水杯設計中人因工程學的應用研究

王 璇，李 鵬，2，朱曉冬

(1.東北林業大學材料科學與工程學院，黑龍江哈爾濱 150040；2.齊魯工業大學生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室，山東濟南 250353）

水是生命之源。水分的及時補充對于身體的健康至關重要[1]。直接裝杯飲用是補充水分最便捷的方式之一。因此水杯的重要性也隨之凸顯出來。一款適宜的水杯可以提高使用者的飲水頻率、幫助使用者找到飲用需求與飲用體驗之間的平衡點。基于以上，筆者以人因工程學為切入點，圍繞“以人為本”的核心設計思想，通過人體尺寸、操作行為和情感需求三方面，對水杯的設計進行分析，探求水杯設計與使用需求、使用體驗之間的聯系，為水杯設計提供參考。

1 水杯設計與人體尺寸

水杯杯身的高度與弧度，握把的位置與大小，杯口與底座的直徑、杯腳高度等尺寸與水杯整體的使用舒適度關系緊密，因此應考慮到使用者的感受，采用適宜人體的尺寸進行水杯設計[2]。

1.1 人體尺寸

與水杯設計聯系最為緊密的人體尺寸是人體手部尺寸，包括手長、手寬、手部握持圍度等。因為不同人種或同一人種的地域、年齡、性別差異造成的人體尺寸各不相同，在進行水杯設計前要對水杯使用人群進行劃分，進而分析適合目標人群的水杯尺寸，設計出更加人性化的水杯。

現行的國際標準ISO 7250-1-2008“技術設計用基本人體測量”和我國國家標準GB/T 5703-2010“用于技術設計的人體測量基礎項目”中，人的手長在人體測量中被規定為中指指尖點到橈骨莖突和尺骨莖突之間掌面連線（兩個莖突連線的測點大致在腕部皮膚皺紋的中間）的垂直距離（圖1）；人的手寬在第2到第5掌骨頭水平處，掌面橈尺兩側間的投影距離；人的最大握徑是將拇指指尖與中指指尖相觸，在內側大致呈圓形時，中指指點與拇指指關節最外突部位間的直線距離[3]。

筆者以1989年7月實施的GB 10000-88“中國成年人人體尺寸”國家標準中提供的中國成年人的手部尺寸為參照[4]，總結了通用中國成年男女的手部尺寸數據，其中中國成年男性手長、手寬、食指長分別為164-202mm、73-92mm、60-79mm，平均尺寸約為手長182mm、手寬82mm、食指長69mm；中國成年女性的手長、手寬、食指長分別為154-189mm、67-85mm、57-76mm，平均尺寸約為手長171mm、手寬76mm、食指長66mm。以此數據為基礎，成年男性手部最大握徑約為55mm，成年女性約為40mm。

1.2 水杯的尺度

結合人體每日1500-2000ml的飲水需求，在設計水杯時要明確水杯的容量規格，從而確定杯具尺度。市場中室內用水杯容量以180ml、250ml、360ml三種規格使用最多，外出使用的水杯容量則多用500ml左右規格。以這四種容量為水杯設計規格，采用一次性紙杯造型可得出水杯的上口徑、下口徑、杯身高度等尺度，其中180ml水杯為70×49×78mm、250ml水杯為75×53×90mm、360ml水杯為95×58×95mm、500ml水杯為100×65×110mm（圖2）。

參照相關國家標準中提供的人體數據，無柄杯具的直徑應控制在65mm以內，直徑超過65mm的應增加方便握持的把手或特殊設計，防止握持不便帶來的使用困難。室內用口杯的杯身高度一般為90-120mm，若要增高杯身需合理搭配杯子口徑，減少清洗水杯帶來的麻煩。

2 水杯設計與操作行為

圖1 手長手寬示意圖

圖2 一次性紙杯

圖3 三角擺放杯具

圖4 紙型水杯

圖5 折疊水杯

圖6 宜家代諾拉馬克杯

圖7 Mighty Mug“神奇不倒杯”

圖8 Smart grip技術

圖9 吸管杯

圖10 成人奶嘴杯

圖11 鴨嘴杯

圖12 NUK拔蓋式學飲杯

圖13 一鍵開蓋鴨嘴杯

圖14 旋蓋式吸管杯

圖15 手部凹印水杯

人體操作行為是指人體在使用產品或完成動作指令時的行為結構。在水杯設計中的人體操作行為是指水杯設計需要考慮水杯與人在各種環境下的交互關系[5]。在水杯流通階段，出售方的陳列、堆放，運輸中便于流通、搬運；在水杯的消費者使用階段，方便使用、便于攜帶等。

2.1 流通階段的操作行為

為了減少在水杯流通階段的運輸途中的損失和出售方堆放、陳列的困難，尤其是流通、搬運過程中的碰撞、顛簸導致的水杯損壞和在陳列、堆放、清點時給出售商造成的困擾，在水杯設計上也需要加強對流通階段水杯設計的思考[6]。例如發現并使用更多的特殊抗壓材料制作水杯或水杯設計采用容易疊放或交叉放置的造型等。

在展示擺放水杯時，大多商戶采用三角擺放，將三個杯具擺放在一起，利用三角穩固的結構，防止誤碰跌落（圖3）。在設計中采用便于疊放的紙類造型的水杯，不僅解決了出售和運輸方的困擾，也因造型獨特受到眾多消費者的喜愛（圖4）。設計師或在設計水杯時，采用特殊材料和造型進行設計，如旅行用便攜折疊水杯，采用硅膠材料設計而成，水杯在造型上可壓縮至手掌大小，也解決了流通階段會產生的眾多問題（圖5）。

2.2 使用階段的操作行為

在消費者使用階段，水杯的攜帶和操作難度也是人性化水杯設計的重點。為了人性化使用的水杯設計思路多種多樣，在攜帶、開啟方式、放置等操作上有許多品牌進行了創意性的實用設計。

宜家生產的杯子因價格低廉、造型簡潔、設計合理，曾受到中國部分地區消費者的追捧。在宜家生產的幾款水杯底部，存在類似缺口，品牌方解釋該設計是為了防止放置在有水的桌面，因水壓難以拿起的氣孔（圖6）。除宜家外，還有被稱為“永遠不會被撞翻的神奇不倒杯”的Mighty Mug，杯子底部的吸盤模仿章魚等動物的吸盤特性，開發出的一種獨特技術名為“Smart grip”。該技術類似氣壓鎖，在受到橫向外力時氣壓鎖開啟，讓杯子保持不動，而當杯子被垂直向上拿起時，會自動打開氣口解鎖，不需要控制按鈕（圖7-圖8）。

杯子的開啟和飲用方式是作為水杯最重要的消費者操作行為，也直接決定了杯子是否符合消費者的生活習慣。因飲用方式不同，常用的水杯類型有敞口杯、吸管杯、奶嘴杯、鴨嘴杯等（圖9-圖11），而開啟方式也根據飲用方式的不同有旋轉式擰蓋、一鍵自動式開蓋方式、啟蓋式、拔口式等（圖12-圖14）。如德國NUK設計的拔蓋式學飲杯，采用硅膠軟吸管，以訓練孩子飲水為設計目的，有防漏防嗆的功能，受到許多家長和孩子的喜愛。設計者需要根據消費者的操作行為習慣選擇搭配的開啟和飲用方式，衍生出了水杯的不同類型滿足消費者多樣化的需求，從而出現逐漸成型的水杯市場。

水杯的把手和拎帶設計對于水杯的握持和攜帶起到關鍵作用，合適的把手需要符合舒適的關節活動姿勢，以減輕握持和舉起水杯的困難，達到人性化設計的要求。對于需要攜帶外出的水杯，必要時添加合適的拎帶和把手，且拎帶和把手的尺寸和造型要依據消費者的人體尺寸、握持方式來進行設計，增加消費者使用時的舒適感。還要考慮把手和拎帶的承重是否符合杯子容量的設定，防止拎帶受力崩壞[7]。當前市場上在保證水杯的使用，在握持和拎帶上進行造型設計的水杯也是層出不窮，各具特色（圖15）。

圖16 陶瓷牛奶杯

圖17 可口可樂

圖18 不同材質水杯對比

在水杯設計中，設計師們在保證滿足水杯飲用功能和飲用需求的前提下，根據對消費者的操作行為與水杯之間的交互關系進行分析，從而在水杯使用和攜帶中為消費者提供了更多人性化的使用方式，為人性化水杯設計提供更多的理論支持和設計可能。

3 水杯設計與情感需求

基于人性化設計的水杯，除了滿足人體尺寸和操作行為的需要，還得滿足人類心理上的情感需求。

3.1 形態

人們根據對杯子的外觀感覺，從而形成對特定水杯的認識，在設計采用不同的顏色、造型、材料、肌理都會產生不同的效果。在水杯設計中也常常出現基于人的感知的設計，例如對牛奶杯的設計，人們從杯子的陶瓷材料、乳白色和如同流淌的牛奶的造型等認識，便能理解這是屬于牛奶杯的知覺（圖16）。水杯造型和結構設計直接影響著杯子給消費者形成的外觀感覺。水杯的造型有仿生設計、幾何形設計。對于水杯整體及不同部位的造型設計，根據水杯的定位以及其他設計需求來選擇合適的水杯造型和結構設計，在符合使用需求的基本要求上，給水杯消費者帶來更為舒適的飲水體驗[8]。

3.2 色彩

在產品設計中，產品的造型、性格定位以及所要傳達的信息，大部分是由色彩來完成的，從而實現產品銷售的目的，如可口可樂的紅白搭配（圖17）[9]。水杯色彩設計并非單純依賴于色彩的表現形式，而更多的是由色彩傳遞給人的意象，從而形成的色彩語言。在審美差異中不同的地域、國家、民族，對色彩都有不同的理解，如西方將紅色視為血腥、暴力、邪惡的象征，而中國人喜歡把紅色當作吉祥、喜慶的代表。不同的色彩和色溫可以給消費者帶來不同的感受和想象，使人產生溫度感、輕重感、硬度感、遠近感等物理感覺，從而引起人的情緒變化。例如，色彩形成的冷與暖、熱情與冷淡、活潑與刻板、前進與后退等不同的感覺。因此，在設計中應合理地應用色彩的物理和情緒感覺，創造合適產品的色彩環境[10]。

3.3 肌理

產品設計中追求的表面處理效果主要是防滑、耐磨、增加裝飾性、增加質感等，常見的水杯表面肌理處理工藝有：金屬化工藝、表面涂層、涂布印刷、表面磨砂等。不同的材質選用合適的表面處理，會讓設計作品呈現更佳的效果，例如采用高分子材料金屬化工藝，通過化學或物理方法，將少量金屬鍍在高分子材料的表面，從而使其具有鍍金屬的特性[11]。表面處理工藝，在肌理效果上幫助產品增添觸覺感知，在盲人用品設計中尤為多見。水杯產品的肌理作為觸覺感官設計的重要著手點，在情感向的水杯設計中地位突出。不同肌理表面處理的產品在觸覺感知上會在心理上給消費者形成不同的感知，對水杯情感定位的表達有著出色的效果。

3.4 材質

不同材質的水杯有自身的優缺點，帶給消費者的觸覺感知最為直接。塑料水杯色彩造型豐富、光澤度高，但不耐高溫、易老化；紙杯造價低，但容易破；玻璃杯透明、耐腐蝕，但易碎；金屬杯不易碎、耐高溫，但不易保溫、造價高（圖18）[12]。為了迎合市場的需求，綜合各材料的優缺點，現代設計中出現了將肌理與材質結合的設計，例如使得非金屬材料制品呈現金屬的表面質感。這樣的設計不僅能降低產品的成本，將材料間的優點最大化，也滿足了消費者的心理需求，對于市場和消費者是雙贏的設計方式[13]。

4 結語

通過對市場代表性水杯設計進行研究，筆者發現水杯在滿足作為飲水器的基本功能外，消費者在選購水杯時往往更傾向于與人體尺寸、操作行為相匹配的水杯產品。此外，功能多樣、造型獨特、便于攜帶的水杯也是消費者選購的暢銷產品。綜上所述，水杯設計多樣化、人性化的發展趨勢促進著設計者的設計思維和方法的更新，根據當前水杯市場的經典設計案例，采用新型的技術和材料給人性化水杯設計市場帶來變化是水杯設計發展的一個重要方向。