保温瓶手柄的人的因素分析与研究

    杨智勇  王继成

    （东华大学机械工程学院工业设计系，200051,上海）

摘要手柄是保温瓶的重要人机交互面。这一看似简单的人机界面却包含着复杂的人的因素。为了了解这些人的因素的影响，本文首先分析了保温瓶的各种使用方式，接着深入分析了其手柄的握持方式、外形、受力情况和使用环境等。这不仅为保温瓶产品开发提供了新的设计思路，也为其开发前景提供了新的契机．

关键词  手柄：人机交互面：人的因素；使用方式

1  前言

    20世纪英格兰科学家杜瓦在实验室发明了保温瓶。保温瓶的问世，给人们带来了方便。随着物质产品的日益丰富和人们对精神生活追求的逐步提高，保温瓶产品多元化的趋势日显端倪。现在市场上的保温瓶不仅形态万千，色彩绚丽，而且使用方式也多种多样，极其灵巧。形态和色彩的丰富愉悦了人们的审美情趣：使用方式的灵巧方便了人们的操作，减少了误操作的几I率。这些基本上都是围绕人的因素展开的，在保温瓶产品的开发中，人的因素考虑得越全面、越合理，所开发的产品在市场上就越有生命力。因此保温瓶手柄的人的因素分析与研究，对开发有市场潜力的保温瓶大有裨益。

2保温瓶的使用方式分析

2.1  保温瓶的功能与结构

    保温瓴主要通过真空的双层内壁隔热来保持温度。近年来随着科学技术的发展和人们新的生活需求，出现了可以通过外界电源或蓄电池来加热水温的保温瓶。

    以现在市场上典型的保温瓶为例，其主要结构包括：手柄、外壳、内胆、瓶盖、倒水口，底座等。

2.2保温瓶的分类与使用方式

  保温瓶按结构功能分有：普通式，气压式，携带式和半固定瓶塞式（如图1）：按保温形式可分为：保温式，加热保温式；按不同的电源系统可分为：有线式、无绳式等等。

    目标用户群会根据自己的生理和心理需要，选择一种合适的行为方式使用保温瓶。很明显，保温瓶的使用方式是由目标用户群的主观因素所引起的具体行为方式。若悉心观察大量用户使用保温瓶的情况后发现，由于出水方式和手柄设计的不同，保温瓶的使用方式明显不一样。

    除了表1列出的这些常见的使用方式外，还。有一类保温瓶（如图3），它的手柄是折叠式的。如果将它的手柄折叠起来后，它就是一个便携式的保温瓶：如果将它的手柄展开后，它就是一个将通式的保温瓶。这种设计充分考虑了两种用户群体的需要，人性化的特点比较突出，因此它荣获了当年的日本“G”标志奖。3  常见保温瓶手柄握持方式的分析

3.1手柄的常见握持方式

    手的握持姿势通常分为完全握持和不完全握持。如果手完全抓住物体（或至少部分完全抓住），手的握持姿势就被认为是完全握持。以此推之，其他的握持（如那些用手来推或抬）都被认为是不完全握持。图4表达了手，物的关系和各种握持的方式。

(1)  手指接触：

(2)  手掌接触：

(3)  指掌握持（钩握）：

(4)  拇指一指尖握持（点握）：

(5)  拇指一指掌把握（捏握）；

(6)  拇指一食指侧把握（侧握）：

(7)  拇指和两手指握持（写握）：

(8)  拇指一指尖坏绕（盘握）：

(9)  手指一手掌环绕；

(10)强力握持。

    最普遍的握持姿势是点握、捏握、侧握和强力握。点握是一种不完全握持，它只是使用拇指的指尖和另一手指的指尖。这种握持方式常用来拾捡或操作小物体，用这种握持方式要给物体施加力矩有难度。捏握也是用拇指和另外一个手指把握物体。然而抓住物体是靠手指和拇指的夹紧作用。用捏握这种方式可以给物体施加小的力矩。侧握是一种过渡握持方式，其操作需要中间力量和适中的位置精确性。强力握是一种完全握持，这种握持方式需要手腕和上臂使出全部的力。

3.2保温瓶手柄的握持方式分析

    表l根据出水方式的不同和手柄设计的差异具体分析了保温瓶的各种使用方式。在保温瓶的使用过程中，若不小心让保温瓶从手中滑脱掉到地面上，瓶胆必碎无疑，热水也会因此而洒溅四处，烫伤事故也会随之发生。为了安全起见，无论保温瓶有无手柄，其使用方式一般都采用图4中的强力握方式。但保温瓶使用方式间的差异性，使得强力握方式也存在一定的差异性。按强力握时手指和手掌有无运动可分为：①大拇指和其余四指紧握手柄，无任何运动（如图1）：  ②火拇指F压控制瓶塞弹出，其余四指紧握手柄（如图2）。按强力握时手的施力方向可分为：①握手柄握持：②提手柄握持（如图5）。

    从图5中的力学分析扇知，用握手柄提拿保温瓶时会产生扭转力矩，因此与提手柄提拿比较起来，它更费力，更易引起手部肌肉的静态施力，冈而不宜长时间握持。但由于它与瓶身是刚性连接，短时间内握牢保温瓶移动时易保持其稳定性和安全性，因此它常用于倾斜瓶身向其他容器中注水等。而用提手柄提拿时保温瓶只是垂直方向上受力，不产生扭转力矩，因而不会增加手臂的负载荷，捉拿起来也会轻松一点。它一般适合长时间地握持保温瓶并将其从一个地方移动到另一个地方，但由于它与瓶身之间是铰链连接，易活动，因此不用于向其他容器中注水。

    现实生活中也存在这样的情况：同样一个握手柄，如果改变手的施力方向，它就变成了一个提手柄，并且此改变还会使用户受益。在学校里，学生经常去开水房打开水，然后拿到宿舍饮用。仔细观察会发现：他们在路上提拿保温瓶用的是提手柄的方式，在宿舍饮用热水提拿保温瓶用的却是握手柄的方式（如图6）。这类情况的发生可以用上面的分析来解释。

4保温瓶手柄的外形、受力数

  目和使用环境分析

  为寻求保温瓶手柄的人的因素，除了对手柄的握持方式分析以外，还可以从以几个方面去

分析。

4.1手柄的外形

    保温瓶手柄的外形有两个作用：第一，方便用户握持，体现出保温瓶的入机工程学品质：第二，使其与整体协调起来增加保温瓶的美观度。为了方便用户握持，其手柄外形尺寸的确定就要参考相关的人体测量学尺寸。一般来说，手柄长度的确定要参考如图7所示的对角线上的手的宽度尺寸，手柄厚度的确定要参考如图8握持情况下手柄的直径大小幢’。另外，为了防滑，保温瓶手柄的表面宜用一些纹理或加上衬垫。

4.2人对手柄的施力

为了握牢保温瓶，人对手柄的施力不能太小。由以上握持方式分析知，保温瓶手柄的握持方式是强力握持。而强力握持的最佳施力姿势是让手腕保持直线状态或类似于把握手枪的姿势。一项研究发现：不好的手腕姿势会使握持力量减少。如图9，手腕弯曲时握持力减少27%．伸展时握持力减少23%:桡骨偏转时握持力减少170;6:尺骨偏转时握持力减少14%。因此，用户用强力握方式握牢保温瓶时，应让手腕保持直线状态，以获得最佳施力效果。另外，手与柄接触面的大小也会影响握持力量口1。如果人将力施加到一个较大的接触面上，握持力会减少。因此，用户用强力握方式握牢保温瓶时，应适当调整接触面大小使之处于最佳状态。

4.3手柄的数目

    一般来说，5kg以上的载荷应该有一个手柄：体积和重量比较大的载荷应该有两个手柄口1。但也一些例外的情况，如图10，这是一款为儿童设计的保温瓶。它的体积和重量都比较小，却用了两个手柄．之所以这样做设计师是基于以下考虑的：儿童由于发育尚未成熟力量比较小，但又不能忽视他们的安全因素。使用两个手柄握持后，不仅增加了对手柄的施力，还保持了瓶身的稳固．提高了使用的安全性。

4.4手柄的使用环境

    分析保温瓶手柄的使用环境，即考虑手柄与保温瓶和使用环境的协调性和相融性。一般来说，保温瓶的手柄可置于其重心的任意一边，但要置于重心以上位置川。只有这样才能保持把握的平稳性。对于图2中的保温瓶而言，由于握持时大拇指还要控制瓶塞的弹出，因此手柄的位置要离瓶口近一点。大多数情况下，为了防止热水从瓶口溅出来烫伤手，手柄的位置要离瓶口稍微远一点。

    保温瓶的使用与整体环境是密切相关的。例如，郊游者旅游时和白领办公时，他们都喜欢用体积和重量都很小的便携式保温瓶．这时就无需手柄，因为手柄和瓶体融为一体。这时为方便携带瓶体的直径不应超过手柄的最大直径。现在也有设计师想为年轻妈妈设计一款保温瓶，使得她们携带宝宝出门时能让宝宝即时喝到热水。那它的手柄又该考虑哪些因素呢？

5  小结

    从以上分析可以得知，在进行保温瓶手柄的设计时需考虑的人的因素有：①为确定手柄的长度和厚度需考虑手的对角线宽度和功能握持时手柄的直径：②为了防滑需考虑在手柄的表面上加一些纹理或衬垫：③为了保持瓶身的稳定性和提高使用的安全性需考虑手柄的数目；④为了把握方便，需考虑手柄的放置位置；⑤手柄的倾斜角度应有利子施力，同时确保手腕的姿势等等。总的来说，这些因素都是从人的舒适性和使用的安全性方面考虑的，目的是为了提高保温瓶的人机工程学品质。保温瓶的人机工程学品质一旦提升上去了，它的市场竞争力也就会随之增加。

    本文只是探索保温瓶手柄的人的因素的开始，还可以从社会和人的精神需求方面去探索保温瓶手柄的人的因素。