基于人機學(xué)的臺式飲水機相關(guān)尺寸分析

馬廣韜 趙子月

（沈陽建筑大學(xué)設(shè)計藝術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽110168）

1 概述

1.1 研究背景

興起于20世紀(jì)90年代的飲水機，在小家電領(lǐng)域的熱度隨著國人生活水平的質(zhì)量提高而逐年攀升。從整體市場走勢來看，臺式飲水機市場銷量呈逐年遞增趨勢，其時尚產(chǎn)品外型、最新技術(shù)吸引了消費者的眼球，逐漸成為小家電市場的主流產(chǎn)品?？v觀整個飲水機市場，各個品牌都擁有自己獨特的品牌運作模式和產(chǎn)品宣傳重點，這也在一定程度上造成了市場衡量飲水機產(chǎn)品技術(shù)含量、質(zhì)量優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)不一致［1］，其中產(chǎn)品尺寸設(shè)計上的問題尤為突出。

1.2 研究對象

飲水機分為立式和臺式兩種類型，在辦公和生活中最常見的是圖1所示的臺式飲水機。

圖1 臺式飲水機

本文僅以臺式飲水機為例進行分析。臺式飲水機是將桶裝純凈水（或礦泉水）升溫或降溫并方便人們飲用的裝置，通常只有簡單的開關(guān)指示和水龍頭，桶裝機器上方放桶裝水，與桶裝水配套使用。

一般這種臺式飲水機造型尺寸為318 mm×318 mm×380mm，可24h滿足用戶泡茶、沖咖啡等調(diào)制飲品的需要，要把桶裝純凈水抬起來倒置于機身頂部，適合家庭及各種公共場所使用。

1.3 現(xiàn)行桶裝飲水機問題

雖然飲水機基本能滿足人們的飲水需求，可在實際操作過程中使用者會感受到很多不便的地方。為準(zhǔn)確了解市場上臺式飲水機的不足，了解消費者的真正需求，首先采用問卷調(diào)查的方式，通過網(wǎng)絡(luò)平臺對學(xué)校和家庭臺式飲水機使用情況進行了調(diào)查。此次發(fā)出調(diào)查問卷80份，其中涵蓋了用戶最看重的飲水機功能、飲水機設(shè)計不合理的地方以及對飲水機設(shè)計的建議等內(nèi)容。調(diào)查結(jié)果顯示，80%的用戶最看重飲水機的高效快捷節(jié)能功能，70%的用戶認(rèn)為飲水機體積太大不方便安置，20%的用戶認(rèn)為接水位置不方便，68%的用戶認(rèn)為托盤尺寸太小，40%的用戶認(rèn)為按壓開關(guān)設(shè)計不合理。

經(jīng)過對調(diào)查結(jié)果的分析，筆者總結(jié)出了存在于臺式飲水機尺寸設(shè)計中的一些不合理之處，主要問題有以下幾點：

第一，飲水機機身的整體高度不合理。飲水機太低或太高都會造成用戶使用不便。過低會使用戶無法站著接水，過高會破壞飲水機與家具之間的和諧美觀，影響環(huán)境布局，浪費空間。

第二，飲水機冷熱開關(guān)設(shè)計不合理。（1）冷熱開關(guān)距離地面位置太低。由于臺式飲水機操作開關(guān)位于下方，使用者都要彎著腰去按開關(guān)按鈕，根據(jù)出水速度，在接完一整瓶水的過程中，持續(xù)的彎腰動作會造成腰部脊椎的傷害。（2）冷熱開關(guān)尺寸過小?，F(xiàn)行的桶裝飲水機開關(guān)主要就是按壓式，其最大寬度為2cm，與拇指的受力面太小，人們在使用飲水機的過程中常要連續(xù)去按動開關(guān)，接水時間長了會造成疲勞，不符合人機工程學(xué)原則。

第三，飲水機托盤尺寸不合理。托盤內(nèi)部空間過小，與水龍頭間距太小，無法滿足放置杯子的需要。面對常見的寬口馬克杯和偏長的保溫杯，托盤空間幾乎沒法完全放得下。其中馬克杯的長寬皆為10.5cm，保溫杯高為20cm，而托盤到水龍頭的高度距離太近，僅為11.5cm；且托盤向內(nèi)延伸的寬度不夠，僅為6cm 左右，這樣的尺寸根本無法與現(xiàn)實使用的杯子相匹配，人們只能手拿著杯子接水，這樣不僅會造成使用者疲勞，也會耽誤工作效率（圖2）。

圖2 飲水機尺寸（單位：mm）

1.4 研究目的及意義

由于消費者對飲水環(huán)境要求的不斷提高，市場上臺式飲水機在設(shè)計和尺寸上的不足越來越明顯，利用人體測量學(xué)的知識，對飲水機的尺寸做合理設(shè)計，這對實現(xiàn)高效、舒適、快捷的飲水方式起著至關(guān)重要的作用?？梢钥闯?，臺式飲水機雖然很大程度上滿足了人們對于快捷方便的需求，卻忽視了一些人性化的設(shè)計。本文將以人機工程學(xué)為基礎(chǔ)，從尺寸測量角度來分析臺式飲水機的不足，使臺式飲水機在市場上更加具有購買吸引力，能最大程度滿足消費者的使用需求。

2 飲水機的尺寸分析

2.1 飲水機機身尺寸分析

飲水機的尺寸選擇必須以人體測量學(xué)數(shù)據(jù)為依據(jù)，才能更好地進行人性化設(shè)計。通過觀察發(fā)現(xiàn)，在使用飲水機時人體和機身關(guān)系基本是固定不動的，也就是說飲水機機身設(shè)計研究屬于相對靜止的研究，可將形態(tài)測量作為主要測試項目，根據(jù)設(shè)計所需人體尺寸作為測點和測量項目。

GB/T10000—1988《中國成年人人體尺寸》是我國重要的人機工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這里參考其男女立姿人體尺寸數(shù)據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)使用飲水機時下半身和肩部是相對靜止的，由上臂、前臂運動進行操作，所以確定了主要測量尺寸為：1—身高、2—上臂長、3—前臂長、4—站姿肘高（圖3）。

圖3 人體測量尺寸

為了清楚描述人體尺寸分布狀況，即對于每一項人體尺寸有多大數(shù)值的人所占的比例，這里采用百分位數(shù)來表示每一項人體尺寸，稱為人體百分位數(shù)，如1 百分位數(shù)、5 百分位數(shù)、50百分位數(shù)、95百分位數(shù)常用符號P1、P5、P50、P95來表示［2］。由于消費者的高矮胖瘦各不相同，需根據(jù)功能特性分類選擇合適的人體尺寸百分位數(shù)作為產(chǎn)品設(shè)計依據(jù)。飲水機尺寸與使用者的身材關(guān)系并不大，則用50百分位數(shù)的人體尺寸P50作為產(chǎn)品設(shè)計依據(jù)，如表1所示。

表1 立姿人體主要尺寸 單位：mm

由表1可知，人體站姿肘高P50在1 024～960mm 的范圍內(nèi)，飲水機作為辦公場所和生活環(huán)境的一部分，不宜設(shè)計得過大或過小。而市場上臺式飲水機最高也只是400 mm，大多數(shù)用戶會把飲水機放置在桌柜上以方便使用，根據(jù)我國一般床頭柜的高度600mm，飲水機與柜子高度的總高度應(yīng)低于站姿肩高并高于站姿肘高。

男性P50上臂長＋P50肘高＝313＋1 024＝1 337mm，女性P50上臂長＋P50肘高＝284＋960＝1 244mm，因為這里男女的身體尺寸數(shù)據(jù)是在光腳情況下測量得出的，所以要考慮穿鞋和姿勢放松引起的身高變化。加上穿鞋后尺寸修正量為30mm，姿勢修正量為－10 mm，所以飲水機與柜子整體尺寸應(yīng)在1 264～1 357 mm 之間。再減去柜子高度，即飲水機高度在664～757mm 之間。

因為飲水機后方電源開關(guān)的可觸碰區(qū)域應(yīng)該在上臂長的范圍內(nèi)，飲水機寬可以根據(jù)上臂長度來計算得出，所以飲水機寬度應(yīng)在284～313mm 之間。

2.2 飲水機開關(guān)尺寸分析

在按壓飲水機開關(guān)時所使用的力稱為操縱力，操縱力與施力的人體部位、施力方向和指向、施力時人的體位姿勢、施力的位置等各因素有關(guān)［3］。手部的關(guān)節(jié)活動可分為腕關(guān)節(jié)活動和指關(guān)節(jié)活動兩種類型。

（1）腕關(guān)節(jié)雖然可以向手心、手背方向轉(zhuǎn)動，但在接近70°的狀態(tài)下工作是十分勞累的，時間長了還容易致傷（圖4）。在站姿情況下長時間按壓開關(guān)，冷熱水開關(guān)距離手部越遠(yuǎn)，越容易使腕關(guān)節(jié)形成向上抬的狀態(tài)。當(dāng)手部略低于肘高時，手部由上向下的操縱力更大，腕關(guān)節(jié)都處在輕松活動的范圍之內(nèi)。

圖4 腕關(guān)節(jié)活動范圍

（2）手指向下按壓開關(guān)，這時的操縱力已經(jīng)對手部產(chǎn)生了影響，受力面積越小，所需操縱力越大，越容易感到疲勞；反之，開關(guān)表面越寬，操縱就越輕松。

所以，應(yīng)該避免手指和腕關(guān)節(jié)疲勞，對冷熱水開關(guān)按鈕進行人性化設(shè)計。

人站立時手部的最佳操作工作的高度應(yīng)該是手高略低于肘高，臺式飲水機按壓開關(guān)高度應(yīng)該以男女人體站姿肘高的P50作為依據(jù)，也就是男性P50為1 024mm，女性P50為960mm。這里設(shè)穿鞋尺寸修正量為30 mm，放松后姿勢修正量為－10cm，即男性P50＝1 024＋30－10＝1 044mm，女性P50＝960＋30－10＝980mm，所以飲水機冷熱水開關(guān)距離地面也應(yīng)在980～1 044mm 之間，這里考慮床頭柜高度600mm，則飲水機冷熱水開關(guān)實際高度為380～444 mm 之間，取兩數(shù)平均值412mm。

飲水機冷熱水開關(guān)的寬度應(yīng)該能容得下大拇指的寬度，即不小于25mm。

2.3 飲水機托盤尺寸分析

作為放置水杯的托盤，在設(shè)計時應(yīng)注重結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、避免傾斜面，這樣才能保證接水過程的安全，避免熱水灑出燙傷使用者。托盤的尺寸要以生活常用的水杯為設(shè)計依據(jù)，才能保證托盤有足夠的空間放置水杯，節(jié)省用手拿杯子接水的時間，從而為使用者提供一個更加方便舒適的飲水環(huán)境。

根據(jù)測量，普通馬克杯的尺寸高度為105mm，太空杯高度為200mm，這里取杯子高度的較大尺寸。飲水機托盤距離地面高度應(yīng)為按壓開關(guān)高度減去杯子高度，即412－200＝212mm。

飲水機托盤內(nèi)深應(yīng)該容得下大部分杯子，根據(jù)測量，馬克杯杯寬為105mm，為使其他較窄的杯子都能適應(yīng)托盤的寬度，托盤內(nèi)深應(yīng)為106mm。

3 結(jié)論

通過對飲水機設(shè)計中存在的問題進行人機學(xué)分析，總結(jié)出了能做到符合人性化要求的設(shè)計因素：（1）為避免持續(xù)彎腰動作，臺式飲水機的整體高度應(yīng)在664～757mm 之間；飲水機寬度應(yīng)在284～313mm 之間。（2）飲水機的冷熱水開關(guān)距離地面高度應(yīng)在380～444mm 之間；飲水機冷熱水開關(guān)的寬度應(yīng)能容得下大拇指的寬度，即不小于25mm。（3）為使飲水機便于大部分水杯使用，飲水機托盤距離地面高度應(yīng)為212mm，托盤內(nèi)深應(yīng)為106mm。

［1］王磊.關(guān)于飲水機的市場調(diào)研報告［Z］，2010.

［2］馬廣韜.人因工程學(xué)與設(shè)計應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［3］阮寶湘.工業(yè)設(shè)計人機工程［M］.2 版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.