女高中生飲用水螺紋瓶蓋開(kāi)啟能力實(shí)驗(yàn)研究

郝致恒　程云青

摘要：瓶裝飲料由于其攜帶方便的特點(diǎn)，幾乎成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?。在?shí)際使用中，總會(huì)發(fā)現(xiàn)需要他人幫忙開(kāi)蓋的尷尬情況。以市場(chǎng)上幾種主要品牌飲用水為對(duì)象，以高中女生為目標(biāo)人群，以BTEPrimusRS運(yùn)動(dòng)測(cè)量評(píng)估系統(tǒng)為手段，對(duì)螺紋瓶蓋的開(kāi)啟力和力矩范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，提出應(yīng)從降低瓶蓋擰開(kāi)力矩和優(yōu)化瓶蓋外觀設(shè)計(jì)兩個(gè)方面改進(jìn)產(chǎn)品包裝的建議。

關(guān)鍵詞：飲用水；螺紋瓶蓋；開(kāi)啟能力

中圖分類(lèi)號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）36-0225-03

螺紋瓶蓋作為市場(chǎng)上最為常見(jiàn)的密封形式，被廣泛應(yīng)用于各大品牌飲用水的包裝之中[1-2]。目前，飲用水的生產(chǎn)廠商大多從密封角度考慮螺紋瓶蓋的結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計(jì)[3]，缺乏關(guān)于消費(fèi)者尤其是婦女和兒童等特殊群體對(duì)于螺紋瓶蓋開(kāi)啟能力的研究，導(dǎo)致部分消費(fèi)者在飲用過(guò)程中需要花費(fèi)較大力氣甚至無(wú)法獨(dú)立完成瓶蓋的開(kāi)啟，影響了產(chǎn)品的消費(fèi)體驗(yàn)。因此，進(jìn)行特征人群螺紋瓶蓋開(kāi)啟能力研究，有助于飲用水生產(chǎn)廠商改進(jìn)產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)，改善消費(fèi)者的使用體驗(yàn)，從而提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。本文以高中女生人群作為對(duì)象，研究其對(duì)于螺紋瓶蓋的開(kāi)啟能力。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣本

1）飲用水樣本的選取

選取市面上較為常見(jiàn)的七種品牌飲用水作為研究對(duì)象，包括農(nóng)夫山泉（380mL和510mL）、娃哈哈（550mL和596mL）、康師傅（550mL和560mL）、百歲山（348mL和570mL）、昆侖山（350mL和510mL）、恒大冰泉（350mL和500mL）以及怡寶（350mL和555mL）。于石家莊北國(guó)超市購(gòu)買(mǎi)上述七種品牌飲用水，實(shí)驗(yàn)樣品的質(zhì)量可以得到保證。

2）特征人群樣本的選取

從石家莊第三十五中學(xué)隨機(jī)選擇高一至高三年級(jí)女生30名，每個(gè)年級(jí)各10人。學(xué)生身體健康，無(wú)上肢疼痛及外傷史，實(shí)驗(yàn)前無(wú)生病或身體不適癥狀。經(jīng)講解和示范，受試者了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程和測(cè)量方式，并全部完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

1）BTEPrimusRS運(yùn)動(dòng)測(cè)量評(píng)估系統(tǒng)（BTETechnologies， Inc.）[4]。美國(guó)BTE公司生產(chǎn)的BTEPrimusRS運(yùn)動(dòng)測(cè)量評(píng)估系統(tǒng)主要用于神經(jīng)肌肉功能的測(cè)試、評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練，可用于測(cè)量評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的關(guān)節(jié)肌力、活動(dòng)度和疲勞度等。BTE系統(tǒng)的訓(xùn)練動(dòng)力頭可調(diào)節(jié)高度并360度旋轉(zhuǎn)，其測(cè)量系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，能夠?qū)崟r(shí)顯示目標(biāo)時(shí)間力曲線。本文將使用BTE系統(tǒng)完成瓶蓋擰開(kāi)力矩和特征人群開(kāi)啟能力的測(cè)量和記錄。

2）特制測(cè)力夾具。根據(jù)BTE系統(tǒng)的工作原理和飲用水瓶的外觀特征，設(shè)計(jì)出如圖所示的測(cè)力夾具連接飲用水瓶身和BTE系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)力矩的測(cè)量。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法及過(guò)程

1）飲用水螺紋瓶蓋擰開(kāi)力矩實(shí)驗(yàn)

第一步：將被試飲用水樣本放置在夾具中心，調(diào)整四個(gè)夾頭將瓶身夾緊，并確保瓶身縱軸垂直通過(guò)夾具中心點(diǎn)；

第二步：通過(guò)BTE系統(tǒng)的附屬配件將夾具與訓(xùn)練動(dòng)力頭相連接；

第三步：調(diào)用BTE系統(tǒng)的靜態(tài)等長(zhǎng)肌力測(cè)量模塊，用手緩慢擰動(dòng)瓶蓋至其與鎖圈脫離并完全松開(kāi)，保存并記錄力矩隨時(shí)間的變化曲線；

第四步：重復(fù)上述步驟，完成所有樣本的測(cè)量和記錄。

2）特征人群開(kāi)啟能力（最大腕部橫向力矩）實(shí)驗(yàn)

第一步：選取康師傅（優(yōu)悅）、農(nóng)夫山泉和昆侖山這三種具有不同瓶蓋側(cè)面積和接觸面花紋的飲用水各一瓶，利用502膠水將其瓶蓋緊密粘合在初始密封位置，將被試飲用水樣本放置在夾具中心，調(diào)整四個(gè)夾頭將瓶身夾緊，并確保瓶身縱軸垂直通過(guò)夾具中心點(diǎn)；

第二步：通過(guò)BTE系統(tǒng)的附屬配件將夾具與訓(xùn)練動(dòng)力頭相連接，并根據(jù)被試者的要求調(diào)整動(dòng)力頭的高度和角度至其舒適開(kāi)啟位置；

第三步：調(diào)用BTE系統(tǒng)的靜態(tài)等長(zhǎng)肌力測(cè)量模塊，指導(dǎo)被試者按照日常開(kāi)啟瓶蓋的習(xí)慣，均衡勻速地加力旋擰瓶蓋至最大力量，記錄下測(cè)量數(shù)據(jù)；

第四步：重復(fù)上述步驟，完成所有被試人員最大腕部橫向力矩的測(cè)量和記錄。

（3）特征人群瓶蓋旋擰負(fù)荷實(shí)驗(yàn)

第一、二步同特征人群開(kāi)啟能力實(shí)驗(yàn)；

第三步：調(diào)用BTE系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)等張肌力測(cè)量模塊，選取0.34N·m、0.51N·m、0.68N·m、0.85N·m、1.02N·m等5種阻力水平值，指導(dǎo)被試者按照日常開(kāi)啟瓶蓋的習(xí)慣，用手旋擰瓶蓋至瓶身轉(zhuǎn)動(dòng)或自身最大力量，之后立即讓被試者參照Borg'sRPE-Scale6-20量表根據(jù)主觀感受對(duì)旋擰負(fù)荷做出評(píng)判[5]，結(jié)果以分值表示。

第四步：重復(fù)上述步驟，完成所有被試人員三種飲用水樣本的施力負(fù)荷測(cè)量。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果

2.1 飲用水螺紋瓶蓋擰開(kāi)力矩實(shí)驗(yàn)

（1）飲用水瓶蓋的擰開(kāi)力矩

根據(jù)1.3節(jié)規(guī)劃的實(shí)驗(yàn)步驟，獲得7種礦泉水瓶蓋的開(kāi)啟力測(cè)量數(shù)據(jù)。表1所示為農(nóng)夫山泉飲用天然水瓶蓋測(cè)試數(shù)據(jù)。

測(cè)試結(jié)果顯示，上述七種品牌飲用水螺紋瓶蓋的擰開(kāi)力矩范圍為0.7～1.8Nm。按照擰開(kāi)力矩的平均值從小到大排序?yàn)椋恨r(nóng)夫山泉380mL<娃哈哈550mL<娃哈哈（氧道）550mL<農(nóng)夫山泉510mL<康師傅（優(yōu)悅）560mL<娃哈哈596mL<百歲山348mL<昆侖山350mL<康師傅550mL<恒大冰泉500mL<怡寶555mL<恒大冰泉350mL<怡寶350mL<百歲山570mL<昆侖山510mL。

（2）飲用水瓶蓋的阻力模式

通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的觀察發(fā)現(xiàn)，不同品牌不同規(guī)格的飲用水螺紋瓶蓋在旋擰開(kāi)啟過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)阻力峰，從而呈現(xiàn)出以下兩種阻力模式。

分析兩個(gè)阻力峰的產(chǎn)生原因，第一阻力峰的產(chǎn)生是為了克服瓶蓋與瓶口螺紋副之間的初始靜摩擦力矩，第二阻力峰的產(chǎn)生則是為了克服瓶蓋與鎖圈之間連接橋的拉力及帶來(lái)的額外摩擦力矩。

2.2 特征人群開(kāi)啟能力實(shí)驗(yàn)

根據(jù)1.3節(jié)規(guī)劃的實(shí)驗(yàn)步驟，獲得被試者最大腕部橫向力矩的測(cè)試數(shù)據(jù)，并運(yùn)用SPSS21.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到被試者的最大腕部橫向力矩分布如下圖所示。

并計(jì)算得到第5、10、25、50、75、90、95百分位數(shù)值，表2所示為康師傅（優(yōu)悅）的最大腕部橫向力矩百分位數(shù)。

2.3特征人群瓶蓋旋擰負(fù)荷實(shí)驗(yàn)

根據(jù)1.3節(jié)中的實(shí)驗(yàn)步驟，獲得被試者在不同力矩水平下的旋擰負(fù)荷評(píng)價(jià)分值和相應(yīng)的散點(diǎn)圖如下所示。

通過(guò)觀察散點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)，阻力力矩?cái)?shù)值與負(fù)荷評(píng)價(jià)分值之間近似服從指數(shù)分布，運(yùn)用SPSS21.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行指數(shù)分布的曲線估計(jì)，得到負(fù)荷評(píng)價(jià)分值[B]與擰開(kāi)力矩[T]之間的函數(shù)關(guān)系式為：

[B康師傅（優(yōu)悅）=4.62×e1.40×T] （1）

[B農(nóng)夫山泉=4.15×e1.50×T] （2）

[B昆侖山=3.93×e1.33×T] （3）

將負(fù)荷評(píng)價(jià)分值[B=13]（“比較費(fèi)力”的最低一級(jí)）代入式（1）～（3）中，求得其相應(yīng)的力矩為0.68N·m、0.71N·m和0.84N·m。

3 結(jié)論與建議

3.1 飲用水螺紋瓶蓋擰開(kāi)力矩的允許值

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，為確保至少75%的高中女學(xué)生能夠獨(dú)立擰開(kāi)飲用水瓶蓋，考慮到不同瓶蓋外觀的影響，其擰開(kāi)力矩應(yīng)小于1.1N·m。然而，參與實(shí)驗(yàn)的15種類(lèi)型的飲用水中只有6種滿(mǎn)足上述要求，其余飲用水的擰開(kāi)力矩均大于這一數(shù)值，部分樣本的擰開(kāi)力矩甚至超過(guò)了1.7N·m，這意味著至少90%的高中女學(xué)生在沒(méi)有他人幫助的情況下無(wú)法獨(dú)立擰開(kāi)瓶蓋。

3.2 飲用水螺紋瓶蓋擰開(kāi)力矩的建議值

針對(duì)高中女學(xué)生這一特殊人群，為使其能夠在不太費(fèi)力的情況下獨(dú)立擰開(kāi)飲用水瓶蓋，瓶蓋的擰開(kāi)力矩應(yīng)小于0.84N·m。在參與測(cè)試的15種類(lèi)型飲用水中只有一種滿(mǎn)足這一要求，其余類(lèi)型的飲用水螺紋瓶蓋對(duì)于高中女學(xué)生而言，即使能夠擰開(kāi)也需要付出較大的努力，影響了這一人群的消費(fèi)體驗(yàn)，不利于產(chǎn)品的推廣和銷(xiāo)售。

3.3 飲用水螺紋瓶蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì)建議

1）由于螺紋瓶蓋在開(kāi)啟過(guò)程中存在兩個(gè)阻力峰，為了減小瓶蓋的擰開(kāi)力矩，在改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)不僅僅要考慮降低出廠包裝時(shí)的初始擰緊力矩，也要注意減小瓶蓋與鎖圈之間連接橋的強(qiáng)度，避免因瓶蓋與鎖圈之間連接過(guò)緊而導(dǎo)致擰開(kāi)力矩增大。

2）除了直接減小瓶蓋的擰開(kāi)力矩，改善瓶蓋的外觀設(shè)計(jì)也是較為有效的改進(jìn)手段。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，更大的瓶蓋側(cè)面積和更加柔和的接觸面花紋設(shè)計(jì)，有利于被試者更好地進(jìn)行手部施力并降低相應(yīng)的負(fù)荷感受，從而提高被試者對(duì)于瓶蓋的開(kāi)啟能力。

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