雙層防燙電熱水壺外觀設計研究＊

胡曉濤HU Xiaotao

1.廣東海洋大學，湛江 524000（Guangdong ocean university，524000 Zhanjiang ）2.中國傳媒大學，北京 100024（Communication University of China，100024 Beijing）

設計實錄（Design Cases）

雙層防燙電熱水壺外觀設計研究＊

胡曉濤1,2HU Xiaotao

1.廣東海洋大學，湛江 524000（Guangdong ocean university，524000 Zhanjiang ）2.中國傳媒大學，北京 100024（Communication University of China，100024 Beijing）

為滿足企業的新產品開發需要，對雙層防燙電熱水壺進行設計分析，明確其設計目標和定位。運用人機工程學的相關原理和方法，確定了產品的關鍵部位尺寸。結合用戶體驗原理，對產品的功能、外觀、色彩進行了人性化的設計。制作了1:1產品泡沫模型，在此基礎上完善了細部造型，驗證了外觀設計效果和結構設計的可行性，并進一步完成了產品結構設計。設計結果表明，外觀設計整體時尚、簡潔大方，從用戶的角度對產品功能進行了細致周到的考慮，符合市場和企業定位。為熱水壺相關產品的開發設計，提供了設計流程和設計方法方面的參考。

工業設計；雙層防燙熱水壺；人機工程；產品尺寸；人性化

一、引言

雙層防燙電熱水壺項目來自于中國電飯煲之鄉廣東省湛江市的某企業。目前，國內針對電熱水壺的研究集中在設計理論、設計趨勢和概念設計層面。李小萍提出了不同材質，特別是紫砂材質應用在電熱水壺設計中需考慮的因素[1]。晉新敏、黃志榮對產品的生命周期方面，對電熱水壺產品進行了分析，并應用仿生設計提出了一個概念設計方案[2]。吳真主要針對產品設計綜合評價方法存在的問題，介紹了模糊TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，即優劣解距離法）評價方法，并應用該方法實現了對電熱水壺產品設計的綜合評價[3]。蘇建寧、王瑞紅、趙慧娟、張書濤運用組合思想，提出基于感性意象的產品造型優化設計方法，并以電熱水壺設計進行了實例研究[4]。李永峰、邢艷芳、朱麗萍提出了基于灰色系統理論的產品意象造型設計方法，并結合電熱水壺的造型設計進行了相關研究[5]。

本文從設計實務的角度來進行電熱水壺外觀設計研究，可以總結設計經驗，為電熱壺的相關產品設計提供設計流程和設計方法方面的理論參考，讓設計師少走彎路。

二、產品簡介

電熱水壺（Electric Kettle），是指一種用于自助燒開水的電開水器。據統計，從2005年開始中國成為全球最大的電熱水壺市場，2007年電熱水壺的銷售額達到20億元[2]，且目前全球90%以上的電熱水壺產品來自中國。

隨著中國消費者健康意識的增強，絕大部分消費者認為，塑料內膽的電熱水壺存在很大的健康隱患，電熱水壺中與水接觸的部分應該使用不銹鋼、玻璃和陶瓷等相對安全的材料。

雙層防燙電熱水壺便是采用不銹鋼材料作為熱水壺的內膽，同時在不銹內膽外面包裹一層塑料外殼，這樣的結構形式即讓消費者感覺燒水比較健康，又可以防止水燒開之后用戶被燙傷。雙層防燙電熱水壺樣品如下（見圖1）。

圖1 雙層防燙電熱水壺樣品①

三、設計分析

1．設計目標分析

我們通過調研發現，為了保證產品出廠時外觀清潔美觀，工廠在加工制造時需要先把不銹鋼壺嘴焊接在不銹鋼內膽上，然后再將塑料外殼套入，在加工工藝方面存在著一定的難度。因此，市場上的同類型的電熱水壺主要分為3種形式，即壺嘴外露型、全部包裹型和部分包裹型，每種形式的塑料外層結構設計都有所區別，具體如下（見圖2）。

圖2 雙層防燙電熱水壺的3種形式①

其中，部分包裹型的電熱水壺市面上比較少見，即塑料外殼僅僅包裹了不銹鋼壺身的下半部分，包括壺嘴在內的上半部分不銹鋼壺身直接裸露在外面。

該企業將此次委托設計的電熱水壺定價為成本價70元每個，零售價為150元每個，這個價位在電熱水壺市場屬于中等價位。壺嘴外露型的電熱水壺由于壺嘴部分沒有包裹塑料，因而在形態上感覺不夠整體和統一，相對降低了產品的檔次。同時，部分包裹型的電熱水壺在防燙方面，也存在一定的缺陷。

通過和企業的充分溝通，確認了他們的加工制造能力之后，我們將本次項目的設計目標，確定為設計一款全部包裹塑料型的雙層電熱水壺。相對而言，此種類型的電熱水壺比較容易通過外觀設計提升產品美感和檔次。

2．設計約束分析

產品外觀設計都是在一定約束下進行的，約束條件通常包括材料與結構是否可行；人機關系是否友好；使用是否安全可靠等[6]。

企業提出的約束要求有如下幾點：

（1）除了需要對外采購的內部零部件如溫控器外，其他零部件都可以進行重新設計。

（2）帶led燈的電源開關放置于手柄下方。

（3）壺蓋開關按鍵放置在壺蓋上，并使用傳統的機械式開啟方式的按鍵。

這些設計要求，看起來似乎給設計者的設計自由度非常大，但是由于不銹鋼壺身是金屬鈑金加工，因此實際上外觀設計還是有很大的局限性。

所謂鈑金加工，就是指對金屬板材的一種加工，制造的工序主要有剪切、彎曲成型、折彎扣邊、焊接、表面處理等。考慮到鈑金加工的方便，不銹鋼壺身內膽部分的形式一般為直筒狀或者圓錐狀。這個基本形體確定以后，電熱水壺的造型空間有限，形式自由度相對比較大的部件就是手柄、壺蓋和水壺底盤這3個大部件。其他如電熱水壺的開壺按鍵、帶led燈的電源開關等小部件，也可以相應做一些形式上的改變。

雙層防燙電熱水壺的主要零部件，具體如下（見圖3）。

圖3 主要零部件示意圖①

3．產品尺寸與人機分析

有國外學者認為，產品外觀包含的要素主要有材質、色彩、比例、尺寸、裝飾和形式等[7]。其中，尺寸是工業設計師相對比較容易忽視的一個因素。該款雙層防燙電熱水壺的燒水容量預設為2.0 L，因此不銹鋼水壺內膽的尺寸大約為直徑13cm，高18cm。再加上預留溫控器等零部件空間，因此整體壺身尺寸大約為直徑16cm，高度23cm。水壺底盤厚度大約為2cm。

產品的尺寸涉及的因素很多，不僅要考慮產品本身的結構特點和功能要求，在日益強調人性化設計的今天，更要考慮人的因素，使產品尺寸與人體尺寸相適應[8]。因此，在外觀設計開始前就應該確定產品的關鍵尺寸。

還有另外幾個和電熱水壺外觀設計相關的尺寸有：

（1）把手的直徑尺寸大約為30～35cm之間，該尺寸的大小關系到人手把握的舒適性以及施力的方便性。

（2）開壺按鍵和壺蓋平面之間應該留有一定的空間距離，一般不得低于1.2cm，以方便大拇指開啟壺蓋。

（3）壺嘴的大小都有一定的要求，即壺嘴離壺身的高度大約為2.3cm左右，壺嘴最大寬度大約為5cm。該尺寸的確定，目的在于保證電熱水壺在倒水時水流的大小合理，不會出現水流過大或者過小的情況。

（4）熱水壺的壺口尺寸應該在10cm以上，這樣才能保證人們方便用手清潔不銹鋼壺體內部。

四、產品設計

1．外觀設計

通過以上的設計分析和定位，設計師開始了第一輪的設計方案草圖繪制。形態的知覺是人對客觀事物的整體反映[9]。人在觀察任何事物時都是先得到事物的整體印象，然后再深入觀察細節。通過對熱水壺整體形態的分析，發覺熱水壺的側面輪廓線是決定了整個形態設計走向的關鍵，因此，設計師在第一輪草圖方案構思時重點繪制了一些列的熱水壺側面輪廓線，以便把握產品的整體外觀風格（見圖4）。在這些側面輪廓線中，我們共同挑選出了線型相對比較流暢，線型特征比較明顯和有創新性的方案，然后再進一步將側面輪廓線立體化。將平面的側面輪廓線立體化的過程需要設計師反復推敲側面輪廓線的整體感覺，可以結合建模軟件來推敲立體形態。與此同時，也需要對把手、水壺底座等局部關鍵性形態進行重點繪制，最終提交了3個完整的設計方案（見圖5）。

圖4 側面輪廓線草圖方案②

圖5 第1輪方案效果圖③

2．外觀設計方案評估

我們通過和企業負責人以及相關人士進行充分溝通，企業最終選取了方案1和方案2作為新產品外觀的設計方案。

（1）方案1。以啄木鳥作為設計原型，利用仿生設計方法對外觀設計進行大膽創新。仿生形態設計是一種借助于大自然力量的優秀設計方法，近年來已經越來越受到設計師們的重視[10]。產品外觀設計與仿生形態相結合，能夠增加產品的自然親切感，促成商品與消費者之間的情感互動[11]。

該方案存在的問題有：其一，壺嘴部分向下傾斜，從人機操作方面考慮是不合適的。例如，在電熱水壺裝滿水的情況下，就會很容易出現水漏出的情況。其二，水壺底盤外觀過于普通，可以考慮更有創新性的形式。

（2）方案2。整體外觀簡潔大氣，符合市場需求和定位。修改意見如下：其一，將半個把手的形式改為完整的把手。完整的把手，讓用戶感覺使用起來更放心，這屬于功能美感的提升。國外學者稱之為Y層次的美感，即工業產品的形態，能夠表現產品的目的、功能、意念的傳達或意圖[12]。其二，壺嘴上方、壺蓋邊緣需要加一個活動的擋水板，以便防止倒水時水流過強。其三，水壺底盤外觀過于普通，可以考慮更有創新性的形式。例如，使用方形的底盤。

為此，設計師對方案1和方案2進行了細節調整，經企業確認無誤以后，利用三維建模文件制作出了1∶1的泡沫外觀模型，具體如下（見圖6）。

圖6 泡沫1:1模型①

（3）方案評估。通過泡沫外觀模型，我們進一步驗證了外觀設計和結構設計的可行性。

方案1的問題比較嚴重。首先，模型呈現出的形態感覺和效果圖的感覺相差甚遠。究其原因是由于設計師對比例和尺寸把握不夠細致而導致的，主要問題有壺嘴太小、把手太細、壺身太大、開壺按鍵部分預留操作空間不足。尺寸對于設計的重要性不言而喻。因此，接下來需要設計師重新調整各項尺寸和比例，修改方案的工作量非常大。其次，發現了一個結構設計方面的問題。由于不銹鋼壺身內膽是上小下大的形式，考慮到外面的防燙塑料外殼的裝配方式，不能夠做到塑料外殼和下手柄一體成型，只能考慮用塑料外殼合圍的方式。這樣就需要在下手柄下面加一個擋板，以便擋住塑料外殼的合模線。

方案2的主要問題，是設計方案中壺蓋的頂部不是平整的而是略微地向一方傾斜，而該方案的壺蓋上有一個鍍鉻裝飾圈，考慮到工人的安裝方便，需要將壺蓋頂部改成平面，以方便鍍鉻裝飾圈的安裝，進而把手的上部分形態也需要隨之一起改變。修改好以后的最終方案效果，具體如下（見圖7）。

圖7 最終方案效果圖③

3．結構與模具設計

在以上的外觀設計方案的基礎上，我們委托結構工程師分別對兩款電熱水壺進行了內部結構設計。結構工程師在結構設計開始之前，首先需要用pro-e類工程軟件將外觀設計方案重建。如果結構工程師經驗不足，可能會出現在結構設計過程中外觀設計走樣的情況出現。另外，在結構設計過程中，因為結構設計的需要，很有可能需要對外觀設計進行微調。因此，在結構設計期間，需要外觀設計師配合結構工程師修改外觀，以保證外觀設計的一致性。最終，兩款電熱水壺的結構設計完成（見圖8）。

圖8 兩款電熱水壺的結構設計①

結構設計完成后，我們直接將三維文件提交給模具廠進行模具設計。目前，方案2的塑料部分的模具設計已經完成，已經到了試模的階段（見圖9）。

圖9 方案2試模照片①

五、結語

當地許多企業中沒有駐廠結構工程師，這種小型企業的新產品開發會非常依賴當地的模具廠，因此設計人員特別是結構設計人員必須多和模具廠溝通和交流，并跟進整個模具生產過程和小批量試產過程。

（1）對雙層防燙電熱水壺的設計要求、功能結構等與外觀設計相關因素進行了全面分析。

（2）設計案例包含了從前期的設計分析到后期的外觀設計、結構設計的整個設計流程，其中的方法和步驟，可以為類似的電熱水壺設計提供參考。

（3）為企業開發了兩款不同外觀風格的新產品，設計造型符合企業的市場定位，設計能力獲得了企業的認可和好評。也通過這次設計過程，和當地的模具廠建立了良好的關系，熟悉了設計流程，為以后的新產品開發打下了堅實基礎。

注釋

①圖1、圖2、圖3、圖6、圖8、圖9來源：作者自制.

②圖4來源：設計師馬二賽制作.

③圖5、圖7來源：設計師馬二賽、羅宏朗制作.

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[1]李小萍．紫砂材質在電熱水壺設計中的應用研究[D]．武漢：湖北工業大學，2013：1．

[2]晉新敏, 黃志榮．基于仿生的節能電熱水壺設計[J]．包裝工程，2008，29(9)： 113-115．

[3]吳真.模糊 TOPSIS 方法在產品設計綜合評價中的應用-以電水壺產品設計為例[J]．裝飾,2014，253(5)：86-87．

[4]蘇建寧, 王瑞紅, 趙慧娟，張書濤.基于感性意象的產品造型優化設計[J]．工程設計學報, 2015，22(1)：35-41．

[5]蘇建寧, 邢艷芳, 朱麗萍.基于灰色系統理論的產品意象造型設計研究[J]．包裝工程, 2010，31(14)：43-46．

[6]陳永航．XY300T-5型摩托車造型設計研究[J]．機械設計，2013，30（5）：104-106．

[7]BLOCH PH，BRUNEL F F，ARNOLD T J.Individual Differences in the Centrality of Visual Product Aesthetics: Concept and Measurement[J]. Journal of Consumer Research，2003，29（4）：551-565．

[8]葉鋒．人因工程學在產品尺寸系列化設計中的應用[J].機械設計，2005，22(z1)：65-67．

[9]范圣璽．從行為和認知的角度看以人為中心的設計[J].機械設計，2013，30(2)：97-99．

[10]?，?，曹建中，韋艷麗．汽車造型設計中的形態仿生研究[J]．合肥工業大學學報：自然科學版，2010(10)：1458-1460．

[11]章順凱．包裝容器造型設計中仿生形態的表現[J]．云南社會主義學院學報，2013(2)：333．

[12]LEWALSKI Z M.Product Esthetics: An Interpretation for Designers[M]. Nevada：Design & Development Engineering Press，1988：153-154.

（責任編輯 孫玉萍）

On the Appearance Design of Double-layer Anti-scald Electric Water Heater

In order to meet company’s new product development need, the double-layer anti-scald electric water heater was analyzed in depth, so the design objective was determined. The product’s key dimension was conf rmed by using principle of ergonomics. Combined with user experience theory, The product’s function, appearance and color were redesigned. Then a 1:1 foam model was made to test the effect of appearance design and the feasibility of structure design. The design results show that the appearance design is simple and fashion, and meets the market and company’s demands. The results are worthy for reference in designing Other similar products.

industrial design；appearance of double-layer anti-scald electric water heater；human engineering；product dimension；humanization

J524.1

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2017.02.020（0113-06）

2017-03-25

2013年度廣東省專業鎮中小微企業服務平臺建設專項資金項目（2013B040500022）；2015年度廣東省創新強校工程專項資金規劃項目（GDOU2015050246）。

胡曉濤，中國傳媒大學協同創新中心博士研究生，廣東海洋大學中歌藝術學院副教授。