基于人機(jī)工程學(xué)的手持刀具創(chuàng)新設(shè)計研究

柳州工學(xué)院設(shè)計藝術(shù)學(xué)院 莫紅蕾

柳州梵貓設(shè)計有限公司 黃洋（通信作者）

深圳市道集工業(yè)設(shè)計有限公司 龍瑞康

人機(jī)工程學(xué)是應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，從系統(tǒng)的高度，將人、機(jī)、環(huán)境看成是一個互相作用、相互依存的系統(tǒng)[1]。手持刀具作為人們的廣泛日常工具，在使用的過程中考慮人、機(jī)、環(huán)境這三個因素之間的關(guān)系，并在其中尋找到某一個平衡點(diǎn)。手持刀具的手柄尺寸、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、材料等都會影響使用者的操作與舒適度，提高手持刀具的可用性、舒適性具有重要的意義，可以從人機(jī)工程學(xué)的角度對手持刀具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，使手持刀具更為符合操作者的使用，利于人們的健康與安全。

1 人機(jī)工程學(xué)概述

人機(jī)工程學(xué)不僅僅研究人的行為，也研究并分析人體感覺器官的生理變化與對人的影響，同時分析勞動工作時的疲勞程度、疲勞點(diǎn)、心理因素等對人的影響。人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，通過人機(jī)因素的研究，將產(chǎn)品賦予人性化，給用戶帶來良好的使用效果，提升用戶使用產(chǎn)品的舒適性與安全性，讓使用者擁有良好的體驗(yàn)。許多產(chǎn)品設(shè)計都需要通過人機(jī)工程學(xué)的分析與研究，進(jìn)行調(diào)整與修正，使產(chǎn)品能夠適應(yīng)人體的客觀要素，滿足不同情況下不同人群的使用需求。

2 手持刀具設(shè)計的現(xiàn)狀

手是人體進(jìn)行操作活動最好的器官之一，手握式工具需要頻繁地與人手進(jìn)行接觸和交互[2]。手持刀具的基本功能是可以切開某一樣物品。手持刀具主要分為兩類：一類是掌握式刀具（見圖1），另一類是指握式刀具（見圖2）。在生活中掌握式刀具十分常見，如水果刀、菜刀等，此類刀具的主要特征是由手掌各部分肌肉均參與抓握。掌握式刀具的操作一般會由腕部肌肉或者上臂肌肉完成，掌部肌肉主要具有保持工具姿勢的作用；而指握式刀具在生活常見的是剪刀、美工刻刀等，指握式刀具是以指球肌作為主要工作面，輔助掌部和前臂其他肌肉共同來完成動作，指握式工具工作時主要表現(xiàn)為手指的運(yùn)動，肢體活動范圍比較小，但工作精度較高[3]。

圖1 掌握式刀具

圖2 指握式刀具

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市面上出現(xiàn)了許多手持刀具的款式，但是從人機(jī)工程的角度去分析看，目前的產(chǎn)品仍然存在一些問題：一是，刀具的刀柄設(shè)計不符合人體掌心的弧度，在使用時會因?yàn)閬砘氐那懈钸\(yùn)動對掌心產(chǎn)生摩擦，長期使用會感到疲累或者受傷；二是，掌心與刀柄之間不留間隙，手柄與掌心完全貼合，這樣能增加掌部的摩擦與壓力，使手部感到不適，易產(chǎn)生疲勞；三是，局部細(xì)節(jié)沒有考慮手指的受力，導(dǎo)致在切割運(yùn)動過程中容易產(chǎn)生疲勞或損傷。

3 基于人機(jī)工程學(xué)的手持刀具創(chuàng)新設(shè)計意義

生活中有各式各樣的手持刀具是我們的生活中不可或缺的一部分。同樣，人機(jī)工程學(xué)也是我們生活中不可或缺的一部分，它圍繞著我們的產(chǎn)品設(shè)計，不斷地進(jìn)行試驗(yàn)、改良，因此基于人機(jī)工程學(xué)的手持刀具創(chuàng)新設(shè)計具有重要的意義。一是，將人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于手持刀具創(chuàng)新設(shè)計，使手握工具不僅僅滿足功能與審美上的需求，同時遵循“機(jī)宜人，人適機(jī)”的原則；二是，基于人機(jī)因素的手持刀具創(chuàng)新設(shè)計可以使刀具不再是一件冷冰冰的工具，而是將人作為主導(dǎo)地位；三是，基于人機(jī)工程學(xué)的手持刀具創(chuàng)新設(shè)計，讓手持刀具不再是工具，而是一件有故事、有理念、有感情的產(chǎn)品。

4 基于人機(jī)工程學(xué)的手持刀具創(chuàng)新設(shè)計原則

4.1 人機(jī)性原則

手是人體重要的肢體部分，很多工作操作尤其是高精度工作操作需要它來完成。所以對于手持式工具的創(chuàng)新性設(shè)計，需要從人機(jī)工程學(xué)的角度進(jìn)行考慮，設(shè)計其尺寸、結(jié)構(gòu)、造型、使用角度等，來減少在長期使用時對手的傷害。根據(jù)手的生理特點(diǎn)，手掌有神經(jīng)和血管，手指節(jié)、拇指以下，以及第5 個手指以下厚實(shí)肌肉的柔軟區(qū)域是較為容易受傷的[4]。如果對手掌長期的過重使用或者在使用手指工作中，把壓力分布到手指的柔軟區(qū)域，可能會引起對手上韌帶的壓迫，增加手的疲勞感或者使手產(chǎn)生麻木疼痛的感覺，影響人們的工作或者勞動時的效率。因此，應(yīng)避開手部的敏感部分，減少一些手部敏感部分的壓力或者接觸。

對手持刀具進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)符合以下原則：

1）最大最小值準(zhǔn)則。在測量得出的數(shù)據(jù)中選用最大或最小的人體尺寸數(shù)值來進(jìn)行具體的方案設(shè)計。在手持刀具的設(shè)計時，可以根據(jù)人體手部的相關(guān)測量數(shù)據(jù)開展造型、結(jié)構(gòu)等設(shè)計，同時還應(yīng)考慮人的手部形態(tài)測量、生理測量、運(yùn)動測量等數(shù)據(jù)。

2）功能尺寸修正準(zhǔn)則。在保證手持刀具功能的同時，可根據(jù)用戶的人體尺寸進(jìn)行修正。

3）心理尺寸修正。在進(jìn)行手持刀具的設(shè)計時，還應(yīng)考慮一些心理因素，如使用刀具時的恐懼心理或者產(chǎn)品的美觀度等，并進(jìn)行尺寸修正[5]。

4.2 安全性原則

從物質(zhì)方面來說，手持刀具手握部分的材質(zhì)需更符合用戶的健康安全要求，造型外觀上滿足用戶在人機(jī)工程學(xué)上的舒適度及對美的追求，色彩上滿足用戶在視覺上的主觀感受。從精神層面上看，不同的材質(zhì)、造型、色彩、肌理可以在一定程度上給人的觸覺、視覺感受帶來一定的寄托。因此，從手持刀具的材質(zhì)、造型、色彩上進(jìn)行創(chuàng)新可以在很大程度上滿足用戶的心理訴求。

4.3 人性化原則

人性化設(shè)計是借著研究人的生活習(xí)慣、生理、心理情況，以及人的思維，在實(shí)用的基本功能和性能的基礎(chǔ)上對用戶體驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，是使用戶在體驗(yàn)過程中更加舒適、便捷的一種設(shè)計理念[6]。在手持刀具的設(shè)計中應(yīng)考慮人性化設(shè)計原則，考慮用戶的心理、生理需求及精神追求?？梢詮挠脩舻膶?shí)際需求出發(fā)，在設(shè)計中增加貼心的、帶有溫度的人文關(guān)懷，給用戶帶來更加愉悅、舒適的使用體驗(yàn)，最大程度為用戶提供便捷。

5 基于人機(jī)工程學(xué)的手持刀具創(chuàng)新設(shè)計思路

5.1 造型創(chuàng)新設(shè)計

造型設(shè)計活動自古以來都與產(chǎn)品制造息息相關(guān)，它是將人的審美和人對產(chǎn)品功能作用的要求，以現(xiàn)代科學(xué)化的生產(chǎn)方式體現(xiàn)在產(chǎn)品上。不同的造型有著不同的視覺感受，不同產(chǎn)品造型風(fēng)格的選擇都是基于前期的市場調(diào)查，在了解產(chǎn)品的市場動態(tài)、分析用戶的喜好后再進(jìn)行設(shè)計活動。因此，新的產(chǎn)品造型設(shè)計要在用戶的基礎(chǔ)上來進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，手持刀具也不例外。想要在市場上有一定的競爭力，滿足用戶的需求，實(shí)現(xiàn)手持刀具的功能性是一方面，還需要在造型上滿足用戶的審美。

造型上，手持刀具的設(shè)計是可以多樣化的，突破傳統(tǒng)的造型設(shè)計，對手持刀具的本身進(jìn)行造型的重組、變化及創(chuàng)新，采用多重流線型設(shè)計，使其更加具有靈動性。手持刀具的造型主要分為兩個部分：一部分是手柄，一部分是刀片。刀片是扁平化的造型，設(shè)計的風(fēng)格可以根據(jù)線條的應(yīng)用來進(jìn)行。刀片線條的靈活運(yùn)用所形成的整體感可偏柔，也可偏剛，甚至是剛?cè)釋Π搿Ｊ直脑O(shè)計與人息息相關(guān)，在設(shè)計時應(yīng)考慮人的需求，再將造型與刀片進(jìn)行整體化設(shè)計。在手持刀具的造型設(shè)計上，可選擇剛?cè)釋Π?，既有刀片的堅硬，又有造型的柔，使手持刀具的冰冷感降低，通過柔性的線條修飾使其富有情感因素。這樣的手持刀具會在一定程度上吸引用戶，在市場上具備一定的競爭力。

從人機(jī)工程學(xué)的角度來看，手持刀具的造型創(chuàng)新設(shè)計滿足我們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N習(xí)慣、人體活動的范圍、人體的運(yùn)動系統(tǒng)（包含人體的骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉）、手掌尺寸的大小、刀具手柄的舒適程度，貼合手掌的程度、受力點(diǎn)分析等，這些都可以通過造型設(shè)計來實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計手持刀具的造型時，要對不同人群的手部尺寸、肌肉、肌腱、血管、神經(jīng)的受力情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。如各年齡段人群有很大的力量差異，比如6—11 歲兒童在使用刀具的時候，他們可能會用雙手來支持這個行為過程，如一只手握住刀柄，一只手按壓住刀背位置，就會使手部的肌肉、肌腱、血管、神經(jīng)等受到很大的壓力，而且手掌的尺寸大小不一，手握手柄的感受就不一樣，在使用刀具的時候有可能會產(chǎn)生疲勞。從這個使用行為可以了解到，在進(jìn)行手持刀具的造型創(chuàng)新設(shè)計中要不斷地進(jìn)行測試、完善手柄的形態(tài)，使其符合測量數(shù)據(jù)中的一個閾值。人體的測量方法有兩種：接觸測量和非接觸測量。接觸測量即是傳統(tǒng)的手工測量。非接觸測量是應(yīng)用計算機(jī)和其他復(fù)雜設(shè)備的測量，可較快地獲取大量數(shù)據(jù)。由于人體尺寸隨著不同人群年齡的身體特征存在著一定差異，在設(shè)計時需要整理融合很多人體數(shù)據(jù)來發(fā)揮產(chǎn)品的實(shí)用性。以下是結(jié)合實(shí)際測量得出的一組手持刀具姿勢時的部分尺寸數(shù)據(jù)，見表1。

表1 人體手部尺寸及使用角度（單位：mm）

上表也反映了用戶在運(yùn)動系統(tǒng)方面的范圍是不一樣的，人體的運(yùn)動系統(tǒng)主要由肌肉、骨骼與關(guān)節(jié)組成。比如說使用刀具切水果時，手腕活動的角度有很大的區(qū)別，是因?yàn)槲兆伺c使用力度有差異，當(dāng)用戶切到比較硬的水果或其他物品時，就需要手部肌肉承受很大的壓力來支撐，手腕活動的范圍可能變大；反之手部肌肉就不需要承受太大的壓力，手腕活動的范圍就小些。這些人機(jī)因素都是進(jìn)行刀具造型創(chuàng)新設(shè)計時需要考慮的。

5.2 材質(zhì)的創(chuàng)新設(shè)計

任何產(chǎn)品的生產(chǎn)都需要原材料，而材料的質(zhì)感對產(chǎn)品的外觀設(shè)計起著決定性作用。隨著時代的發(fā)展，新技術(shù)全新材料不斷涌現(xiàn)，其中為手持刀具的生產(chǎn)和性能也為人們提供了更多的可能性。不同材質(zhì)對人的心理感受會產(chǎn)生不一樣的影響，每種材質(zhì)都有著不一樣的特征。人們第一眼看到一個物體的時候，第一印象主要來源于產(chǎn)品的外觀顏色、形態(tài)、圖紋，再者就是產(chǎn)品的材質(zhì)。產(chǎn)品的材質(zhì)是產(chǎn)品外殼所用材料表現(xiàn)出來的質(zhì)感，不同的材料其表現(xiàn)出來的材質(zhì)是不同的，不同材料呈現(xiàn)出的質(zhì)感會融入人的不同情感，讓人產(chǎn)生許多情感上的聯(lián)想，不同材質(zhì)的應(yīng)用給產(chǎn)品賦予了不同的性格。例如，透明材質(zhì)晶瑩剔透、木質(zhì)材質(zhì)天然溫馨、金屬材質(zhì)時尚科技等。在進(jìn)行手持刀具的材質(zhì)設(shè)計時，可以嘗試不同的材質(zhì)搭配，如陶瓷刀片+塑料手柄、金屬刀片+實(shí)木手柄、玻璃手柄+金屬刀片等。例如，陶瓷水果刀，主要材料是陶瓷刀片、陶瓷手柄或是塑料手柄。而在眾多的陶瓷水果刀中塑料手柄的居多，這是由于塑料相較于陶瓷質(zhì)量更輕，造型更多樣化，色彩更豐富。同時陶瓷刀片相對于金屬刀片來說，安全系數(shù)比較高，所以陶瓷刀片也會用于兒童使用的刀具設(shè)計上。材料的設(shè)計同樣是需要將群體細(xì)分化，根據(jù)不同的人群需求選擇不同的材質(zhì)組合，能更好地適應(yīng)市場的需求。

除此之外，在材料確定后還可以在其材質(zhì)上增加一些圖紋、肌理的設(shè)計，主要是對材料進(jìn)行一些不同工藝的處理，使產(chǎn)品可以呈現(xiàn)出不一樣的質(zhì)感。例如不銹鋼刀具，我們會看到很多的不銹鋼刀片上有一些紋樣的設(shè)計。這些紋樣或者紋理的設(shè)計，不僅可以使食物在切開后可以更好地脫離刀片，同時還可以增加刀具的美觀性。不管在功能上，還是造型上都能起到重要的作用，使其質(zhì)感具有一定的高級感。

5.3 色彩的創(chuàng)新設(shè)計

除了通過人體尺寸，設(shè)計還需要從人的感覺系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)方面來研究，感覺系統(tǒng)就是人們的聽覺、視覺、嗅覺、味覺等，日常生活中都要靠感覺系統(tǒng)來支撐。視覺是首要位置，用戶對產(chǎn)品的第一感覺就是從視覺接受的信息開始的，而視覺第一接收到的信息便是色彩，因此，刀具的色彩設(shè)計是極其重要的。

伴隨著我國國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，不同群體的消費(fèi)需求表現(xiàn)出差異化特征越來越明顯，即個性需求特征越來越突出。人們對產(chǎn)品外觀的美學(xué)價值的認(rèn)知和認(rèn)可度也越來越高，而CMF 儼然成為產(chǎn)品顏值的主要表達(dá)與呈現(xiàn)[7]。對手持刀具的CMF（即材質(zhì)、色彩、工藝）的考慮也是節(jié)省產(chǎn)品迭代成本的方式之一，而手持刀具的色彩設(shè)計是最節(jié)約成本的。色彩具有強(qiáng)大的視覺表現(xiàn)效果，色系本身就有著明確的多種情感意義，即冷暖、輕重、光明與黑暗等，運(yùn)用其無盡聯(lián)想和象征意義，促進(jìn)消費(fèi)者消費(fèi)。在手持刀具的色彩創(chuàng)新設(shè)計中，顏色不應(yīng)采用高純度的單一色彩，而應(yīng)采用多樣化色彩來組合或者將溫暖的色彩與刀片的鋒利相結(jié)合。同時，還需要更加注重色彩構(gòu)成的形式美，使手持刀具的創(chuàng)新設(shè)計更加符合用戶的審美需求，更好地詮釋產(chǎn)品的屬性及設(shè)計理念。色彩的設(shè)計靈感可以來源于大自然，大自然的色彩豐富，也有一定的寓意或者象征意義。從大自然中尋找符合刀具的配色，看起來會更自然、更貼近生活。手持刀具的色彩設(shè)計還應(yīng)考慮與室內(nèi)環(huán)境相和諧。在進(jìn)行色彩配色之后，還可以給色彩一個感性的命名，如中國紅、霧霾藍(lán)、祖母綠、葡萄紫等，感性的色彩命名可以為刀具在市場營銷中占有一定的優(yōu)勢。

6 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對人機(jī)工程學(xué)的深入研究，為設(shè)計師們提供了無盡的設(shè)計數(shù)據(jù)和靈感，潛移默化的影響著現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計，涉及產(chǎn)品設(shè)計的各個方面，迎合用戶的喜好，是現(xiàn)代設(shè)計師的無盡財富，可以說人機(jī)工程學(xué)是產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)。手持刀具是我們生活中使用較為頻繁的產(chǎn)品之一，通過考慮人機(jī)因素，在造型、結(jié)構(gòu)、尺寸上設(shè)計更為合理、舒適，減少用戶在長期使用刀具所造成的健康損失是最重要的。面對人們?nèi)找嬖鲩L的需求，還可以通過對手持刀具的材質(zhì)、色彩、工藝等進(jìn)行后期的創(chuàng)新設(shè)計?？傊?，產(chǎn)品設(shè)計的升級迭代為人們的生活提供了越來越好的物質(zhì)支持。