城市高大樹木修剪工具設(shè)計

設(shè)計題目：城市高大樹木修剪工具設(shè)計姓名學(xué)號學(xué)院專業(yè)年級指導(dǎo)教師年月日目錄TOC\o"1-2"\h\u9467摘要 摘要隨著城市快速發(fā)展，城市綠化工作也越來越受到重視。在樹木生長過程中，需要不斷對其進(jìn)行修剪和護(hù)理，而目前我國樹木修剪工具操作還存在諸多問題，在城市環(huán)衛(wèi)建設(shè)進(jìn)程中帶來諸多不利影響。因此改善樹木修剪工具，減少工作人員在使用工具過程中出現(xiàn)的人機問題成為當(dāng)前此領(lǐng)域設(shè)計的重心。本文研究了城市高大樹木修剪工具的設(shè)計問題，對現(xiàn)有的樹木修剪工具進(jìn)行了調(diào)研，通過親身體驗樹木修剪過程，實際操作修剪工具，針對工人在操作過程中存在的各類問題，從造型、色彩、人機以及心理學(xué)等角度對樹木修剪工具的設(shè)計提出較為合理化的方案。通過測試設(shè)計方案的可行性，確定實際方案，以三維軟件建模和實物模型的方式加以呈現(xiàn)，展示最終的樹木修剪工具設(shè)計方案，并輔以材料、工藝、人機等方面的分析。該設(shè)計以彌補現(xiàn)有樹木修剪工具不足為出發(fā)點，改善工人操作使用情形，提高樹木修剪效率，同時也希望在課題中提出的一些方案能為修剪工具今后的改進(jìn)過程提供一定參考，為促進(jìn)我國修剪工具的創(chuàng)新發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量。關(guān)鍵詞：高大樹木，修剪工具，改良設(shè)計，人機關(guān)系A(chǔ)bstractWith

the

fast

urban

development,

urban

greening

is

getting

more

and

more

attention.

In

the

process

of

tree

growth,

it

needs

to

be

kept

on

the

clip

and

care,

and

the

trees

pr-uning

tools

operation

of

our

country

have

many

problems,

in

the

process

of

urban

sani-tation

construction

it

brings

many

adverse

effects.

So

improving

tree

pruning

tools,

re-ducing

the

staff

in

the

use

of

tools

in

the

process

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the

man-machine

problems

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the

focus

of

the

current

design

in

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field.This

paper

studies

the

city

tall

trees

cutting

tool

design

problem,

and

carries

on

the

research

to

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tree

pruning

tools,

through

experience

trees

pruning

process,

p-ractical

cutting

tools,

the

workers

in

all

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problems

in

the

process

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operation,

from

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aspects

of

shape,

color,

man-machine

and

psychology

to

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design

of

tree

p-runing

tools

more

rationalization

proposal

is

put

forward.

By

testing

the

feasibility

of

the

design

scheme,

to

determine

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in

the

form

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3d

software

modeling

and

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models,

and

to

render

it

shows

the

final

tree

pruning

tools

design,

supplemented

by

material,

craft,

man-machine

analysis,

etc.The

design

to

make

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pruning

tools

as

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improves

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operation

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and

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efficiency

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trim

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at

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also

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in

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I

can

contribute

to

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provide

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in

the

future,

promote

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development

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cutting

tools

of

innovation

in

our

country

on

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own

strength.Keyword:Talltrees;Pruningtools;Improveddesign;緒論1.1研究背景伴隨城市化進(jìn)程加快，城市綠化面積也在逐漸增加，道路，公園，公共廣場等地區(qū)樹木越來越多，而且景觀中高大樹木的栽植越來越多，隨之而來對樹木的修剪維護(hù)工作越來越重視。近些年，在城市中有關(guān)因樹木枯枝砸傷行人的事件屢見不鮮，樹木沒有得到修剪工人及時查看和修理，導(dǎo)致枯樹枝越積越多，再經(jīng)外界自然（強風(fēng)、下雨）和非自然（鳥類）因素導(dǎo)致樹枝落下，給路人造成極大的危險性。及時有效的樹木修剪能保護(hù)樹木正常的生長，而且還能美化道路和公共區(qū)域的環(huán)境，形成一種規(guī)整的城市環(huán)境。樹木生長中因樹枝遮擋原因影響著居民樓房陽臺空間，高壓線通電等現(xiàn)象，需要及時的處理樹枝。為此有效的樹木修剪在城市綠化工作中所占的比例越來越大。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)的樹木切割工具正在快速發(fā)展。從1926年德國研制成功第一臺油鋸之后，該工具在全球得到了廣泛的應(yīng)用，無論從空間使用和技術(shù)角度來說，現(xiàn)今的油鋸在安全、性能、質(zhì)量方面都有較大的提高。傳統(tǒng)切割工具與機械化工具得到了有序快速發(fā)展，并在園林工作中發(fā)揮著重要作用。但面對復(fù)雜的樹木修剪環(huán)境，油鋸的使用受到了空間和操作上的限制，切割工作在操作中需要避免因操作不當(dāng)而出現(xiàn)的安全問題。對此合理化的改進(jìn)相關(guān)的切割工具，保障修剪工人安全的同時，能高效率的完成樹木修剪的工作成為當(dāng)前工具改良設(shè)計重點考慮的方面。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1國外修剪工具研究現(xiàn)狀國外修剪工具的設(shè)計研究相對較早，美國和瑞典對常用的魚頭鋸改進(jìn)下設(shè)計出手動無動力整枝機，并增加一些簡單的操作機構(gòu)和可伸縮的工作桿。其特點是工藝簡單、成本低、操作要求低，并有效解決了上樹作業(yè)的問題，很好的在園林環(huán)護(hù)中得到推廣。但該工具又存在斷鋸，夾鋸、松動等問題。除了人工修剪工具外，一些國家還在致力于開發(fā)自動化高空剪枝工具。日本公司生產(chǎn)的自動立木整枝機，該機具有無線遙感技術(shù)，反力鋸鏈?zhǔn)角懈顧C構(gòu)和低壓輪胎爬樹機構(gòu)等，可以通過遙控上樹和切割樹枝。除了這些外，在意大利有采用自動升降臺來修剪，四輪車架上裝有升降臺，升降臺有獨立的液壓系統(tǒng)提供升降，而且升降臺的作業(yè)面積橫向7.5米，縱向6米，活動范圍較大，部分升降臺能達(dá)到20米之高。1.2.2國內(nèi)修剪工具研究現(xiàn)狀我國樹木修剪工具相對較晚，而且質(zhì)量差，品種少，以手動式高枝修剪工具為主。目前高大樹木修剪工具可分為手動式無動力高枝修剪鋸和有動力高枝修剪鋸兩種。手動式無動力高枝修剪鋸是在普通魚頭鋸的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，如圖1-1。圖圖1-1手動式無動力高枝鋸而有動力高枝修剪鋸按照動力來源可分為：（1）、電動；（2）氣動；（3）液壓傳動；（4）小型汽油機轉(zhuǎn)動。目前電動類修剪鋸受到接電、換電源因素的影響在我國應(yīng)用較少；氣動因體積過大，振動大現(xiàn)已淘汰；液壓傳動的高枝鋸因造價高，而且后期維修保養(yǎng)要求高，給操作人員帶來一定的工作含量。我國現(xiàn)今在園林中修剪鋸主要采用小型汽油機轉(zhuǎn)動作為動力，該類機型相比較其他機型來說結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，成本低，功能多，視角和操作角度較為合理、便于維修。1.3研究意義1.3.1樹木修剪的意義樹木修剪的意義主要有以下五個方面：（1）保護(hù)樹木的生長狀態(tài)。通過修剪工具把樹木的枯枝，病枝和老枝進(jìn)行修剪，能促進(jìn)樹木生長，增強樹勢。有效的剪切樹枝能使樹冠生長均勻。（2）提高樹貌。對于城市道路和公共區(qū)域的樹木，樹貌要美觀，符合城市中的形象，滿足市民的觀賞需求。（3）改善樹木通風(fēng)遮陽效果。過密的樹木會阻礙樹木生長，減去枯枝，病枝，讓樹木通風(fēng)通光，減少樹木的病蟲害的發(fā)生。（4）避免樹枝對居民人群的負(fù)面影響。及時查看高壓線，居民陽臺等建筑危險地區(qū)與樹枝的關(guān)系，防止觸電，建筑塌壓等意外事故發(fā)生。（5）避免樹木阻礙交通信號燈和路燈光線。保障行人車輛的正常通行，增強市民的安全感。1.3.2修剪工具研究的意義樹木修剪工具研究的意義主要有以下三個方面：（1）本著以人為本的設(shè)計理念，對現(xiàn)有修剪工具從操作、人機、造型、色彩、材料等角度進(jìn)行改良，為修剪工人提供更為有效的修剪操作，減少工具對人體造成的損傷。有效實現(xiàn)人—機—樹木三者關(guān)系的合理相處，真正滿足修剪工人對于修剪工具的需要。（2）本次課題設(shè)計，注重產(chǎn)品設(shè)計理論與實際相結(jié)合，強調(diào)工具的基礎(chǔ)性和實用性，對修剪工具從手部作業(yè)疲勞進(jìn)行試驗，從工具本身結(jié)構(gòu)來測試，從工具對樹枝的受力角度進(jìn)行理性測算。把自身的專業(yè)知識運用到本次課題研究中，充分展示本專業(yè)的特色和個人對問題的思考方式。（3）根據(jù)我國城市園林工作越來越受到重視，樹木修剪護(hù)理工作作為園林工作的重要組成部分，在今后相關(guān)的修剪工具研究也將越來越多，本次課題可作為今后相關(guān)研究的簡單探討，希望課題中提出的一些方案能在今后修剪工具的改進(jìn)過程中提供幫助，為促進(jìn)我國修剪工具的創(chuàng)新貢獻(xiàn)自己的一份力量。1.4研究內(nèi)容及主要創(chuàng)新本研究通過查閱大量的國內(nèi)外高大樹木的相關(guān)文獻(xiàn)，了解現(xiàn)今修剪工具的研究現(xiàn)狀以及修剪樹木工具存在的問題，以及工具使用中的特點；然后從現(xiàn)實生活中區(qū)感受和體驗修剪樹木的操作，分析在樹木修剪流程中存在什么問題，修剪工具使用情況比較，并提出自己對于工具的解決辦法；最后從多個方案中進(jìn)行測試和證明，篩選出較為合理的方案，以三維建模和模型制作等展示方式進(jìn)行效果展示，并以實際操作來證明自己的方案。本次研究主要運用一下研究方法：（1）深度訪談；前往修剪樹木現(xiàn)場，與修剪工人一對一得訪談，并將得到的信息一五一十記錄下來。（2）用戶體驗：親身體驗相關(guān)工具修剪樹木的操作情況，把操作和問題記錄下來。（3）對比分析：對不同工具的操作使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，后期不同方案依照特點和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。本次設(shè)計來源與工具的實際操作，而又服務(wù)于工具的實際操作。從實踐出發(fā)，結(jié)合人機學(xué)、心理學(xué)提出關(guān)于工具的創(chuàng)新方案，而后以類比法來測試方案的可行性，得出較為合理的方案，并進(jìn)行三維軟件建模渲染，同時按照一定比例采用3D打印技術(shù)制作出模型，力求一個較為完整的設(shè)計過程。調(diào)查研究2.1調(diào)研目的產(chǎn)品調(diào)研，運用科學(xué)的方法，有目的地、有系統(tǒng)地搜集、記錄、整理有關(guān)用戶人群對產(chǎn)品使用情況，了解產(chǎn)品現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，為產(chǎn)品預(yù)測和未來的發(fā)展提供客觀的、正確的資料和依據(jù)。此次產(chǎn)品調(diào)研的目：通過跟隨工人體驗修剪樹木的整個操作流程，了解樹木修剪關(guān)于工具使用情況，并對工具進(jìn)行操作體驗，對比出工具的優(yōu)缺點，最后從中分析得出工具使用中主要存在的問題，從而得出設(shè)計定位，并后后續(xù)設(shè)計提出方案。2.2調(diào)研內(nèi)容此次調(diào)研包括調(diào)研時間、調(diào)研地點、調(diào)研方法和調(diào)研資料。2.2.1調(diào)研時間樹木修剪流程調(diào)研：2015年3月20——2015年4月8日修剪工具操作調(diào)研：2015年4月10日——2015年5月8日2.2.2調(diào)研地點山東大學(xué)千佛山校區(qū)籃球場；濟南市百花公園；山東師范大學(xué)千佛山校區(qū)2.2.3調(diào)研方法（1）深度訪談法。深度訪談法是一種無結(jié)構(gòu)的、直接的、個人的訪問，在訪問過程中，一個掌握高級技巧的調(diào)查員深入地訪談一個被調(diào)查者，以揭示對某一問題的潛在動機、信念、態(tài)度和感情。（2）用戶觀察——圖片日志法。參與者（用戶）使用相機，通過日記（或博客）對自己的日常生活進(jìn)行記錄。通過對圖片匯總分析，推測用戶喜好、關(guān)注事物、生活方式，從而挖掘用戶需求。（3）使用過程分析。通過對用戶使用過程的模擬分析最終得到使用進(jìn)程樹，以此分析用戶行為和產(chǎn)品使用環(huán)境中的問題。2.2.4調(diào)研資料本次調(diào)研，有幸聯(lián)系到山東大學(xué)千佛山校區(qū)綠化科的張老師，張老師從事園林綠化工作二十余年，對相關(guān)的樹木護(hù)理工具有一些研究，尤其是在油鋸方面有獨到的見解。在張老師的推薦下聯(lián)系到濟南歷下區(qū)園林局的工作人人員，本人跟隨修剪樹木工作人員進(jìn)行了十多天的修剪樹木體驗過程。如圖2-1，為員工在山東大學(xué)千佛山校區(qū)南院籃球場上樹修剪樹枝。如圖2-2，為員工對殘枝進(jìn)行處理。圖2-1上樹作業(yè)圖2-1上樹作業(yè)圖2-2殘枝處理圖2-2殘枝處理后期調(diào)研主要以修剪工具的操作體驗為主。在修剪樹木過程中，工人在不同環(huán)節(jié)使用的工具存在一些差異，具體如下圖2-3.圖2-3樹木修剪流程中各環(huán)節(jié)使用工具圖圖2-3樹木修剪流程中各環(huán)節(jié)使用工具圖2.3調(diào)研結(jié)果分析2.3.1樹木修剪環(huán)節(jié)操作技術(shù)要求最高通過前期調(diào)研體驗，對工具操作要求高低，進(jìn)行了樹木修剪流程五部分技術(shù)性比較，具體比較如下扇形圖2-4。圖2-4樹木修剪流程中技術(shù)含量扇形圖圖2-4樹木修剪流程中技術(shù)含量扇形圖從扇形圖表中，我們可以看到提前查看修剪樹枝和準(zhǔn)備樹木修剪環(huán)境這兩個過程所需的技術(shù)性較低，只需對樹木生長知識有一定了解，以及預(yù)判行人是否靠近作業(yè)區(qū)域即可。而樹木修剪這一環(huán)節(jié)在整個流程中關(guān)于技術(shù)要求最高，包括對切割工具操作，各類工具配套使用以及上樹操作等技術(shù)要求，需要工人在這一環(huán)節(jié)中有較高的工具操作性。殘枝預(yù)處理環(huán)節(jié)操作要求包括切割工具操作和殘枝裝車技術(shù)，處理廠殘枝粉碎環(huán)節(jié)主要是對樹木粉碎機的操作技術(shù)。2.3.2樹木修剪中切割工具重要性最大調(diào)研過程中，專門對樹木修剪這一環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和體驗，在對樹木修剪深化調(diào)研中，以工人使用工具著手，分析不同工具對工人在修剪過程而言重要性比較。如圖2-5.圖2-5樹木修剪過程中工具重要性直方圖圖2-5樹木修剪過程中工具重要性直方圖通過對麻繩、切割工具、梯子、安全繩、鐵鉤、升降機、口罩、帽子等工具進(jìn)行比較，以工人在修剪樹木這一時間段中不同工具使用時長為依據(jù)，給這些工具繪制出了工具重要性直方圖，從直方圖中可以發(fā)現(xiàn)在修剪樹木過程中，切割工具的使用時間最長，重要性也最大。2.3.3高枝油鋸使用較為合理在對油鋸、剪刀、手鋸、高枝油鋸和高枝剪這五個切割工具進(jìn)行比較，從粗枝修剪、細(xì)枝修剪、操作時間、技術(shù)要求、是否使用梯子、修剪高度、手腕用力、表2-1切割工具比較表2-1切割工具比較如果規(guī)定笑臉代表1分，沉默代表0分，哭臉代表-1分，各工具總分分別為-2，-3，-3，2，1。高枝油鋸所得分?jǐn)?shù)最高。從該表中可發(fā)現(xiàn)，高枝油鋸主要在手腕、胳膊、肩部等方面存在一些不人機，對人身體的反饋存在疼痛。因此，可以從這個方面對現(xiàn)有工具進(jìn)行改進(jìn)。2.4產(chǎn)品定位本次設(shè)計希望能展現(xiàn)一個完善的樹木修剪工具，在避免上樹作業(yè)存在的操作安全問題下，又能保證修剪工人身體的舒適性，使用一些特定的工作原理來減少操作機器時帶來的問題。為此，本次設(shè)計是對高枝油鋸進(jìn)行改進(jìn)，從人機操作、鋸樹操作、身體負(fù)重三個方面進(jìn)行創(chuàng)意方案的改進(jìn)，并開展后期的設(shè)計工作。人機操作是指改善手臂使用高枝油鋸的方式，減少手關(guān)節(jié)的非自然伸展，讓手關(guān)節(jié)能自然伸驅(qū)，人性化考慮。鋸樹操作是指在工具中增加一些輔助設(shè)施或者改變一些部位來增加鋸樹的效率。身體負(fù)重是指從原來的只靠手臂承受工具重量到現(xiàn)在依靠身體或者其他設(shè)施來減輕手臂的受力，提高工具操作性。方案構(gòu)思3.1設(shè)計定位市場定位：主要是針對樹木修剪消費人群：修剪工人設(shè)計要求：我認(rèn)為，高枝油鋸可以有更好的把手設(shè)計、發(fā)動裝置設(shè)計以及鋸頭的改良。為此從人機尺寸、形態(tài)創(chuàng)意和色彩搭配角度進(jìn)行大膽的創(chuàng)意，與此同時工具細(xì)節(jié)方面的處理，也能體現(xiàn)一個良好的產(chǎn)品設(shè)計。在細(xì)節(jié)上追求完美，從而更好的體現(xiàn)自己的作品。3.2初期方案經(jīng)過前期的調(diào)研分析，得到以下四個初期方案。3.2.1方案一如圖3-1，草圖一。圖3-1草圖一圖3-1草圖一（1）發(fā)動裝置外形提取于普通油鋸的造型，并加以改進(jìn)，把手放置在裝置尾部；（2）工作桿可進(jìn)行伸縮，鋸頭與發(fā)動裝置能合并成油鋸的整體外形；（3）工作桿上有一背帶，可以提供短暫的背負(fù)。3.2.2方案二如圖3-2，草圖二。圖3-2草圖二圖3-2草圖二（1）造型為普通的高枝油鋸?fù)庑危唬?）鋸頭前有一個夾子，能在鋸樹前夾著樹枝，然后再鋸；（3）各類夾子的探討；3.2.3方案三如圖3-3，草圖三。圖3-3草圖三圖3-3草圖三（1）發(fā)動裝置放與左右把手之間，后端有一個伸縮桿；（2）伸縮桿能頂著戴于腰上的裝置，在操作中，可以借用腰帶來支撐工具；（3）鋸頭設(shè)計為前端寬，后端窄，增大鋸頭切割面積；（4）發(fā)動裝置整體流線型態(tài)。3.2.4方案四如圖3-4，草圖四。圖3-4草圖四圖3-4草圖四（1）發(fā)動裝置形態(tài)提取于帳篷造型；（2）工作桿可與護(hù)帶相連，通過杠桿定理減輕手臂對工具的用力；（3）左右把手獨立于工作桿；（4）鋸頭可以旋轉(zhuǎn)，滿足鋸頭能切割不同生長方向的樹枝；（5）鋸頭前端寬后端窄，增大鋸頭切割面積。3.3方案評估3.3.1受力分析表3-1把手、電機等部位不同放置下手臂受力情況表3-1把手、電機等部位不同放置下手臂受力情況從表格中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)在工作桿上增加了旋轉(zhuǎn)裝置后，左手的受力都有所減少，而把旋轉(zhuǎn)裝置放在發(fā)動裝置之后的話，其右手的受力情況并沒有得到明顯的變化，依然需要較大的受力。而將發(fā)動裝置放在旋轉(zhuǎn)裝置之后，左右把手的受力情況均變小，如表格中測試序號5和6顯示，工具的這種搭配方案是最有效的。為此經(jīng)過本次測試，方案一和方案三對人的受力上比較大，進(jìn)行排除，剩下留下了方案二和方案四。3.3.2樹枝切割分析除了將工具背負(fù)在身體上進(jìn)行測試外，在對方案評估中，我們根據(jù)創(chuàng)意內(nèi)容又在實踐中了解樹枝生長情況和切割樹枝時的情況。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，樹枝的生長情況不一樣，樹枝主要是傾斜生長，如果需要夾著樹枝的話，工具傾斜與樹枝，這樣工作桿和樹枝有一個三維的角度，這個角度對于夾住樹枝造成一個較大的問題。而在這方面，也進(jìn)行了諸多關(guān)于夾子的思考，比如回形針形式、液壓式夾鋸，鋸齒形夾子等等。這些夾子都需要滿足的要求：1、夾子與鋸鏈有一個垂直方向的高度落差；2、夾子會有一個控制器的部位設(shè)計，這樣造成了較大成本設(shè)計；3、夾子的增加，給鋸一個樹枝的前、中、后三過程都造成了麻煩，給較為簡單的樹枝切割增加了不必要的麻煩。結(jié)合樹枝切割的分析之后，得出在鋸頭上放一個夾子存在許多問題，因此，方案二也存在問題，不做考慮。最后留下方案四，通過以上的評判，方案四存在以下特點：增加了背帶，利用杠桿定理來減輕手臂的受力，更好操作工具；鋸頭前端寬，能增大切割面積，提高切割效率；人機把手獨立于工作桿，減少手關(guān)節(jié)的傷害，人性化考慮。3.4把手分析在有關(guān)把手考慮中，從實際出發(fā)，人機入手，從尺寸，造型考慮。因為把手作為本次工具設(shè)計的重點，是人對該工具的最直接的反饋方面，為此探索著左右把手的造型和手感。把手設(shè)計分草圖繪制、尺寸設(shè)計、模型制作、色彩搭配等部位進(jìn)行設(shè)計。通過網(wǎng)絡(luò)查詢和文獻(xiàn)資料搜集，得到相關(guān)抓握工具類把手的特點，為此，繪制了一些草圖，圖3-5為部分把手草圖。圖3-5把手設(shè)計草圖圖3-5把手設(shè)計草圖把手的造型主要是貼切手掌，能在較好的抓握情況下，防止工具脫落，也能讓手心更有力抓握著工具，避免工具使用時工作桿在手中打轉(zhuǎn)。圖3-6部分泡沫把手模型而在把手尺寸上，根據(jù)手掌的標(biāo)準(zhǔn)尺寸加上心理尺寸和修整尺寸來確定，同時還用硬質(zhì)泡沫簡單制作把手，進(jìn)行觸摸體驗，用實際的設(shè)計思想來確定把手的尺寸大?。ㄈ鐖D3-6）。圖3-6部分泡沫把手模型除了對把手整體造型做分析外，還需要考慮右把手的按鍵開關(guān)的擺放，因為右把手具有油門開關(guān)，產(chǎn)品鎖鍵，和啟動鎖等。這些按鈕放入把手中，按照右手的抓握方式，五個手指和手心的受力，抓握面積，抓握部位等等進(jìn)行考慮。

第4章最終方案展示4.1建模及效果圖展示4.1.1造型要素造型即產(chǎn)品的形態(tài)，造型設(shè)計是運用點、線、面、體、空間、肌理要素構(gòu)成形式、節(jié)奏、韻律、對比、協(xié)調(diào)、變化、統(tǒng)一等形式美感來展示產(chǎn)品形態(tài)美。高枝油鋸的整體造型特征是直線、斜線與光滑曲線、曲面、小圓弧來塑造形體，給人以簡潔、大方、穩(wěn)定的感覺。高枝油鋸的設(shè)計，不僅需要要集合目前高枝油鋸的造型元素，還需考慮工具自身的功能和使用人群的需要。樹木修剪工具造型應(yīng)充分發(fā)揮功能效性，由于高枝油鋸的背負(fù)式設(shè)計，為方便經(jīng)驗較少的修剪工人使用，產(chǎn)品的造型語言應(yīng)更加展現(xiàn)出簡潔，易懂，大方，流暢，具有運動性，便于工人操作。產(chǎn)品的造型，各組成部分的比例要協(xié)調(diào)有序，讓使用者作業(yè)時，能舒適，方便，增加使用人群，和用戶市場。4.1.2三維軟件展示計算機輔助設(shè)計（電腦輔助建模）是作為一個設(shè)計師必須具備的技能，它能夠更清晰的表達(dá)你的設(shè)計思想，可以做出更加逼真的設(shè)計效果，使你的設(shè)計產(chǎn)品更加直觀的表達(dá)給他人。同時運用不同的軟件，有不同的表達(dá)內(nèi)容，有利于產(chǎn)品最后的制作完成。通過對前期初始方案進(jìn)行評估之后，留下了方案四，而后又對方案四進(jìn)行整理和考慮，護(hù)帶略有改動，從原來的只系與腰間改成腰間與背帶一起。這種方案讓腰部和肩部同時支撐工具的重量，減輕單個部位的受力，起到良好的背負(fù)效果。如圖4-1，為犀牛建模截圖。圖4-1犀牛軟件建模截圖圖4-1犀牛軟件建模截圖如圖4-2，為產(chǎn)品三維軟件渲染圖。圖4-2渲染圖圖4-2渲染圖4.2零部件及爆炸圖4.2.1各部位介紹如圖4-3，為高枝油鋸各部位功能介紹。圖4-3產(chǎn)品各部位功能介紹圖圖4-3產(chǎn)品各部位功能介紹圖4.2.2爆炸圖（1）發(fā)動裝置爆炸圖圖4-4發(fā)動裝置爆炸圖圖4-4發(fā)動裝置爆炸圖（2）護(hù)帶爆炸圖圖4-5護(hù)帶爆炸圖圖4-5護(hù)帶爆炸圖（3）鋸頭爆炸圖圖圖4-6鋸頭爆炸圖4.3產(chǎn)品尺寸比例高枝油鋸在市場的長度分為1.5米，3米，5米，6米不等，結(jié)合之前調(diào)研分析，以及此次設(shè)計人群，該高枝油鋸可操作的高度為3米。而根據(jù)在設(shè)計評估中對左右把手的操作部位、護(hù)帶的穿戴位置和發(fā)動裝置位置，護(hù)帶作為旋轉(zhuǎn)點，發(fā)動裝置為主要的重量端，左右把手為旋轉(zhuǎn)點的另一端施力點。這些都進(jìn)行了較為合理的尺寸分析，根據(jù)《中國成年人人體尺寸》表格數(shù)據(jù)可得出合理的左把手、右把手、護(hù)帶和發(fā)動裝置的比例分配位置。下圖4-7為該產(chǎn)品的比例尺寸圖，單位是mm。圖4-7工具尺寸比例圖圖4-7工具尺寸比例圖4.4模型制作在制作模型中，模型與實際產(chǎn)品的比例是3:5，左右把手、護(hù)帶、鋸頭采用3D打印技術(shù)，3D打印技術(shù)能精細(xì)生成工具零件，發(fā)動裝置與把手相比較而言過于大，而且曲面造型多，故此使用油泥制作。下圖4-8為模型制作實物。圖4-8模型制作圖圖4-8模型制作圖設(shè)計分析5.1材料分析5.1.1發(fā)動裝置外殼和右把手材料PC工程塑料是由丙二酚和碳酸二苯酯由酯交換法(熔融法)反應(yīng)所聚合而成的聚碳酸酯樹脂。該類塑料最主要的特點是有良好的抗沖擊性，耐熱，穩(wěn)定性好。適合制作用于家用電器馬達(dá)、真空吸塵器，洗頭器、咖啡機、烤面包機、動力工具的手柄等等，作為該產(chǎn)品的發(fā)動轉(zhuǎn)正外殼是良好的塑料材料。5.1.2工作桿材料2.0進(jìn)口加厚型鋁材具有抗腐蝕，質(zhì)輕，強度大，加工好，易回收等特點。Z作為高枝油鋸的工作桿是較為合理的旋轉(zhuǎn)，因為工作桿首先需要強度大，而且重量不能重，同時還需要抗壓，抗沖擊，而2.0進(jìn)口加厚型鋁材具有以上特征，能更好的體現(xiàn)該產(chǎn)品的特點。5.1.3護(hù)帶材料護(hù)帶采用吸汗布料，背帶和腰帶系與身上，與身體有接觸，工人在使用工具的時候，身上會出汗，這時戴于身上的布料需要保證不粘與肌膚，而且還能吸附汗液，讓工人背負(fù)時較為舒適。5.1.4鋸頭材料鋸頭高速旋轉(zhuǎn)，并切割樹枝，器鏈條和橫截面所使用的材質(zhì)保證有足夠的強度，而碳化鋼這種金屬材質(zhì)能較好的實現(xiàn)這種功能。碳化鋼主要用于高速旋轉(zhuǎn)的機械零部件刀具，他強度高，質(zhì)量輕，易加工，易成型。使用碳化鋼材質(zhì)，能大大增加鋸頭與樹枝的切割力度，能實現(xiàn)快速切割效果。5.2功能結(jié)構(gòu)分析5.2.1產(chǎn)品功能特點經(jīng)過高枝油鋸新改進(jìn)后，高枝油鋸不僅能附與身上，而且還有人性化的把手操作。在使用高枝油鋸的時候，先將護(hù)帶系與腰間，然后啟動高枝油鋸，在油鋸啟動后，抓起右把手，把工作桿放入腰間的旋轉(zhuǎn)支點上。而后左右手分別抓住相對的把手，控制油鋸的切割方向和切割高度。依靠旋轉(zhuǎn)支點能有效減輕手臂抓舉工具的力量。而且為滿足鋸頭能切割不同生長方向的樹枝，右把手可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣找到適合鋸頭切割的方向。鋸頭設(shè)計為前寬后窄，能增大鋸鏈的切割面積，提高切割效率。5.2.2結(jié)構(gòu)原理（1）動力結(jié)構(gòu)高枝油鋸發(fā)動機為二沖程燃油發(fā)動機，以汽油和機油按照25:1的比例混合油作為動力。（2）傳動結(jié)構(gòu)高枝油鋸以發(fā)動機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，而后經(jīng)直杠傳動到鋸頭上，在帶動刀鏈旋轉(zhuǎn)，從而切割樹枝。（3）杠桿原理該工具使用杠桿定理的結(jié)構(gòu)特點來減輕手臂抓舉工具的重量，工作桿上的旋轉(zhuǎn)點為支點，發(fā)動裝置為支點一段，把手和鋸頭在支點另一端。根據(jù)手心施加壓力大小情況而控制鋸頭的作業(yè)高度。5.3人機尺寸分析樹枝切割工具的尺寸合理與否是切割工具設(shè)計科學(xué)性的重要體現(xiàn)，它直接關(guān)系到切割工具的使用效率和操作舒適度，關(guān)系到切割工具控制的準(zhǔn)確率，關(guān)系到顯示裝置信息傳達(dá)的有效性。樹枝切割工具功能尺寸和設(shè)計方法如下：確定工具的尺寸位置和數(shù)量；分析操作特征，依據(jù)修剪工人的生理尺寸和工具功能位置操作特點來確定尺寸的滿足度，選擇合理的尺寸百分位；確定器材的功能修正量，健身者心理修正量。最小功能尺寸=人體尺寸的分位數(shù)+功能修正量最佳功能尺寸=人體尺寸的分位數(shù)+功能修正量+心理修正量根據(jù)《中國成年人人體尺寸》表格數(shù)據(jù)，得到該油鋸護(hù)帶長度拉伸的最大尺寸采用大尺寸原則設(shè)計，以及加上功能修正量和心理修正量。油鋸的把手寬度也是采用大尺寸設(shè)計原則選取。發(fā)動裝置部分采用平均值設(shè)計原則選取。以下是各部分三視圖尺寸，單位mm.圖5-2右把手三視圖圖5-1發(fā)動裝置三視圖圖5-2右把手三視圖圖5-1發(fā)動裝置三視圖圖5-3鋸頭正視圖圖5-3鋸頭正視圖5.4色彩分析色彩是產(chǎn)品中最敏感、傳遞速度最快的信息因素。色彩能對人的心理和生理上起到一定的刺激作用，讓使用者產(chǎn)生心理和生理的相一致。色彩在切割工具上的應(yīng)用，不僅能提高工具的美觀性，同時還能增強工人的專業(yè)性。而將色彩合理的運用到樹枝修剪工具上，還能統(tǒng)一樹枝修剪的整體性。在對參考文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)搜查中了解到，工具造型為要體現(xiàn)其專業(yè)性和使用效率，色彩對比強烈，一個工具不超過三種色彩，以一種色彩為主體色，其他色彩為輔助色，同時在工具的按鈕，旋鈕等采用較為醒目的色彩，這樣對使用者有一個醒目的提示。本次高枝油鋸色彩采用酒紅色、白色和黑色。酒紅色為主題色，黑色為輔助色。黑色主要體現(xiàn)在左右把手和發(fā)動裝置的濾器殼上，酒紅色應(yīng)用在發(fā)動裝置外殼、鋸頭和按鈕上。酒紅色與黑色搭配，體現(xiàn)產(chǎn)品的在工作效率上表現(xiàn)較高，簡單大氣，紅色突出性體現(xiàn)著現(xiàn)代工具的時代性和先進(jìn)性。在現(xiàn)代園林工具中要體現(xiàn)其專業(yè)性和耐用性。第6章總結(jié)此次畢業(yè)設(shè)計從實際出發(fā)，結(jié)合實際中出現(xiàn)的修剪樹木的問題入手，了解修剪樹枝工人的真正需求地方，然后在從實踐中找到可解決的方案，并用較為科學(xué)的方法進(jìn)行試驗，得出實用的方案。在進(jìn)行設(shè)計立項之前,我們先進(jìn)行了產(chǎn)品使用體驗和產(chǎn)品調(diào)研，根據(jù)市場調(diào)研的結(jié)果,確定這個設(shè)計命題。通過文獻(xiàn)檢索以及相關(guān)資料，證實了樹木切割工具設(shè)計存在的重要性。然后，對切割工具的使用進(jìn)行了比較，最后選擇了高枝油鋸工具設(shè)計作為課題的基本方向。經(jīng)過兩周的頭腦風(fēng)暴，獲得了大量的創(chuàng)意想法，與王老師和郝老師討論思考確立本文展示的設(shè)計方案。經(jīng)過一周對設(shè)計方案的細(xì)化之后開用Rhino建立草模，然后對外觀造型進(jìn)行推敲，使設(shè)計能準(zhǔn)確表達(dá)自己的設(shè)計理念，符合人們的需求。而后以3D打印技術(shù)制作出產(chǎn)品零部件，油泥模型制作出發(fā)動裝置。在這次畢業(yè)設(shè)計過程中，自我感覺進(jìn)步最大的是實踐能力，同時更加明白，一個好的設(shè)計不僅僅是草圖，不僅僅是出方案，而是需要在實踐中去探尋和試驗，按照一種科學(xué)的設(shè)計思路去證明你的想法，而且還需要站在用戶的角度上來思考，這些方案是否存在操作體驗不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，是否存在人機上的問題等。本次畢業(yè)設(shè)計，力求能通過四年的工業(yè)設(shè)計學(xué)習(xí)，能較為全面的體現(xiàn)自己所學(xué)，工業(yè)設(shè)計在結(jié)合實際的基礎(chǔ)上，把調(diào)研工作作為創(chuàng)意的前期準(zhǔn)備，用手繪的形式展示創(chuàng)意，用三維軟件展現(xiàn)設(shè)計，用實物模型展示操作體驗。本次設(shè)計同樣展現(xiàn)了自己在設(shè)計道路上所堅持的秉性，以一種較為科學(xué)的態(tài)度，將實踐性、批判性、體驗性融入到自己的設(shè)計中。參考文獻(xiàn)[1]賈明啟、馬秀娟、張大海，《關(guān)于城市高大樹木機械化探討》，遼寧林業(yè)科技，2001年。[2]尼侏麗、薛國磊、王述洋、高宇博、趙利銘，《道路綠化樹木修剪及剩余物制片聯(lián)合機的研究與分析》，安徽農(nóng)業(yè)科技，2014年。[3]鄒運梅、謝清明、全臘珍等，《高枝剪切機的研制》林業(yè)科技與木土設(shè)備，2006年。[4]玉玲，《樹木整形修剪的原因和季節(jié)》，湖南林業(yè)，2002年。[5]楊瀚如，《基于人機工程學(xué)的園林工具設(shè)計研究》，南昌大學(xué)，2012年。[6]原研哉，《設(shè)計中的設(shè)計》，廣西師范大學(xué)出版社，2010年。[7]唐納德諾曼，《設(shè)計心理學(xué)》，中信出版社，2010年。[8]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—森林采伐作業(yè)規(guī)程。國家林業(yè)局，2005。[9]李文彬，胡傳雙，作業(yè)姿勢和負(fù)重對人體平衡的影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003,25（1）。[10]何偉敏，李文彬，王德明，便攜式林業(yè)機械（油鋸）及其作業(yè)中的人類工效學(xué)[J]。北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998,20。[11]丁玉蘭，人因工程學(xué)[M],上海：上海交通大學(xué)出版社，2004:4-11。[12]曹芳玲，銀川市園林綠化樹種的規(guī)劃[J]。防護(hù)林科技，2007,80（5）。[13]J.M.Mcdowd.Anoverviewofattention:behaviorandbrain[J],JNPT,2007(31)。[14]M.I.Posner.Attentionasacognitiveandneuralsystem[J].CurrentDirectionsPsychologicalScience,1992,1(1):11-14。[15]J.G.Taylor,M.Rogers.Acontrolmodelofthemovementofattention[J].NeuralNetworks,2002,15(3):309-326。[16]M.Lawrence.Wardattention[J].Scholarpedia,2008,3(10):1538。[17]A.M.Sterr.Attentionperformanceinyoungadultwithlearningdisabilities[J].LearningIndividualDifferences,2004,14(2):125-133。致謝設(shè)計的完成代表著大學(xué)四年工業(yè)設(shè)計學(xué)習(xí)時間即將畫上圓滿句號，在這里我由衷向支持、幫助我的人表示最誠摯的謝意！本次論文是在范老師、王老師和郝老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，老師督促和指導(dǎo)，解決有關(guān)設(shè)計中出現(xiàn)的問題和一些金融方面的疑問。是老師的辛勤汗水保證了本次設(shè)計能順利完成。在此向三位老師表示深深的感謝和崇高的敬意！除此之外，關(guān)于本次畢設(shè)，也由衷感謝園林局，是他們提供了修剪樹枝場景調(diào)研，他們給予我相關(guān)的樹枝修剪體驗經(jīng)歷，同時也感謝校區(qū)綠化科張老師，是他對我高枝油鋸的結(jié)構(gòu)方面的指導(dǎo)，以及提供許多幫助。在本次設(shè)計，查閱了相關(guān)書籍和論文資料，在這也一并向有關(guān)作者表示感謝。感謝機械工程學(xué)院工業(yè)設(shè)計系，給我們提供如此良好的學(xué)習(xí)生活環(huán)境。附錄一：文獻(xiàn)翻譯原文：EffectofselectivecuttingtypeonthechainsawproductivityinCaspianForestsFarshadKeivanBehjouReceived:2011-07-13;Accepted:2012-03-19?NortheastForestryUniversityandSpringer-VerlagBerlinHeidelberg2012IntroductionTheCaspianforestsofIranarenaturalbroad-leavedforestslocatedinnorthIranneartheCaspianSea(Hosseinietal2011).Theseforestsareuneven-agedstructuresofvaryingspeciessuchas:beech(Fagusorientalis),hornbeam(Carpinussp.),maple(Acersp.),oak(Quercussp.)(LimaeiandLohmander2007).Uneven-agedforestmanagementsystemwithselectivecuttingandnaturalregenerationisthedominatingsilviculturalregimeinCaspianforests.Thissystemprovideslongtermbenefitsofsustainableforestmanagementwhilebeinglessobtrusive,andthereforemaybemoreacceptabletothegeneralpublic(Hassleretal.2000).Selectivecuttingcan,however,ingeneralbedefinedasacuttingregimebasedoncertaindefinedcriteriaforthechoiceoftreesthatmaintainsordevelopsanuneven-agedforeststructureovertime(LexerodandEid2006).Selectivecuttingsystemisdonebasedontwomethods,singleandgroupselection.Tochooseselectioncuttingmethodforacertainstandisabasicchallengeinforestmanagementplanningintheregion.Thedecisiondependsoneconomicalfactorsaswellasbiologicalfactors.Ontheotherhand,informationontheproductivity,costandapplicationofharvestingmachinesarethekeycomponentsintheevaluationofselectivecuttingsystemfortherehabilitationandutilizationofCaspianforests(Behjouetal.2008).Duetothehigherinitialcostsofmechanizedharvestingmachines,largerdiametersandcrownsofhardwoods,andtherelativelysteepterraininCaspianforests,manualfellingwithachainsawisstillthemostcommonlyusedsystemintheregion.Aprofitmaximizingdecisionmakerwill,however,restrictselectivecuttingtoforestareathatintheirpresentstatehavesuitablestructuresandconditionsfornaturalgeneration(LexerodandEid2006).ThereislessstudyfortheproductionandcostofharvestingCaspianhardwoodstandsunderdifferentselectivecuttingsystemincludingsingleandgroupprescriptions.Manyfactorscanaffecttheproductivityofchain-saws,andthetypeofselectivecutting(singleorgroup)isonefactor.Jones(1983)conductedatimestudyona60-acretractwiththreethinningtreatmentsinnorthernWestVirginia.Threetreatmentsweredefinedas45%,60%and75%oftheresidualstocking.Theharvestcomprisedofmanualfellingwithachainsaw.Timestudiesshowedthathourlyfellingproductionincreasedwhileskiddingproductivitydecreasedfromthetreatments45%,to60%andto75%ofresidualstocking.Regressionequationswerelaterdevelopedbasedontheabovetime-studydata(Brocketal.1986),whichcanbeusedforestimatingproductionratesandcostsforsimilarthinningoperations.Someproduction-coststudiesusingmanualharvestingsystemswereconductedinharvestingplantedpinestandsinthesouth.KluenderandStokes(1994)conductedatimestudyonasouthernpineharvestconsistingofmanualfelling,grappleskiddingandcableskidding.Theharvestmethodrangedfromclearcuttingtosingle-treeselection,andtheproportionofbasalarearemovedwasusedtomeasureharvestintensity.Lortzetal.(1997)conductedfurtheranalysisofsouthernpinefellingwithchainsawsanddeducedseveralequationsforestimatingfellingtimesandproductivity.Wangetal.(2004)developedaproductivitymodelforchain-sawfellingincludingvariablessuchasdiameteratbreastheightandthedistanceamongharvestedtrees.Holmesetal.(2002)conductedatimestudyontheforestsofeasternAmazon,andtheyfoundthattheproductivityandcostofmanualfellingwere20.46m3?h-1and0.46USD?m-3,respectively.Nikoie(2007)developedaproductivitymodelforchain-sawfellinginCaspianhardwoodforestsincludingvariablessuchasdiameteratbreastheightandthedistanceamongharvestedtrees.Behjouetal.(2009)conductedafieldproductionstudyforamanualharvestingsystemusingachain-sawinCaspianforests.Thestudyperformedinacombinedselectivecutting(includingsingleandgroup).Theresultsshowedthatthegrossandnetproductionrateswere20.6and26.1USD?m-3,respectively.Theobjectivesofourstudywereto(1)conductacontinuoustimestudyonmanualfellingwithaStihlMS880modelchainsawinsingleandgroupselectivesystemsinaCaspianhardwoodforest,and(2)toestimatetheproductionratesandcostsofchainsawfellinginsingleandgroupselectivesystems.MaterialsandmethodsSiteofstudyOurstudywasconductedinMarch2009incompartment231ofChafroudforestsinthenorthofIranbetween37°26'N,48°26'Eand37°26'N,48°30'E(Table1).Theelevationofthestudyarearangesfrom1,350to1,550maboveseeslevelandtheaverageannualprecipitationis1,450mm.Theforeststructurewasuneven-agedbeech(Fagusorientalis)standswiththeaveragegrowingstockof320m3?ha-1.Canopycover,meandiameter,meanheightandstanddensitywere0.85cm,36.87cm,26mand181treesperha,respectively.Theslopeofthecompartmentwasfrom20%to60%andtheaspectsoftheslopeswerenorthern.ThecharacteristicsofthestudyareaareshowninTable1.DominantcanopyspeciesincludeFagusorientali,Carpinusbetulus,Acervelutinum,AlnussubcordataandUlmusglabra.Themanualharvestingsystemexaminedwasconsistedoffellingwithachainsawinsingleandgroupselectionmethods.AStihlMS880modelchainsawwasusedinfellingoperation.MethodsTimesandoperationalvariablesweremeasuredusingastopwatchandrecordedonpaper.Timestudyisoneofthemostcommonpracticesofworkmeasurements(Behjouetal.2009).Itisusedworldwide,inmanytypesofproduction,todeterminetheinputoftimeintheperformanceofapieceofwork.Timestudycanbeusedtonotonlymeasuretimeandproduction,butalsoidentifytimecategoriesaccordingtotheaction.Theworkcycleforeachoperationwasconsistedofcertainelementalfunctionsandfactors.Thetimesforeachfunctionandthevalueofeachfactorwererecordedinthefield.Elementaltimefunctionsforchainsawfellingweredefinedas:Walktotree,Acquire,Undercut,Backcutandmiscellaneoustime(eachworkisapartofworkphaseincludingfuelling).Harvestingfactorsoroperationalvariablesforchainsawfellingweremeasuredinthefieldincludedistancetotree,treespecies,diameteratbreastheight(DBH),groundslopeinfellingareaandgroundslopebetweentwotrees.Atotalof117and76cyclesforchainsawfellingwereobservedinthefieldinsingleandgroupselectionsystem,respectively.Thenumberofobservationsvarieddependingontheamountoftimerequiredforcollectingtimestudydata.EachfelledtreewasmeasuredforDBH/buttdiametertothenearestcentimeter.Localvolumeequationswereusedtocomputethevolumeoffelledtrees(Zobeiry1994).Theeffectivetimeandmeanlogvolume(numberofcuttree)percycleinfellingwerecalculated,andthenproductivityperhourwasmeasuredinsingleandgroupselectivemethods.Thecostsofpercubicmeterwerecalculatedforsingleandgroupselectivecutting.SPSS16wasusedtoanalyzethedata.Asstatisticalparameterswereusedforselectingthebest-fitmodel,thep-value,F-valueandR2werechosen.Stepwiseregressiontechniquewasalsoemployedtodevelopmodelsforelementaltimes,cycletimeandproductivityofchainsawfelling.Inadditiontothetotalfellingcycle,delaytimewasconsidered.Thedelaytimesandthereasonsforthedelayswerealsorecorded.Threecategoriesofdelaysusedinthedelayanalysiswerethepersonaldelay,mechanicaldelayandoperationaldelay,whichrepresentdelaysassociatedwiththeprincipleofoperatingofthesystem.Itwasassumedthatthefellingtimepercycleisafunctionoftheabovementionedvariables.Thestepwiseregressionmodelwasappliedtodevelopamodel.Inthismethod,ifanyvariablehasasignificanteffec