手持式喷射自卫器的人机工程学分析

    人机工程学（Man－Machine　Engineering）是研究人、机械及工作环境之间相互关系的一门新兴边缘学科。它从系统论的高度对“人—机—环境”三要素构成的系统及系统内各要素之间的关系进行分析和优化。其研究关键是人—机之间交互问题，重点是人。即从人的心理特征、生理特征考虑，使人、机和环境相互协调统一，形成高效、经济、安全的有机系统。

在执勤、处突过程中，作战人员、武器装备和外部环境三者构成一个典型的“人 —机—环境”系统。在武器装备的开发设计中引入人机工程学的思想，就是要把人和武器视为一个有机结合的系统，指出武器应具有什么样的条件才能使人在付出适宜的代价后获得最佳的战斗效果。

手持式喷射自卫器是一种通过喷射化学药剂，使作用对象暂时失去抵抗能力的非致命武器。喷射器中使用的化学药剂主要是苯氯乙酮（CN）、邻氯苯亚甲基丙二腈（CS）、辣椒素（OC）和胡椒素等刺激剂。目前，手持式喷射自卫器在研制过程中多侧重于功能的实现，而对使用者、打击对象及环境等因素考虑较少，使其在功能的实现、使用的方便性和安全性上还存在一些问题。利用人机工程学思想来改进设计，能很好地解决这方面的问题。本文运用人机工程学思想，从外形设计、安全性和功能实现三方面就手持式喷射自卫器开发设计中应注意改善的地方进行了分析和探讨。

一、外形设计方面的人机工程学分析

1.1 喷射自卫器外观应符合隐蔽性

手持式喷射自卫器是供单人使用，用于近距离内制服犯罪嫌疑人。这种用途要求其体积小巧，隐蔽性强，便于出其不意地对有生目标实施突然袭击，所以其外观设计除了可以做成手枪状外，也完全可以仿照日常生活用品，如：手电筒、易拉罐、钢笔、香水瓶、化妆品盒、手机等形状，这样便于携带、隐蔽性强，可有效的麻痹歹徒的防范意识，便于实现出其不意的攻击效果。也可将外观颜色选用蓝色或红色，给人以冷静、沉思或火热、血腥的感觉，起到警示作用。

1.2 喷射自卫器结构应符合人体生理特征

ａ．保持手腕处于顺直状态。手腕顺直操作时，腕关节处于放松状态，当手腕处于掌屈、背屈、尺偏等状态时，就会产生腕部酸痛、握力减小，如长时间这样操作，会引起腕道综合症、腱鞘炎等。现有喷射自卫器多设计成水平压发喷射，不能保证手腕处于顺直状态，若改良设计使握把弯曲，操作时就可以维持手腕的顺直状态，而不必采取尺偏的姿势。人机工程学理论认为，把手与工作部分弯曲10°左右，效果最好。这样不仅便于操作控制，而且可以降低疲劳，对于腕部有损伤者特别有利。

ｂ．避免掌部组织受过大压力。操作喷射自卫器时，会在掌部和手指处造成较大的压力。好的握把设计应具有较大的接触面，使压力能分布于较大的手掌面积上，或者作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口处。

ｃ．避免手指重复动作。如果反复用食指操作控制装置，就会导致扳机指症状（狭窄性腱鞘炎），设计时应尽量避免食指做这类动作，而以拇指或指压板控制代替。

1.3 喷射自卫器尺寸应宜人化

对圆形截面的喷射自卫器而言，其直径的大小，取决于其功能的实现与手的尺寸。直径太大会减小握力，降低灵活性与作业速度，并使指端弯曲量增加，导致指端疲劳。比较适合的直径是30～40ｍｍ。长度主要取决于手掌宽度，人的掌宽一般为71～97ｍｍ（５％女性至95％男性数据），因此弹体的合适长度为100～125ｍｍ。

总之，喷射自卫器外形设计应做到隐蔽、美观，适合人们在公共场所随身携带。同时符合人体的生理特征，做到手握舒适，施力方便，不产生滑动。但要注意，应使操作者握住手柄时，手柄与掌心处略有空隙，以减少压力和摩擦力的作用，防止喷射器紧贴掌心。

二、安全性方面的人机工程学分析

手持式喷射自卫器的安全性主要包括三方面内容：加工过程安全性、使用安全性、运输保管安全性。

加工过程安全性。手持式喷射自卫器在加工过程中，涉及大量易燃易爆的化学原料，这就要求严格遵守操作规程，科学搭配药剂比例，在生产环境、工艺流程及原料选择上都遵守规定。

使用安全性。引发喷射自卫器使用事故的原因主要是操作失误和设计不良。人的失误其原因主要有心理状态，如紧张、恐惧、焦虑；生理能力，如反应速度、信息的负荷能力、训练程度、经验多少；操作行为，如操作时间延迟性；操作者机能下降，如人体疲劳和疼痛。这些因素在喷射自卫器的设计与研制中都应予以充分考虑。目前的手持式喷射自卫器为了防止意外喷射，均设有保险装置，使用时需先打开保险盖，然后按压发射按钮才能喷射刺激剂，但在紧急情况下由于操作人员心理过于紧张容易出现误操作而不能完成喷射，从而失去自卫防身的最佳时机。为了使操作者在心理恐惧和紧张情绪下均能发挥出最佳效果，可将保险装置去掉，同时，为了防止自卫喷射器在不经意时喷射，可通过适当增大扳机力来实现，但扳机力应不超过30Ｎ。这是因为，据实验测量，人长时间按压发射按钮进行喷射而不致使手有疼痛感，需将扳机力控制在最大握力的10％左右。也可将压发喷射方式改为推发喷射方式，并设计出不同的档位控制喷射量，这样能显著的提高其使用效能。目前装备的手持式喷射自卫器采用金属圆柱体外壳，若使用者在手部沾水后抓握，有可能滑脱。如果采用人机工程学的设计方法，将外壳设计成椭球体或在外壳上设计模拟人手抓握的凹槽，就能够很好的解决这个问题。目前相当一部分喷射器是采用醇、醚、酯、酮、石油精馏物及含氯成分等有机溶剂来溶解刺激剂，这些溶剂含有害物质，对人有一定毒性，对生态环境也构成危害。所以，寻找“绿色”或“环境友好型”刺激剂已成为一种趋势，如近年来广泛倾向于应用一种新型刺激剂——OC（辣椒树脂油），它是从天然辣椒中提取的一种油性树脂，其主要成分是一种无色的晶状物，称为辣椒素，能有效刺激人的眼睛、鼻腔及口腔黏膜，但对人不会造成永久性伤害，没有毒副作用，并且残余物可以自然分解，不会对环境造成污染。

运输保管安全性。由于喷射装置本身是压力容器，对储存及运输的环境、温度有较高要求，因此要降低喷射器对意外撞击、跌落和温湿度的感度，保证其在非正常作用下不会爆裂泄漏。

三、功能实现方面的人机工程学分析

3.1 现有喷射器在功能实现方面的缺陷

目前，喷射自卫器基本上都是储压式液体喷射器。它由耐压容器、刺激剂溶液、喷射系统、喷射控制机构和保险装置等组成。它利用压缩气体喷射刺激剂，使被喷射者眼结膜及鼻粘膜受到强烈刺激而停止行为。但这类装置也存在一些缺陷。首先，动力源为压缩气体，药剂喷射速度较低，约5m/s，有效作用距离仅2ｍ左右，而且随喷射次数的增多，气压会迅速降低，射程也会逐渐减小；其次，压缩气体易受气温变化的影响，在恶劣气象下往往达不到理想使用效果；而且，在使用过程中无法准确掌握喷射器中刺激剂的剩余量，使得使用者不知道何时该更换新品，若过早更换则造成浪费，若过晚更换则可能贻误战机，给正常勤务带来一定困难。

3.2 设想解决方法

考虑到人－机－环境系统中武器装备与环境子系统的适应性要求，使设计出来的产品在不同环境条件下均能发挥出最佳性能。为此，将手持式喷射自卫器的动力源改用汽车上安全气囊使用的气体发生器而并非传统的压缩气体。气体发生器采用热效反应法产生氮气，它在外部能量的作用下，经过点火剂点燃气体发生剂（迭氮化钠药粉），生成瞬时高压气体将药剂高速喷出。针对在使用过程中无法准确掌握喷射器中刺激剂的剩余量，可在喷射器的设计过程中加装刺激剂用量显示装置，指示刺激剂的剩余量。