基于人機學的臺式飲水機相關尺寸分析

馬廣韜 趙子月

（沈陽建筑大學設計藝術學院，遼寧 沈陽110168）

1 概述

1.1 研究背景

興起于20世紀90年代的飲水機，在小家電領域的熱度隨著國人生活水平的質量提高而逐年攀升。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，其時尚產品外型、最新技術吸引了消費者的眼球，逐漸成為小家電市場的主流產品。縱觀整個飲水機市場，各個品牌都擁有自己獨特的品牌運作模式和產品宣傳重點，這也在一定程度上造成了市場衡量飲水機產品技術含量、質量優劣的標準不一致［1］，其中產品尺寸設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，首先采用問卷調查的方式，通過網絡平臺對學校和家庭臺式飲水機使用情況進行了調查。此次發出調查問卷80份，其中涵蓋了用戶最看重的飲水機功能、飲水機設計不合理的地方以及對飲水機設計的建議等內容。調查結果顯示，80%的用戶最看重飲水機的高效快捷節能功能，70%的用戶認為飲水機體積太大不方便安置，20%的用戶認為接水位置不方便，68%的用戶認為托盤尺寸太小，40%的用戶認為按壓開關設計不合理。

經過對調查結果的分析，筆者總結出了存在于臺式飲水機尺寸設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，影響環境布局，浪費空間。

第二，飲水機冷熱開關設計不合理。（1）冷熱開關距離地面位置太低。由于臺式飲水機操作開關位于下方，使用者都要彎著腰去按開關按鈕，根據出水速度，在接完一整瓶水的過程中，持續的彎腰動作會造成腰部脊椎的傷害。（2）冷熱開關尺寸過小。現行的桶裝飲水機開關主要就是按壓式，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去按動開關，接水時間長了會造成疲勞，不符合人機工程學原則。

第三，飲水機托盤尺寸不合理。托盤內部空間過小，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；且托盤向內延伸的寬度不夠，僅為6cm 左右，這樣的尺寸根本無法與現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境要求的不斷提高，市場上臺式飲水機在設計和尺寸上的不足越來越明顯，利用人體測量學的知識，對飲水機的尺寸做合理設計，這對實現高效、舒適、快捷的飲水方式起著至關重要的作用。可以看出，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計。本文將以人機工程學為基礎，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數據為依據，才能更好地進行人性化設計。通過觀察發現，在使用飲水機時人體和機身關系基本是固定不動的，也就是說飲水機機身設計研究屬于相對靜止的研究，可將形態測量作為主要測試項目，根據設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標準，這里參考其男女立姿人體尺寸數據。我們發現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值的人所占的比例，這里采用百分位數來表示每一項人體尺寸，稱為人體百分位數，如1 百分位數、5 百分位數、50百分位數、95百分位數常用符號P1、P5、P50、P95來表示［2］。由于消費者的高矮胖瘦各不相同，需根據功能特性分類選擇合適的人體尺寸百分位數作為產品設計依據。飲水機尺寸與使用者的身材關系并不大，則用50百分位數的人體尺寸P50作為產品設計依據，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，飲水機作為辦公場所和生活環境的一部分，不宜設計得過大或過小。而市場上臺式飲水機最高也只是400 mm，大多數用戶會把飲水機放置在桌柜上以方便使用，根據我國一般床頭柜的高度600mm，飲水機與柜子高度的總高度應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據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的可觸碰區域應該在上臂長的范圍內，飲水機寬可以根據上臂長度來計算得出，所以飲水機寬度應在284～313mm 之間。

2.2 飲水機開關尺寸分析

在按壓飲水機開關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［3］。手部的關節活動可分為腕關節活動和指關節活動兩種類型。

（1）腕關節雖然可以向手心、手背方向轉動，但在接近70°的狀態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，冷熱水開關距離手部越遠，越容易使腕關節形成向上抬的狀態。當手部略低于肘高時，手部由上向下的操縱力更大，腕關節都處在輕松活動的范圍之內。

圖4 腕關節活動范圍

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

所以，應該避免手指和腕關節疲勞，對冷熱水開關按鈕進行人性化設計。

人站立時手部的最佳操作工作的高度應該是手高略低于肘高，臺式飲水機按壓開關高度應該以男女人體站姿肘高的P50作為依據，也就是男性P50為1 024mm，女性P50為960mm。這里設穿鞋尺寸修正量為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距離地面也應在980～1 044mm 之間，這里考慮床頭柜高度600mm，則飲水機冷熱水開關實際高度為380～444 mm 之間，取兩數平均值412mm。

飲水機冷熱水開關的寬度應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，在設計時應注重結構穩定、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計依據，才能保證托盤有足夠的空間放置水杯，節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境。

根據測量，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為按壓開關高度減去杯子高度，即412－200＝212mm。

飲水機托盤內深應該容得下大部分杯子，根據測量，馬克杯杯寬為105mm，為使其他較窄的杯子都能適應托盤的寬度，托盤內深應為106mm。

3 結論

通過對飲水機設計中存在的問題進行人機學分析，總結出了能做到符合人性化要求的設計因素：（1）為避免持續彎腰動作，臺式飲水機的整體高度應在664～757mm 之間；飲水機寬度應在284～313mm 之間。（2）飲水機的冷熱水開關距離地面高度應在380～444mm 之間；飲水機冷熱水開關的寬度應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為212mm，托盤內深應為106mm。

［1］王磊.關于飲水機的市場調研報告［Z］，2010.

［2］馬廣韜.人因工程學與設計應用［M］.北京：化學工業出版社，2013.

［3］阮寶湘.工業設計人機工程［M］.2 版.北京：機械工業出版社，2010.