到了很大的改进，但整机性仍能无法和国外产品相比。 因此除了运用传统的设计理论及方法外，可以引入工业设计思想，使装盒机从 产品造型、功能、结构和材料协调统一，提高整机性能，满足用户的使用需求。 ( 2 ) 控制生产成本，提高产品的竞争力。装盒机是集多种技术于一体的产 品，其设计的困难比较大，研发的成本普遍较高。在满足产品功能的情况下， 如更多的应用工业设计的方法去指导对装盒机整体进行合理的设计，不仅使产 品结构更加合理紧凑，同时控制其生产成本，提高产品的竞争力。 ( 3 ) 提高装盒机的科技美感。科技美感是先进科学技术结合艺术美学相关 法则的一种设计理念，不仅注重环境和技术的人机问题，还结合时代性、流行 性等相关因素研究产品设计艺术的内涵、审美规律和发展趋势。 1 3 课题研究的方法和内容 1 3 1 课题研究的方法 人机工程学理论主要是通过收集和调查大量对象的相关信息，按照统计、 归纳的方法对信息进行分析得出其主要的人机问题，为后面的人机工程设计提 供了具体的研究内容。为了验证人机问题的准确性，可以采用观察法、录像记 录法和访谈法等调研方式。通过收集和整理国内主要药品装盒机的产品信息， 指出其人机工程系统设计中存在的主要问题，然后根据人机工程学的相关理论， 制定出设计方案，最后应用人机工程学设计方法来实现设计方案。人机工程学 的具体设计方法主要有以下四种【1 5 , 1 6 ： 1 ) 创新设计：创新设计是依据产品的发展趋势，根据新产品预期的功能要 求和性能指标，发挥设计者的创造力，利用已有的技术成果进行创新构思，设 计出具有新颖性、创造性及实用性的产品。 2 ) 绿色设计：绿色设计也称生命周期设计或环境设计，其主要方法是把环 第1 章引言 新世纪，工业设计将对企业自主创新能力和高新技术的发展提供强大的动力， 将作为先导产业推动国家制造业的生产能力。药品装盒机作为集机、电、液一 体化的高新技术产品，对制药企业的生产能力起着决定性的作用。所以，工业 设计在装盒机的设计与制造中占据着重要的地位，其主要表现在以下方面1 1 2 - 1 4 ： ( 1 ) 提高装盒机产品的整体性能。近些年国内药品装盒机技术得到了迅速 的发展，功能和技术得到了很大的改进，但整机性仍能无法和国外产品相比。 因此除了运用传统的设计理论及方法外，可以引入工业设计思想，使装盒机从 产品造型、功能、结构和材料协调统一，提高整机性能，满足用户的使用需求。 ( 2 ) 控制生产成本，提高产品的竞争力。装盒机是集多种技术于一体的产 品，其设计的困难比较大，研发的成本普遍较高。在满足产品功能的情况下， 如更多的应用工业设计的方法去指导对装盒机整体进行合理的设计，不仅使产 品结构更加合理紧凑，同时控制其生产成本，提高产品的竞争力。 ( 3 ) 提高装盒机的科技美感。科技美感是先进科学技术结合艺术美学相关 法则的一种设计理念，不仅注重环境和技术的人机问题，还结合时代性、流行 性等相关因素研究产品设计艺术的内涵、审美规律和发展趋势。 1 3 课题研究的方法和内容 1 3 1 课题研究的方法 人机工程学理论主要是通过收集和调查大量对象的相关信息，按照统计、 归纳的方法对信息进行分析得出其主要的人机问题，为后面的人机工程设计提 供了具体的研究内容。为了验证人机问题的准确性，可以采用观察法、录像记 录法和访谈法等调研方式。通过收集和整理国内主要药品装盒机的产品信息， 指出其人机工程系统设计中存在的主要问题，然后根据人机工程学的相关理论， 制定出设计方案，最后应用人机工程学设计方法来实现设计方案。人机工程学 的具体设计方法主要有以下四种【1 5 , 1 6 ： 1 ) 创新设计：创新设计是依据产品的发展趋势，根据新产品预期的功能要 求和性能指标，发挥设计者的创造力，利用已有的技术成果进行创新构思，设 计出具有新颖性、创造性及实用性的产品。 2 ) 绿色设计：绿色设计也称生命周期设计或环境设计，其主要方法是把环 第1 牵引言 境因素、预防产品污染作为产品设计阶段考虑的因素，提高产品的环境性能， 最大限度的减小产晶对环境的影响。为了使药晶装盒机在制造和使用过程中可 拆卸、易回收、保证生产过程中药品的安全和卫生要求，课题主要通过装盒机 外观造型件材料的选择和使用来实现。 3 ) 模块设计：模块设计是根据产最不同的功能划分出相应的模块，然后把 各模块协调组合在一起，进行产品的组合设计，产生多种不同功能或相同功能、 不同性能的系列产晶。 4 ) 变形设计：产晶为了满足市场及用户的需要，般都为系列化产品，对 每个型号的产品都运用创新设计进行改进，不仅提高了产品的成本，还延长了 产品的开发周期。如果采用变形设计，对产品不同功髓的地方进行设计，相同 功能部分仍采用同样的结构，以此来提高产品的综合价值。 综合运髑以上人机工程学设计方法对药晶装盒机进行人机系统设计，主要 从装盒机的外观造型、控制面板的人机晃面、色彩、标牌、打印机构进行设计。 1 3 2 课题研究的主要内容 本课题将从以下几个主要方面进行分析研究： ( 1 ) 基于人机工程学理论，从药品装盒机的外观造型、控制面板的人机界 面、色彩、标牌进行深入萋开究和分析，得出其人机工程设计的方法和内容。 ( 2 ) 对具体产品h d z 1 5 0 药品装盒机进行人机工程应用研究，完成药品 装盒机外观造型设计、控制面板的入枫界面设计、标牌的入性化设计，得出其 人机工程设计的效果图。 ( 3 ) 基于入机工程学理论，对产品h d z 。1 5 0 药晶装盒机的打印装置进行 优化设计。将打印轴与打印压块立柱设计成一体，增加缓冲减震结构，设计出 一种新的打印装遥，从丽解决原打印装罱受力不均匀、纸盒易破损、批号和出 厂e l 期打印不清晰等问题，得出其结构示意圈。 ( 4 ) 利用模糨数学评价理论，建立药盛装盒机人机工程设计评价标准、评 价体系和数学模型。并对具体产品h d z 1 5 0 药品装盒机的人机工程设计进行模 糊数学综合评价。 第1 章引言 1 4 课题研究的框架 本课题研究的基本框架如图1 1 所示。 图1 1 基本框架图 6 第2 章药品装盒机外观造型人机一j ：科学研究 第2 章药品装盒机外观造型人机工程学研究 2 1 药品装盒机外观造型分析 2 1 1 药品装盒机的结构与造型设计 药品装盒按其结构形式主要有卧式装盒机、立式装盒机两大类，虽然造型 结构不同，但总体上主要由工作台、箱体、控制系统三大部分组成，如图2 1 所 示，其各部分结构具体功能如下【1 7 】： 幽2 1 约品装盒机的结构 ( 1 ) 工作台：药品装盒机在工作台主要完成药品输送、说明书折叠与输送、 吸盒、装盒、封盒、打印等工序，因此它主要包括了折纸机构、说明书传送系 统、插舌机构、打印机构、不合格品剔除装置等，是完成药品装盒的执行系统。 ( 2 ) 箱体：药品装盒机的箱体主要用来包络其传动系统和动力系统，动力 系统包括动力机、润滑系统、真空吸气装置以及电气控制柜，主要为装盒机装 盒提供动力源。传动系统主要是把动力和运动传递给执行系统的中间装置，如 第2 章药品装盒机外观造型人机一j ：科学研究 第2 章药品装盒机外观造型人机工程学研究 2 1 药品装盒机外观造型分析 2 1 1 药品装盒机的结构与造型设计 药品装盒按其结构形式主要有卧式装盒机、立式装盒机两大类，虽然造型 结构不同，但总体上主要由工作台、箱体、控制系统三大部分组成，如图2 1 所 示，其各部分结构具体功能如下【1 7 】： 幽2 1 约品装盒机的结构 ( 1 ) 工作台：药品装盒机在工作台主要完成药品输送、说明书折叠与输送、 吸盒、装盒、封盒、打印等工序，因此它主要包括了折纸机构、说明书传送系 统、插舌机构、打印机构、不合格品剔除装置等，是完成药品装盒的执行系统。 ( 2 ) 箱体：药品装盒机的箱体主要用来包络其传动系统和动力系统，动力 系统包括动力机、润滑系统、真空吸气装置以及电气控制柜，主要为装盒机装 盒提供动力源。传动系统主要是把动力和运动传递给执行系统的中间装置，如 第2 章药品装盒机外观造型人机： j 程学研究 凸轮和齿轮传动机构。 ( 3 ) 控制系统：主要包括手动调节装置和控制面板，是控制协调动力系统、 传动系统、执行系统之间的运行，使其准确无误的完成装盒的功能。 药品装盒机外观的结构方式主要由功能决定，而结构与造型有着密不可分 的关系，从药品装盒机的组成结构可以发现，外观造型很大程度上依其结构而 独立存在，达不到人们对其安全性、可靠性、宜人性的要求，因此传统装盒机 的造型已无法满足其发展需要，迫切需要改变。通过人机工程学理论将装盒机 的结构与外观造型有机的结合起来，得出新的外观造型，不仅保证了装盒机产 品的性能，而且最大限度的提高了产品的安全性、可靠性、宜人性以及艺术性。 2 1 2 药品装盒机外观造型风格 产品的造型风格主要由结构件、材质、色彩、线条、组合关系等要素来决 定的，各要素作为设计表达的一种语言，形成了产品风格设计的内容。对于药 品装盒机而言，其风格设计的内容主要包括造型、线条、色彩、人机界面。为 了使商家更好的去体会和喜爱产品的造型风格，因此处理各要素之间的协调关 系则是至关重要的。如果能够合理的整合各要素对整机加以开发，对产品造型 风格的形成则起到积极推动的作业，同时可以方便用户对装盒机品牌的识别。 药品装盒机经过多年的演变，形成的外观造型风格主要有以下三种： ( 1 ) 外露式j x l 格 图2 2 外露式风格药品装盒机 第2 章药晶装盒机外观造型人机工程学研究 国内第一批药品装盒机出现于上世纪九十年代，当时其外观造型主要采用 外露式风格，如图2 2 所示。装盒机工作台上各结构部件为裸露形式，并且采用 直线条形式，无相应的防护装置和门、窗。同时底座采用全封闭的箱体结构， 色彩以大面积灰色为主，给人一种生硬、凌乱的感觉。 ( 2 ) 直线方箱风格 幽2 3 直线万箱风格药【! l 装盒机 随着装盒机装盒速度的提高，在装盒过程中其使用的安全性、操作的舒适 性、宜人性等逐渐被人们所重视，对装盒机外观造型提出了更高的要求。这一 时期其外观造型的风格发生了较大的变化，工作台上的外观件不在是裸露的形 式，而是通过方形的防护外罩进行包络，以保护工作台及其药品不受外界环境 的污染。防护外罩的材质多采用透明的有机玻璃，方便工人对装盒机工作区进 行监视。同时其显著的变化是在防护外罩上开设了扇形的门窗，供操作者对装 盒进行调试或者处理应急的故障。装盒机的底座无明显的变化，仍采用全封闭 的方箱形式。装盒机造型的线条采用直线形式，增加了过渡的圆角或者直角， 但整体造型给人还是一种方正的感觉。如图2 3 所示，即为这一时期药品装盒机 直线方箱的设计风格。 ( 3 ) 斜线梯形风格 随着工业设计的发展，特别是在产品造型设计中的应用，使得装盒机的造 型风格也发生了较大的变化。如图2 4 所示，其主要的变化体现在防护外罩的造 型以及和箱体的结合上，防护外罩采用斜线梯形造型带给操作者舒适、轻便的 感觉，一些卧式药品装盒机甚至采用了正梯形和倒梯形组合的方式，改变了以 往方正笨大的印象，带来的则是轻巧稳定的视觉效果。对于观察窗的设计，以 第2 章药品装盒机外观造型人机j i ：程学研究 前主要采用把手推拉的方式，现在则采用向上的敞开式观察窗，为了和整体相 协调，把手则横向放置于观察窗上，其表面色彩则为给人醒目的红色。 图2 4 斜线梯形风格药品装盒机 通过分析和研究药品装盒机的造型风格，得出了装盒机各结构部件的造型 特征与整体造型之间的关系，对其设计风格的形成有着重要的指导意义。整体 造型是通过各结构部件造型特征的集合体现出来的，而且这个集合必须是各结 构部件的造型协调组合在一起。因此在装盒机的造型设计中，要准确的把握其 造型风格的变化和趋势，注重对整体造型影响的各要素之间的风格变化和组合 方式，更加严谨的分析和解决装盒机造型设计的问题。 2 1 3 药品装盒机造型风格的形成 药品装盒机按其包装形式的不同，主要分为药瓶型、针剂型、泡罩板型、 软管型装盒机，各种装盒机所用纸盒、说明书的纸质要求都应符合j b t 1 0 6 4 0 2 0 0 6 中的规定，其具体规定如表2 1 所示： 表2 1 装盒机所用纸盒、说明书纸质要求 缳 暌鬣及 镛 麓纸绞路方秘墼袭餐注 太纸鑫 1 3 0 0 - 3 5 0 ) ) 1 3 d 0 ) l 醪r n 颤鑫长方向鞔铡鑫 喳缎盎 2 5 0 l 期o 嘹) 咖 赖禽长方向挽刳盘 h 嬲舭 。抽、。山。一： 囊蠢孽：短边澍角线长壤完整l m m “7 。”。”w n1 捌矿8 搿h 垂盥事缒逑对角拽长缱宠差l r a m 1 0 第2 章药品装盒机外观造型人机：r 程学研究 对于各种形式的装盒机，其所使用的包装物也应符合以下要求：泡罩板应 平整，高度不得低于4 m m ；玻璃瓶应为规则形状，其壁厚不得低于1 5m m ；针 剂应有塑料托，并人托后有卡口卡紧。虽然它们型号名称不同，但其风格的设 计应统一，以达到产品的系列化要求及生产，同时对于企业品牌的识别和推广 也起到积极的作用。图2 5 为江西万申机械有限公司生产的系列化装盒机产品， 其中a 为泡罩板型药瓶装盒机，b 为软管型药瓶装盒机，c 为针剂型药瓶装盒机， 虽然三种装盒机结构各不相同，但体现这一系列药瓶装盒机的造型风格的主要 要素都是相同的。分析图2 5 ，可以发现药瓶装盒机都为外露式风格，即工作台 为裸露的形式，箱体采用全封闭式结构，整体线条为直线形式，无曲线的变化 和圆角的过渡。因此在产品的造型设计，通过对某些造型要素重复地使用，并 且和主体协调的组合，以此形成了这一系列装盒机造型特有的风格。 ( a ) 泡罩板型 ( b ) 软管型 ( c ) 针剂型 图2 5 江西万中药品装盒机 1 1 第2 ：章药品装盒机外观造型人机工程学研究 研究设计风格主要是为了研究装盒机产品造型设计中风格的形成过程，用 于指导装盒机造型设计中各主要要素的设计内容以及人机工程学体现。 2 1 4 药品装盒机造型风格的未来趋势 新材料、新工艺的出现，推动着工业设计的快速发展，产品的风格设计变 得更加的灵活和自由，给设计师发挥创意空间带来了更大的机会。因此，未来 装盒机的造型风格将向着人性化、集成化、规范化、绿色制造等趋势发展 18 - 2 1 】。 ( 1 ) 人性化的造型风格设计。随着人机工程学理论在产品设计中的应用， 装盒机的造型风格将越来越多的体现出人性化设计的特点。常见的装盒机造型 面主要有平面、斜面和曲面，当然三者之间组合使用也是一种较好的方式，面 与面之间主要采用直角、斜角或者圆角进行过渡。这些新造型的出现都是为了 更好地提高装盒机产品的外观质量、使用宜人性的要求。 ( 2 ) 集成化设计风格。集成化设计是工业设计最重要的一种设计方法，为 了使装盒机的造型风格与环境和各造型要素形成统一协调的风格，从整体集成 的方向去对装盒机的造型风格进行设计。 ( 3 ) 产品风格将规：范化。产品的造型风格对于树立企业形象、识别企业品 牌有着主要的作用，因此装盒机造型风格要向规范化发展，保证其风格的创新 性和统一性。 ( 4 ) 绿色制造将更多的用于装盒机的外观造型设计中。绿色制造是综合考 虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，装盒机的造型设计也应该更多的考虑 材料和环境的绿色设计。 2 2 药品装盒机外观造型与人机工程需求分析 药品装盒机的人机工程学设计，主要是通过人机工丑巾- - 3 e 学理论的相关原则和 方法作为指导，分析使用者在操作过程中的心理、生理方面的特点，得出操作 者对产品的使用需求，并按照此需求对装盒机造型进行人机工程学设计，为产 的品创造良好的人机使用环境。从使用者角度出发，装盒机造型的人机工程需 求主要为三个方面：安全性、操作方便性、造型宜人性2 2 - 2 4 。 1 2 第2 章药品装盒机外观造型人机工程学研究 2 2 1 安全的需求 安全的保障是产品在使用过程中最基本的需要。对于药品装盒机而言，其 设计中应当充分考虑安全的因素，其中防护装置是主要的安全设计要素，它又 包括自身造型和位鼍的设计，具体的造型可以结合工作台各部件的结构和使用 注意事项进行设计，其位置更多的是结合人体生理尺寸进行设计。应急按钮是 装盒机必须安装的保护装置，他的目的在于当操作者的操作发生错误或者装盒 机出现故障时，操作者能够快速的按下应急按钮，让装盒机停止工作。如果应 急按钮的造型和所处的位置不利于操作者使用，对于操作者的生命安全将是极 大的威胁。 2 2 2 操作方便性的需求 高速、高精度、自动化是装盒机技术发展的趋势，要满足这些要求，其操 作的方便性也要提高。药品装盒机操作的方便性主要从两个方面进行考虑，一 是装盒机显示控制区，将在后面的药品装盒机控制面板的人机界面研究中进行 分析。二是装盒机的安装、调试和维护，主要体现在装盒机底座的造型设计上。 药品装盒机在工作台面主要完成药品输送、说明书折叠与输送、吸盒、装盒、 封盒、打印等工序，安装于装盒机底座内的凸轮机构是完成这些工序的传动系 统，而底座采用前后、左右面封闭的箱体，当对箱体内各部件进行装配时，只 能在一个狭小的空间凭借经验完成。这不仅造成安装调试的不便，特别给使用 和维修造成极大的困难。 2 2 3 造型宜人性的需求 装盒机造型不仅要满足其使用安全和操作方便性的需求，还要满足操作者 在精神上对装盒机造型的需求，即装盒机造型宜人性的需求。药品装盒机是一 种高科技、高效率、高精密的包装设备，长时间的使用，会给操作者带来一种 冷漠和厌恶的感觉，给操作者精神上产生较大的压力。因此如果能在装盒机和 操作者之间建立一种和谐的情感，给操作者带来精神上的愉悦，装盒机的工作 效率将会得到提高。现在一些装盒机的造型中开始使用曲线和曲面造型，使装 盒机整体外观简洁大方，带给操作者亲切的感觉。 第2 章药品装盒机外观造型人机工程学研究 2 3 药品装盒机造型的模块化设计 模块化设计是人机二 程学未来研究的主要方向之一。近年来许多产品的造 型设计中都运用了该理论，通过把产品的结构划分为相应的模块，分析各模块 之间的功能和关系对其造型进行设计，同时处理好各模块与整体之间的协调。 对于装盒机的造型设计，同样可以采用模块化的设计思想，根据装盒机的功能 结构其模块主要划分为底座、机身、控制面板和整体造型。在满足其结构的前 提下，各个模块设计的同时结合整体造型进行考虑，来增加产品的使用和形体 美感，使装盒机外型与结构达到和谐统一。对于装盒机造型模块的具体划分如 图2 6 所示： 图2 6 药品装盒机造型模块划分 2 4 药品装盒机外观造型的绿色设计 随着2 0 1 0 年国家新版药品生产质量管理规范( g m p ：) 的修订，对药品包装 设备提出了更高的要求，其中明确规定【2 5 ：( 1 ) 设备的设计、选型、安装、改 造和维护必须符合预定用途，应当尽可能降低产生污染、交叉污染、混淆和差 错的风险，便于操作、清洁、维护，以及必要时进行的消毒或灭菌；( 2 ) 生产 设备不得对药品质量产生任何不利影响。与药品直接接触的生产设备表面应当 平整、光洁、易清洗或消毒、耐腐蚀，不得与药品发生化学反应、吸附药品或 向药品中释放物质。根据以上要求，提出了对药品装盒机材质进行绿色设计。 产品的美主要是通过其形、色和材料来体现的。更多新材料及其新工艺的 出现给装盒机材质提供了丰富的资源。材料本身固有的色泽已无法满足人们的 1 4 第2 章药品装盒机外观造型人机j 1 ：程学研究 要求，而是通过对材料进行表面涂饰或表面处理，形成不同质感不同色彩的材 质，给产品造型带来多层次的色光效果。除此之外，材料的绿色设计也越来越 被重视，即产品的在设计初始，就要把保护环境、节约材料考虑其中，不仅从 设计上满足环境保护要求，还要从材料的循环利用上满足环境的要求。如现在 越来越多的复合材料用于产品的设计中，不仅满足质轻、强度高、耐腐蚀、绝 缘、耐瞬时高温、传热慢、防水、易着色，成型方便、具可设计性等优点，而 且设计自由度大、加工性能好。因此材料的绿色设计，是装盒机造型设计必须 重点考虑的问题。对于装盒机外观造型的绿色设计考虑的因素主要有两个方面， 首先是装盒机外观件绿色材料的研究，其次是装盒机造型的可拆卸性设计。 2 4 1 装盒机外观件绿色材料的研究 绿色材料主要指在满足产品功能的要求下，对操作者的身体无害而且可以 回收利用的材料。在产品制造、使用和后置处理等各个阶段，发挥其最大的资 源利用率，且对环境的影响最小。在产品的设计中，其绿色材料选择的三个原 则为【2 6 - 2 8 】：( 1 ) 优先选用可再生材料，尽量选用回收材料。( 2 ) 尽量选用低能 耗、少污染的材料；( 3 ) 尽量选择和设备所处环境兼容性好的材料，避免选用 对操作者有毒、有害和有辐射特性的材料。 装盒机的外观件主要为底座外壳、防护外罩和门窗，其材料的选择是外观 件绿色材料研究的主体。根据材料的选择原则，在装盒机外观造型件中，对于 防护装置及其门窗可以优先选用有机玻璃，因为有机玻璃具有高透明度、低价 格、易于机械加工、无毒无害等优点，常用作仪器和设备的防护罩和门窗。底 座外壳材料选用不锈钢材质，常见的为3 0 4 不锈钢板，如图2 7 所示，以下对 3 0 4 不锈钢板做出分析。 图2 73 0 4 不锈钢板 1 5 第2 章药品装盒机外观造型人机j 1 ：程学研究 要求，而是通过对材料进行表面涂饰或表面处理，形成不同质感不同色彩的材 质，给产品造型带来多层次的色光效果。除此之外，材料的绿色设计也越来越 被重视，即产品的在设计初始，就要把保护环境、节约材料考虑其中，不仅从 设计上满足环境保护要求，还要从材料的循环利用上满足环境的要求。如现在 越来越多的复合材料用于产品的设计中，不仅满足质轻、强度高、耐腐蚀、绝 缘、耐瞬时高温、传热慢、防水、易着色，成型方便、具可设计性等优点，而 且设计自由度大、加工性能好。因此材料的绿色设计，是装盒机造型设计必须 重点考虑的问题。对于装盒机外观造型的绿色设计考虑的因素主要有两个方面， 首先是装盒机外观件绿色材料的研究，其次是装盒机造型的可拆卸性设计。 2 4 1 装盒机外观件绿色材料的研究 绿色材料主要指在满足产品功能的要求下，对操作者的身体无害而且可以 回收利用的材料。在产品制造、使用和后置处理等各个阶段，发挥其最大的资 源利用率，且对环境的影响最小。在产品的设计中，其绿色材料选择的三个原 则为【2 6 - 2 8 】：( 1 ) 优先选用可再生材料，尽量选用回收材料。( 2 ) 尽量选用低能 耗、少污染的材料；( 3 ) 尽量选择和设备所处环境兼容性好的材料，避免选用 对操作者有毒、有害和有辐射特性的材料。 装盒机的外观件主要为底座外壳、防护外罩和门窗，其材料的选择是外观 件绿色材料研究的主体。根据材料的选择原则，在装盒机外观造型件中，对于 防护装置及其门窗可以优先选用有机玻璃，因为有机玻璃具有高透明度、低价 格、易于机械加工、无毒无害等优点，常用作仪器和设备的防护罩和门窗。底 座外壳材料选用不锈钢材质，常见的为3 0 4 不锈钢板，如图2 7 所示，以下对 3 0 4 不锈钢板做出分析。 图2 73 0 4 不锈钢板 1 5 第2 章药品装盒机外观造型人机：【程学研究 3 0 4 不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好 的抗晶间腐蚀性能，对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能 力，广泛地用于制作要求良好综合性能的设备和壳体。为了保持不锈钢所固有 的耐腐蚀性，钢必须含有1 6 以上的铬，8 以上的镍含量。3 0 4 不锈钢是按照 美国a s t m 标准生产出来的不锈钢的一个牌号，相当于我国的0 6 c r l 9 n i l 0 不锈 钢，其物理性能主要为：抗拉强度( m p a ) 5 2 0 、条件屈服强度c r o ，( m p a ) 2 0 5 、 伸长率o r s ( ) 4 0 、断面收缩率沙( ) 5 0 、硬度：1 8 7 h b 。3 0 4 不锈钢板出厂 前都经过了表面技术处理，对于壳体材料其常用的表面处理方法为喷砂或砂布 打磨后去脂。 2 4 2 装盒机造型的可拆卸性设计 可拆卸性设计是绿色制造的主要方法之一，其设计思想是使产品容易拆卸 的条件下，最大限度的回收材料和零件供循环使用，以提高利润为目的。可拆 卸性设计的主要策略有 2 9 , 3 0 ：( 1 ) 减少拆卸的工作量；( 2 ) 可预测的产品构造； ( 3 ) 易于拆卸；( 4 ) 易于分离；( 5 ) 减少零件的