水杯設(shè)計(jì)中人因工程學(xué)的應(yīng)用研究

王 璇，李 鵬，2，朱曉冬

(1.東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040；2.齊魯工業(yè)大學(xué)生物基材料與綠色造紙國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南 250353）

水是生命之源。水分的及時(shí)補(bǔ)充對(duì)于身體的健康至關(guān)重要[1]。直接裝杯飲用是補(bǔ)充水分最便捷的方式之一。因此水杯的重要性也隨之凸顯出來。一款適宜的水杯可以提高使用者的飲水頻率、幫助使用者找到飲用需求與飲用體驗(yàn)之間的平衡點(diǎn)?；谝陨希P者以人因工程學(xué)為切入點(diǎn)，圍繞“以人為本”的核心設(shè)計(jì)思想，通過人體尺寸、操作行為和情感需求三方面，對(duì)水杯的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，探求水杯設(shè)計(jì)與使用需求、使用體驗(yàn)之間的聯(lián)系，為水杯設(shè)計(jì)提供參考。

1 水杯設(shè)計(jì)與人體尺寸

水杯杯身的高度與弧度，握把的位置與大小，杯口與底座的直徑、杯腳高度等尺寸與水杯整體的使用舒適度關(guān)系緊密，因此應(yīng)考慮到使用者的感受，采用適宜人體的尺寸進(jìn)行水杯設(shè)計(jì)[2]。

1.1 人體尺寸

與水杯設(shè)計(jì)聯(lián)系最為緊密的人體尺寸是人體手部尺寸，包括手長、手寬、手部握持圍度等。因?yàn)椴煌朔N或同一人種的地域、年齡、性別差異造成的人體尺寸各不相同，在進(jìn)行水杯設(shè)計(jì)前要對(duì)水杯使用人群進(jìn)行劃分，進(jìn)而分析適合目標(biāo)人群的水杯尺寸，設(shè)計(jì)出更加人性化的水杯。

現(xiàn)行的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7250-1-2008“技術(shù)設(shè)計(jì)用基本人體測(cè)量”和我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5703-2010“用于技術(shù)設(shè)計(jì)的人體測(cè)量基礎(chǔ)項(xiàng)目”中，人的手長在人體測(cè)量中被規(guī)定為中指指尖點(diǎn)到橈骨莖突和尺骨莖突之間掌面連線（兩個(gè)莖突連線的測(cè)點(diǎn)大致在腕部皮膚皺紋的中間）的垂直距離（圖1）；人的手寬在第2到第5掌骨頭水平處，掌面橈尺兩側(cè)間的投影距離；人的最大握徑是將拇指指尖與中指指尖相觸，在內(nèi)側(cè)大致呈圓形時(shí)，中指指點(diǎn)與拇指指關(guān)節(jié)最外突部位間的直線距離[3]。

筆者以1989年7月實(shí)施的GB 10000-88“中國成年人人體尺寸”國家標(biāo)準(zhǔn)中提供的中國成年人的手部尺寸為參照[4]，總結(jié)了通用中國成年男女的手部尺寸數(shù)據(jù)，其中中國成年男性手長、手寬、食指長分別為164-202mm、73-92mm、60-79mm，平均尺寸約為手長182mm、手寬82mm、食指長69mm；中國成年女性的手長、手寬、食指長分別為154-189mm、67-85mm、57-76mm，平均尺寸約為手長171mm、手寬76mm、食指長66mm。以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，成年男性手部最大握徑約為55mm，成年女性約為40mm。

1.2 水杯的尺度

結(jié)合人體每日1500-2000ml的飲水需求，在設(shè)計(jì)水杯時(shí)要明確水杯的容量規(guī)格，從而確定杯具尺度。市場(chǎng)中室內(nèi)用水杯容量以180ml、250ml、360ml三種規(guī)格使用最多，外出使用的水杯容量則多用500ml左右規(guī)格。以這四種容量為水杯設(shè)計(jì)規(guī)格，采用一次性紙杯造型可得出水杯的上口徑、下口徑、杯身高度等尺度，其中180ml水杯為70×49×78mm、250ml水杯為75×53×90mm、360ml水杯為95×58×95mm、500ml水杯為100×65×110mm（圖2）。

參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中提供的人體數(shù)據(jù)，無柄杯具的直徑應(yīng)控制在65mm以內(nèi)，直徑超過65mm的應(yīng)增加方便握持的把手或特殊設(shè)計(jì)，防止握持不便帶來的使用困難。室內(nèi)用口杯的杯身高度一般為90-120mm，若要增高杯身需合理搭配杯子口徑，減少清洗水杯帶來的麻煩。

2 水杯設(shè)計(jì)與操作行為

圖1 手長手寬示意圖

圖2 一次性紙杯

圖3 三角擺放杯具

圖4 紙型水杯

圖5 折疊水杯

圖6 宜家代諾拉馬克杯

圖7 Mighty Mug“神奇不倒杯”

圖8 Smart grip技術(shù)

圖9 吸管杯

圖10 成人奶嘴杯

圖11 鴨嘴杯

圖12 NUK拔蓋式學(xué)飲杯

圖13 一鍵開蓋鴨嘴杯

圖14 旋蓋式吸管杯

圖15 手部凹印水杯

人體操作行為是指人體在使用產(chǎn)品或完成動(dòng)作指令時(shí)的行為結(jié)構(gòu)。在水杯設(shè)計(jì)中的人體操作行為是指水杯設(shè)計(jì)需要考慮水杯與人在各種環(huán)境下的交互關(guān)系[5]。在水杯流通階段，出售方的陳列、堆放，運(yùn)輸中便于流通、搬運(yùn)；在水杯的消費(fèi)者使用階段，方便使用、便于攜帶等。

2.1 流通階段的操作行為

為了減少在水杯流通階段的運(yùn)輸途中的損失和出售方堆放、陳列的困難，尤其是流通、搬運(yùn)過程中的碰撞、顛簸導(dǎo)致的水杯損壞和在陳列、堆放、清點(diǎn)時(shí)給出售商造成的困擾，在水杯設(shè)計(jì)上也需要加強(qiáng)對(duì)流通階段水杯設(shè)計(jì)的思考[6]。例如發(fā)現(xiàn)并使用更多的特殊抗壓材料制作水杯或水杯設(shè)計(jì)采用容易疊放或交叉放置的造型等。

在展示擺放水杯時(shí)，大多商戶采用三角擺放，將三個(gè)杯具擺放在一起，利用三角穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，防止誤碰跌落（圖3）。在設(shè)計(jì)中采用便于疊放的紙類造型的水杯，不僅解決了出售和運(yùn)輸方的困擾，也因造型獨(dú)特受到眾多消費(fèi)者的喜愛（圖4）。設(shè)計(jì)師或在設(shè)計(jì)水杯時(shí)，采用特殊材料和造型進(jìn)行設(shè)計(jì)，如旅行用便攜折疊水杯，采用硅膠材料設(shè)計(jì)而成，水杯在造型上可壓縮至手掌大小，也解決了流通階段會(huì)產(chǎn)生的眾多問題（圖5）。

2.2 使用階段的操作行為

在消費(fèi)者使用階段，水杯的攜帶和操作難度也是人性化水杯設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為了人性化使用的水杯設(shè)計(jì)思路多種多樣，在攜帶、開啟方式、放置等操作上有許多品牌進(jìn)行了創(chuàng)意性的實(shí)用設(shè)計(jì)。

宜家生產(chǎn)的杯子因價(jià)格低廉、造型簡潔、設(shè)計(jì)合理，曾受到中國部分地區(qū)消費(fèi)者的追捧。在宜家生產(chǎn)的幾款水杯底部，存在類似缺口，品牌方解釋該設(shè)計(jì)是為了防止放置在有水的桌面，因水壓難以拿起的氣孔（圖6）。除宜家外，還有被稱為“永遠(yuǎn)不會(huì)被撞翻的神奇不倒杯”的Mighty Mug，杯子底部的吸盤模仿章魚等動(dòng)物的吸盤特性，開發(fā)出的一種獨(dú)特技術(shù)名為“Smart grip”。該技術(shù)類似氣壓鎖，在受到橫向外力時(shí)氣壓鎖開啟，讓杯子保持不動(dòng)，而當(dāng)杯子被垂直向上拿起時(shí)，會(huì)自動(dòng)打開氣口解鎖，不需要控制按鈕（圖7-圖8）。

杯子的開啟和飲用方式是作為水杯最重要的消費(fèi)者操作行為，也直接決定了杯子是否符合消費(fèi)者的生活習(xí)慣。因飲用方式不同，常用的水杯類型有敞口杯、吸管杯、奶嘴杯、鴨嘴杯等（圖9-圖11），而開啟方式也根據(jù)飲用方式的不同有旋轉(zhuǎn)式擰蓋、一鍵自動(dòng)式開蓋方式、啟蓋式、拔口式等（圖12-圖14）。如德國NUK設(shè)計(jì)的拔蓋式學(xué)飲杯，采用硅膠軟吸管，以訓(xùn)練孩子飲水為設(shè)計(jì)目的，有防漏防嗆的功能，受到許多家長和孩子的喜愛。設(shè)計(jì)者需要根據(jù)消費(fèi)者的操作行為習(xí)慣選擇搭配的開啟和飲用方式，衍生出了水杯的不同類型滿足消費(fèi)者多樣化的需求，從而出現(xiàn)逐漸成型的水杯市場(chǎng)。

水杯的把手和拎帶設(shè)計(jì)對(duì)于水杯的握持和攜帶起到關(guān)鍵作用，合適的把手需要符合舒適的關(guān)節(jié)活動(dòng)姿勢(shì)，以減輕握持和舉起水杯的困難，達(dá)到人性化設(shè)計(jì)的要求。對(duì)于需要攜帶外出的水杯，必要時(shí)添加合適的拎帶和把手，且拎帶和把手的尺寸和造型要依據(jù)消費(fèi)者的人體尺寸、握持方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)，增加消費(fèi)者使用時(shí)的舒適感。還要考慮把手和拎帶的承重是否符合杯子容量的設(shè)定，防止拎帶受力崩壞[7]。當(dāng)前市場(chǎng)上在保證水杯的使用，在握持和拎帶上進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的水杯也是層出不窮，各具特色（圖15）。

圖16 陶瓷牛奶杯

圖17 可口可樂

圖18 不同材質(zhì)水杯對(duì)比

在水杯設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們?cè)诒ＷC滿足水杯飲用功能和飲用需求的前提下，根據(jù)對(duì)消費(fèi)者的操作行為與水杯之間的交互關(guān)系進(jìn)行分析，從而在水杯使用和攜帶中為消費(fèi)者提供了更多人性化的使用方式，為人性化水杯設(shè)計(jì)提供更多的理論支持和設(shè)計(jì)可能。

3 水杯設(shè)計(jì)與情感需求

基于人性化設(shè)計(jì)的水杯，除了滿足人體尺寸和操作行為的需要，還得滿足人類心理上的情感需求。

3.1 形態(tài)

人們根據(jù)對(duì)杯子的外觀感覺，從而形成對(duì)特定水杯的認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)采用不同的顏色、造型、材料、肌理都會(huì)產(chǎn)生不同的效果。在水杯設(shè)計(jì)中也常常出現(xiàn)基于人的感知的設(shè)計(jì)，例如對(duì)牛奶杯的設(shè)計(jì)，人們從杯子的陶瓷材料、乳白色和如同流淌的牛奶的造型等認(rèn)識(shí)，便能理解這是屬于牛奶杯的知覺（圖16）。水杯造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響著杯子給消費(fèi)者形成的外觀感覺。水杯的造型有仿生設(shè)計(jì)、幾何形設(shè)計(jì)。對(duì)于水杯整體及不同部位的造型設(shè)計(jì)，根據(jù)水杯的定位以及其他設(shè)計(jì)需求來選擇合適的水杯造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在符合使用需求的基本要求上，給水杯消費(fèi)者帶來更為舒適的飲水體驗(yàn)[8]。

3.2 色彩

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的造型、性格定位以及所要傳達(dá)的信息，大部分是由色彩來完成的，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售的目的，如可口可樂的紅白搭配（圖17）[9]。水杯色彩設(shè)計(jì)并非單純依賴于色彩的表現(xiàn)形式，而更多的是由色彩傳遞給人的意象，從而形成的色彩語言。在審美差異中不同的地域、國家、民族，對(duì)色彩都有不同的理解，如西方將紅色視為血腥、暴力、邪惡的象征，而中國人喜歡把紅色當(dāng)作吉祥、喜慶的代表。不同的色彩和色溫可以給消費(fèi)者帶來不同的感受和想象，使人產(chǎn)生溫度感、輕重感、硬度感、遠(yuǎn)近感等物理感覺，從而引起人的情緒變化。例如，色彩形成的冷與暖、熱情與冷淡、活潑與刻板、前進(jìn)與后退等不同的感覺。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理地應(yīng)用色彩的物理和情緒感覺，創(chuàng)造合適產(chǎn)品的色彩環(huán)境[10]。

3.3 肌理

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中追求的表面處理效果主要是防滑、耐磨、增加裝飾性、增加質(zhì)感等，常見的水杯表面肌理處理工藝有：金屬化工藝、表面涂層、涂布印刷、表面磨砂等。不同的材質(zhì)選用合適的表面處理，會(huì)讓設(shè)計(jì)作品呈現(xiàn)更佳的效果，例如采用高分子材料金屬化工藝，通過化學(xué)或物理方法，將少量金屬鍍?cè)诟叻肿硬牧系谋砻?，從而使其具有鍍金屬的特性[11]。表面處理工藝，在肌理效果上幫助產(chǎn)品增添觸覺感知，在盲人用品設(shè)計(jì)中尤為多見。水杯產(chǎn)品的肌理作為觸覺感官設(shè)計(jì)的重要著手點(diǎn)，在情感向的水杯設(shè)計(jì)中地位突出。不同肌理表面處理的產(chǎn)品在觸覺感知上會(huì)在心理上給消費(fèi)者形成不同的感知，對(duì)水杯情感定位的表達(dá)有著出色的效果。

3.4 材質(zhì)

不同材質(zhì)的水杯有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，帶給消費(fèi)者的觸覺感知最為直接。塑料水杯色彩造型豐富、光澤度高，但不耐高溫、易老化；紙杯造價(jià)低，但容易破；玻璃杯透明、耐腐蝕，但易碎；金屬杯不易碎、耐高溫，但不易保溫、造價(jià)高（圖18）[12]。為了迎合市場(chǎng)的需求，綜合各材料的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了將肌理與材質(zhì)結(jié)合的設(shè)計(jì)，例如使得非金屬材料制品呈現(xiàn)金屬的表面質(zhì)感。這樣的設(shè)計(jì)不僅能降低產(chǎn)品的成本，將材料間的優(yōu)點(diǎn)最大化，也滿足了消費(fèi)者的心理需求，對(duì)于市場(chǎng)和消費(fèi)者是雙贏的設(shè)計(jì)方式[13]。

4 結(jié)語

通過對(duì)市場(chǎng)代表性水杯設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，筆者發(fā)現(xiàn)水杯在滿足作為飲水器的基本功能外，消費(fèi)者在選購水杯時(shí)往往更傾向于與人體尺寸、操作行為相匹配的水杯產(chǎn)品。此外，功能多樣、造型獨(dú)特、便于攜帶的水杯也是消費(fèi)者選購的暢銷產(chǎn)品。綜上所述，水杯設(shè)計(jì)多樣化、人性化的發(fā)展趨勢(shì)促進(jìn)著設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思維和方法的更新，根據(jù)當(dāng)前水杯市場(chǎng)的經(jīng)典設(shè)計(jì)案例，采用新型的技術(shù)和材料給人性化水杯設(shè)計(jì)市場(chǎng)帶來變化是水杯設(shè)計(jì)發(fā)展的一個(gè)重要方向。