人機功效原理在日用陶瓷產品把手設計中的應用研究

文雪

摘要：通過探討人機工效原理對日用陶瓷產品重要的部件——把手的設計方法與原則，提升日用陶瓷產品的適用性。運用案例分析法和對比法對各種結合或體現人機功效原理的優秀陶瓷產品案列進行分析，發現其設計規律或原理并進行歸納總結。在人機工效原理的科學指導下凸顯了產品的功能在產品設計中的重要性，同時也體現了造型美感和用戶心理體驗。

關鍵詞：人機工程學;日用陶瓷設計;把手;功能;設計原則

中國分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）02-0157-02

著名的芝加哥學派建筑大師路易斯沙利文曾說：“Form followthe function，this is a law”，以“形式追隨功能”為核心理念的功能主義的提出對設計發展具有重要的影響。但在當今以享受型消費模式為主導的時代背景下，日用陶瓷產品的形式感和美觀程度已在評價一件產品的過程中日漸占具主導地位。站在設計的角度而言，脫離功能性和適用性討論形式感是片面的。把手的功能性作為日用陶瓷這類產品的基本使用性，是設計師開展一切設計工作之初的重要關注點，通過分析人機工程學的相關應用原則可對日用陶瓷產品設計提出建設性意見，加深設計師在設計過程中對日用陶瓷產品的適用性的思考。

1 人機工程學與當代日用陶瓷產品設計的關系

人機工程學（Man-Machine engineering），又稱為人類工效學（Ergonomics）、人類工程學（Human Engineering）等，“是一門研究人類和系統內的ITA因素相互關系的學科，旨在將研究所得的理論、原則、數據額和方法應用到設計中區，以期優化人類行為以及提高系統的總體表現”[1]。這一學科由于著重研究人體尺度、人的能力限度、人機功能的合理分配等問題，為當代設計提供了較多的科學依據，逐漸在產品設計活動中占據重要的技術性指導地位。

當代日用陶瓷產品是以陶瓷為基礎材料進行設計，通過現代化生產并最終投入市場的工業制成品。針對這類產品進行的以工業化大生產為基礎、以功能性為主旨的設計活動便是日用陶瓷設計。其領域包括茶具以及咖啡具等等在人們日常生活中滲透度極高的日用陶瓷產品。人機工程學作為一門核心理念是以人為本的新興學科，在針對把手的設計活動中極具科學指導價值。清華大學美術學院教授李正安曾在《陶瓷設計》中指出：“陶瓷產品的使用功能，是基于人的生理需要，隨人的視覺、觸覺和應用而產生的功效。與何種生理和心理功效相輔相成、與現代設計考慮密不可分的，是20世紀中期適時出現的‘人體工程學”。日用陶瓷產品與人們接觸緊密，設計師只有在把握人機工程學的前提下進行吻合人體結構和使用需求的設計工作，才能更有效地推動日用陶瓷產品的發展甚至進化。

2 日用陶瓷產品的把手介紹

把手是器具與人體接觸最為緊密的一個配件，功能性和使用性是其存在的主要意義。器物的適用程度與把手的設計有直接的關聯，因此陶瓷產品設計師需重視對把手的了解。

1）材料。制作把手的原材料可分為陶器、瓷器以及紫砂三種：陶器表面粗糙，細孔較大，易吸水，多做炊具;瓷器表面光滑，細孔較小，不易吸水，多做水具;紫砂則介于陶器與瓷器之間，結構緊密且接近瓷化，器表光滑但表現出顆粒質感。把手的原材料可跟隨器物主體，也可采用其他隔熱效果和摩擦力較好的材料。

2）功能。作為一個飲用器具的配件，功能性是其存在的主要意義，“把手和提梁則是為了移動和實用時端與提的方便，這是把握器具的主要部分”[3]。除此之外它還起到隔熱、美觀的作用。

3）分類。按照把握方式可分為三大類：端握把、橫握把以及提梁把。（1）端握把。即最普遍的圈式把手，是基礎的主流把手造型，位于壺肩處與壺嘴位置在一條直線和水平線上。造型多樣，變化豐富，有英式茶杯中普遍的類似耳朵造型的把手、中式紫砂茶壺上帶圈環的把手等等;（2）橫握把。即直柄把手，在砂鍋上較常見，與壺嘴成折線置于壺肩或壺腹位置。它與端握把的共同點是都在端起時施力，但在做傾斜運動時省力。其造型不如端把多變，以圓柱為主，但現在也發展出飄逸的、非直筒的諸多造型;（3）提梁把。即把手跨越了壺口，在壺肩的兩端各有一銜接點，拎提的部分與中心在一條垂直線上。陶瓷器具上的非陶瓷材料提梁比較常見。它與前兩者不同的是提起來比較省力，但在做傾斜運動向外倒水則稍顯費力。一般大而重的壺使用端把或橫握把都不便于使用者施力，提梁把變為最好的設計選擇。

這三大典型的把手類別經過時間和歷史的淘洗，在陶瓷設計的發展中最終形成了把手的基礎造型，但當代的設計還發展出不同的把手位置，有的與杯口相接，有的彎曲把手只與器物本體有一個粘接點，另一頭保持懸空狀態;造型上也發展出三角形、方形等純幾何形態、動植物等具象形態、以曲線韻律為主的抽象形態等等多樣的造型。這些新式的把手造型有的尚還沿襲典型的持握方式，有的甚至已經顛覆原有的形式，發展出新的持握角度，但把手并不是一個單獨存在的個體，而是壺和杯體在空間上的有機延伸，為人使用器具起到及其重要的輔助作用，不合理的把手設計會影響到器物的使用令人產生強烈的不適感。所以對這一部件進行更優化的設計探討有助于提升人對日用陶瓷產品的整體使用感受。

3 人機工效原理在把手設計中的運用

在把手設計過程中，人體工程學的科學數據及功效原理對其尺寸與空間、造型與位置以及隔熱與摩擦等問題都具有可靠的指導作用。現就這三個問題進行分析。

1）尺寸與空間。“把手內的限定空間，上下之間的距離大小，是決定能夠容進幾個手指的關鍵”[3]。所以它的尺寸大小、與器物的空間距離范圍應參照人機工程學中人體手掌尺寸表格進行設計。我國重要的人機工程技術標準GB/10000-1988《中國成年人人體尺寸》為工業設計提供了我國成年人（男18-60歲，女18-55歲）人體手掌尺寸的基礎數據，如把手應符合成人食指近位指關節寬15mm-21mm及遠位指關節寬13mm-19mm。不符合人體尺寸的產品其使用性會大大減小。中的水杯把手就屬于尺寸過小，盛上熱水以后增加了水杯的重量，過小的把手使得手指需要用力捏住，并且把手空間與杯體距離過近，手指容易與杯體接觸，無法起到隔熱作用。

2）造型與位置。把手的何種造型與位置設計關系到到使用者的持握方式和角度。從人機工程學的角度來看人手的施力，根據力的作用線不同可分為力與小臂平行和與小臂成夾角等動作。在設計中需避免產生小臂成夾角的把手，如果手掌發生的尺偏或手腕外轉動作，人的施力點則會主要放在腕關節，亦引起不適。因此把手設計需避免非順直的手腕狀態。錯誤的把手位置和造型將直接影響器物的使用功能。如圖6中把手與壺體構成了一個夾角，使用者持握時腕關節是處于彎曲狀態，使用者在拿起器物傾倒時難以掌握壺體的重心，使倒水過程不夠平滑順暢，這是錯誤的把手造型設計。另外也有壺使用時壺蓋極易滑落，看似是壺口與壺蓋的問題，但實則也有將把手的位置配備在過高位置的因素，這是錯誤的把手位置設計。

3）隔熱與摩擦。把手的隔熱與摩擦是與人機工程學中人的觸感分不開的。如經過3S，觸壓覺就可以下降到元水平的四分之一。適應時間與刺激強度成正比，與刺激作用的面積成反比。觸覺的敏感性可以用皮膚能感受到兩刺激點的最小距離值準確的測定出來，例如舌尖約為1.1mm，指尖約為2mm，唇約為4mm，手掌約為9mm。把手的隔熱與摩擦都關系到陶瓷材料的使用。當代的把手設計在原材料的使用上也發展出多樣性和多元化，但應避免使用導熱系數較大的材料。比如瓷器（25攝氏度）的導熱系數約為1.5 VV/（m·K），大多數木材導熱系數在0.1～0.2 W/（m·K）之間，而塑料的導熱系數在2.58～2.79 W/（m·K）之間。

4 人機工效原理對把手設計的優化原則

除了運用人體的基礎數據進行設計保障基本使用功能以外，還需針對把手在日常使用中的細節問題提出更優化的設計理論原則。這牽扯到人在使用日用陶瓷產品時的肌肉施力問題、設計引導問題、觸覺感受問題。

1）動態肌肉施力原則。“肌肉施力有兩種方式：一種是動態肌肉施力，另一種是靜態肌肉施力。動態肌肉施力是肌肉運動時收縮和舒張交替改變的肌肉運動形式。靜態肌肉施力則是持續保持收縮狀態的肌肉運動形式”[2]。由于靜態施力在人體活動中相對動態肌肉造成的耗能更大，因此在考慮把手所處器物的何處位置以及彎曲角度等設計問題上，應選擇最適宜人手臂彎曲和施力的角度。當人手與把手從指間、指節到整個手掌的接觸面的不斷增大，人在施力過程中也會隨之增加小臂到大臂的持力，壺體的容積在可適應范圍內也可以進行增加。“由此看來，壺體容量大小與把手空間相關;而把手空間安排卻要視手指的承受能力和活動方式而定”[4]。

2）排除合并原則。王愛紅教授曾指出：“排出合并原則即設計較少的使用步驟獲取最大的實際效用”。不必要的動作會浪費操作的時間。把手作為僅僅具有持握功能的產品部件，對整體器物的使用效果也具有“牽一發而動全身”的影響作用，即使是把手也可以通過排除合并原則優化產品使用體驗。著名的包豪斯創始人、格羅皮烏斯設計的作品“格羅斯1號”日用陶瓷茶具便是以沖破傳統造型習慣、優化產品功能性的壺把與壺鈕之間協調搭配聞名，蓋鈕偏離壺體的同心圓中心，向把手上端靠攏并與之重合，使用戶無意識地將大拇指壓住蓋鈕，達到單手操作便可控制壺蓋在傾倒時不會落下的效果，

3）優化觸覺原則。溫度覺是冷覺和熱覺的統稱，溫度刺激強度是指與生理零度存在溫差（t=36.5）的大小，身體各部位溫度不同，所接收到的溫差信息自然也有所差異。在日用陶瓷產品設計活動中，把手部件通常跟隨主體物的生產材料，具有觸覺上的統一性，但隨著市場需求的多元化和設計材料與手段的普及化，綜合材料的日用陶瓷產品近年來日益豐富，玻璃、皮革、不銹鋼等材質的把手與陶瓷茶咖具的結合也為大眾所接受。日本陶瓷設計師森正洋便偏愛使用木頭作為陶瓷茶具的把手材料進行設計使用木頭材料制作把手不僅減少了把手的導熱性能，降低了人手的溫度覺體驗，陶瓷與木頭材質的結合也帶給使用者一種觸覺及視覺上的質樸感。

5 結語

通過討論人機功效原理在日用陶瓷產品中把手部件的設計原則，加深日用陶瓷設計師在設計活動中對功能的理解和思考，為日用陶瓷的細節設計提供不同視角。本文僅僅利用人機工程學中的部分原理對日用陶瓷設計的把手進行設計角度上的具體討論，尚有知識資料不全面之處，應當在之后的研究中不斷學習補全。

參考文獻

[1]王受之，世界現代設計史[M].2002.

[2]王愛紅，人機工程學[M].兵器工業出版社，2012.

[3]楊永善，陶瓷造型藝術[M].高等教育出版社，2004.

[4]李正安.陶瓷設計[M].中國美術學院出版社，2003.