保溫瓶手柄的人的因素分析與研究

    楊智勇  王繼成

    （東華大學機械工程學院工業設計系，200051,上海）

摘要手柄是保溫瓶的重要人機交互面。這一看似簡單的人機界面卻包含著復雜的人的因素。為了了解這些人的因素的影響，本文首先分析了保溫瓶的各種使用方式，接著深入分析了其手柄的握持方式、外形、受力情況和使用環境等。這不僅為保溫瓶產品開發提供了新的設計思路，也為其開發前景提供了新的契機．

關鍵詞  手柄：人機交互面：人的因素；使用方式

1  前言

    20世紀英格蘭科學家杜瓦在實驗室發明了保溫瓶。保溫瓶的問世，給人們帶來了方便。隨著物質產品的日益豐富和人們對精神生活追求的逐步提高，保溫瓶產品多元化的趨勢日顯端倪?，F在市場上的保溫瓶不僅形態萬千，色彩絢麗，而且使用方式也多種多樣，極其靈巧。形態和色彩的豐富愉悅了人們的審美情趣：使用方式的靈巧方便了人們的操作，減少了誤操作的幾I率。這些基本上都是圍繞人的因素展開的，在保溫瓶產品的開發中，人的因素考慮得越全面、越合理，所開發的產品在市場上就越有生命力。因此保溫瓶手柄的人的因素分析與研究，對開發有市場潛力的保溫瓶大有裨益。

2保溫瓶的使用方式分析

2.1  保溫瓶的功能與結構

    保溫瓴主要通過真空的雙層內壁隔熱來保持溫度。近年來隨著科學技術的發展和人們新的生活需求，出現了可以通過外界電源或蓄電池來加熱水溫的保溫瓶。

    以現在市場上典型的保溫瓶為例，其主要結構包括：手柄、外殼、內膽、瓶蓋、倒水口，底座等。

2.2保溫瓶的分類與使用方式

  保溫瓶按結構功能分有：普通式，氣壓式，攜帶式和半固定瓶塞式（如圖1）：按保溫形式可分為：保溫式，加熱保溫式；按不同的電源系統可分為：有線式、無繩式等等。

    目標用戶群會根據自己的生理和心理需要，選擇一種合適的行為方式使用保溫瓶。很明顯，保溫瓶的使用方式是由目標用戶群的主觀因素所引起的具體行為方式。若悉心觀察大量用戶使用保溫瓶的情況后發現，由于出水方式和手柄設計的不同，保溫瓶的使用方式明顯不一樣。

    除了表1列出的這些常見的使用方式外，還。有一類保溫瓶（如圖3），它的手柄是折疊式的。如果將它的手柄折疊起來后，它就是一個便攜式的保溫瓶：如果將它的手柄展開后，它就是一個將通式的保溫瓶。這種設計充分考慮了兩種用戶群體的需要，人性化的特點比較突出，因此它榮獲了當年的日本“G”標志獎。3  常見保溫瓶手柄握持方式的分析

3.1手柄的常見握持方式

    手的握持姿勢通常分為完全握持和不完全握持。如果手完全抓住物體（或至少部分完全抓?。?，手的握持姿勢就被認為是完全握持。以此推之，其他的握持（如那些用手來推或抬）都被認為是不完全握持。圖4表達了手，物的關系和各種握持的方式。

(1)  手指接觸：

(2)  手掌接觸：

(3)  指掌握持（鉤握）：

(4)  拇指一指尖握持（點握）：

(5)  拇指一指掌把握（捏握）；

(6)  拇指一食指側把握（側握）：

(7)  拇指和兩手指握持（寫握）：

(8)  拇指一指尖壞繞（盤握）：

(9)  手指一手掌環繞；

(10)強力握持。

    最普遍的握持姿勢是點握、捏握、側握和強力握。點握是一種不完全握持，它只是使用拇指的指尖和另一手指的指尖。這種握持方式常用來拾撿或操作小物體，用這種握持方式要給物體施加力矩有難度。捏握也是用拇指和另外一個手指把握物體。然而抓住物體是靠手指和拇指的夾緊作用。用捏握這種方式可以給物體施加小的力矩。側握是一種過渡握持方式，其操作需要中間力量和適中的位置精確性。強力握是一種完全握持，這種握持方式需要手腕和上臂使出全部的力。

3.2保溫瓶手柄的握持方式分析

    表l根據出水方式的不同和手柄設計的差異具體分析了保溫瓶的各種使用方式。在保溫瓶的使用過程中，若不小心讓保溫瓶從手中滑脫掉到地面上，瓶膽必碎無疑，熱水也會因此而灑濺四處，燙傷事故也會隨之發生。為了安全起見，無論保溫瓶有無手柄，其使用方式一般都采用圖4中的強力握方式。但保溫瓶使用方式間的差異性，使得強力握方式也存在一定的差異性。按強力握時手指和手掌有無運動可分為：①大拇指和其余四指緊握手柄，無任何運動（如圖1）：  ②火拇指F壓控制瓶塞彈出，其余四指緊握手柄（如圖2）。按強力握時手的施力方向可分為：①握手柄握持：②提手柄握持（如圖5）。

    從圖5中的力學分析扇知，用握手柄提拿保溫瓶時會產生扭轉力矩，因此與提手柄提拿比較起來，它更費力，更易引起手部肌肉的靜態施力，岡而不宜長時間握持。但由于它與瓶身是剛性連接，短時間內握牢保溫瓶移動時易保持其穩定性和安全性，因此它常用于傾斜瓶身向其他容器中注水等。而用提手柄提拿時保溫瓶只是垂直方向上受力，不產生扭轉力矩，因而不會增加手臂的負載荷，捉拿起來也會輕松一點。它一般適合長時間地握持保溫瓶并將其從一個地方移動到另一個地方，但由于它與瓶身之間是鉸鏈連接，易活動，因此不用于向其他容器中注水。

    現實生活中也存在這樣的情況：同樣一個握手柄，如果改變手的施力方向，它就變成了一個提手柄，并且此改變還會使用戶受益。在學校里，學生經常去開水房打開水，然后拿到宿舍飲用。仔細觀察會發現：他們在路上提拿保溫瓶用的是提手柄的方式，在宿舍飲用熱水提拿保溫瓶用的卻是握手柄的方式（如圖6）。這類情況的發生可以用上面的分析來解釋。

4保溫瓶手柄的外形、受力數

  目和使用環境分析

  為尋求保溫瓶手柄的人的因素，除了對手柄的握持方式分析以外，還可以從以幾個方面去

分析。

4.1手柄的外形

    保溫瓶手柄的外形有兩個作用：第一，方便用戶握持，體現出保溫瓶的入機工程學品質：第二，使其與整體協調起來增加保溫瓶的美觀度。為了方便用戶握持，其手柄外形尺寸的確定就要參考相關的人體測量學尺寸。一般來說，手柄長度的確定要參考如圖7所示的對角線上的手的寬度尺寸，手柄厚度的確定要參考如圖8握持情況下手柄的直徑大小幢’。另外，為了防滑，保溫瓶手柄的表面宜用一些紋理或加上襯墊。

4.2人對手柄的施力

為了握牢保溫瓶，人對手柄的施力不能太小。由以上握持方式分析知，保溫瓶手柄的握持方式是強力握持。而強力握持的最佳施力姿勢是讓手腕保持直線狀態或類似于把握手槍的姿勢。一項研究發現：不好的手腕姿勢會使握持力量減少。如圖9，手腕彎曲時握持力減少27%．伸展時握持力減少23%:橈骨偏轉時握持力減少170;6:尺骨偏轉時握持力減少14%。因此，用戶用強力握方式握牢保溫瓶時，應讓手腕保持直線狀態，以獲得最佳施力效果。另外，手與柄接觸面的大小也會影響握持力量口1。如果人將力施加到一個較大的接觸面上，握持力會減少。因此，用戶用強力握方式握牢保溫瓶時，應適當調整接觸面大小使之處于最佳狀態。

4.3手柄的數目

    一般來說，5kg以上的載荷應該有一個手柄：體積和重量比較大的載荷應該有兩個手柄口1。但也一些例外的情況，如圖10，這是一款為兒童設計的保溫瓶。它的體積和重量都比較小，卻用了兩個手柄．之所以這樣做設計師是基于以下考慮的：兒童由于發育尚未成熟力量比較小，但又不能忽視他們的安全因素。使用兩個手柄握持后，不僅增加了對手柄的施力，還保持了瓶身的穩固．提高了使用的安全性。

4.4手柄的使用環境

    分析保溫瓶手柄的使用環境，即考慮手柄與保溫瓶和使用環境的協調性和相融性。一般來說，保溫瓶的手柄可置于其重心的任意一邊，但要置于重心以上位置川。只有這樣才能保持把握的平穩性。對于圖2中的保溫瓶而言，由于握持時大拇指還要控制瓶塞的彈出，因此手柄的位置要離瓶口近一點。大多數情況下，為了防止熱水從瓶口濺出來燙傷手，手柄的位置要離瓶口稍微遠一點。

    保溫瓶的使用與整體環境是密切相關的。例如，郊游者旅游時和白領辦公時，他們都喜歡用體積和重量都很小的便攜式保溫瓶．這時就無需手柄，因為手柄和瓶體融為一體。這時為方便攜帶瓶體的直徑不應超過手柄的最大直徑?，F在也有設計師想為年輕媽媽設計一款保溫瓶，使得她們攜帶寶寶出門時能讓寶寶即時喝到熱水。那它的手柄又該考慮哪些因素呢？

5  小結

    從以上分析可以得知，在進行保溫瓶手柄的設計時需考慮的人的因素有：①為確定手柄的長度和厚度需考慮手的對角線寬度和功能握持時手柄的直徑：②為了防滑需考慮在手柄的表面上加一些紋理或襯墊：③為了保持瓶身的穩定性和提高使用的安全性需考慮手柄的數目；④為了把握方便，需考慮手柄的放置位置；⑤手柄的傾斜角度應有利子施力，同時確保手腕的姿勢等等?？偟膩碚f，這些因素都是從人的舒適性和使用的安全性方面考慮的，目的是為了提高保溫瓶的人機工程學品質。保溫瓶的人機工程學品質一旦提升上去了，它的市場競爭力也就會隨之增加。

    本文只是探索保溫瓶手柄的人的因素的開始，還可以從社會和人的精神需求方面去探索保溫瓶手柄的人的因素。