基于用戶體驗的滅火器創新設計與研究

金信琴 梁嘉桓

摘要：滅火器是突發火災有效的滅火器械，基于用戶體驗研究，優化現有產品，提升使用感受。從用戶體驗的角度展開分析，運用問卷法、訪談法、觀察法對用戶需求進行整理和歸納。提出一種創新型滅火器的使用方式和產品結構及設計原則和方法，滅火器使用符合人機工程學的合理性要求。基于用戶體驗的滅火器創新設計滿足用戶的使用需求，解決了滅火器使用流程繁瑣、容易誤操作等問題。

關鍵詞：滅火器 用戶體驗 結構創新 人機工程學 CMF

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2022）11-0114-04

Abstract：Fire extinguisher is an effective fire extinguishing device for sudden fires. Based on user experience research，existing products are optimized to enhance the experience of use. Analyze from the perspective of user experience，use questionnaire，interview，and observation methods to sort out and summarize user needs.Propose an innovative use method，product structure and design principles and methods of an innovative fire extinguisher，which requires compliance with ergonomics. The fire extinguisher design can meet the needs of users and solve the problems of cumbersome use of fire extinguishers and complex operations.

Keywords：Fire extinguisher User experience Design optimization Ergonomics Structural innovation CMF

引言

滅火器是常見的防火設施之一，存放在公眾場所或可能發生火災的地方，用以緊急救滅火災。大功率電器的種類和數量日益增多，使用頻繁、易燃性物品和電器線路短路和超負荷運行等多個因素導致火災事故頻頻發生，造成嚴重的生命和財產損失，在火勢發生初期，利用好身邊的滅火器完成初起火災的撲救，可以很大程度上減少火災帶來的損失。為了提升滅火器的使用體驗和操作安全，基于用戶體驗展開研究，設計一款符合用戶體驗、使用高效、安全可靠的滅火器產品。

一、研究背景及發展現狀分析

大功率電器的種類和數量增多以及使用頻率的增加，易燃性物品和電器線路短路和超負荷運行等因素的存在，導致火災事故發生的可能性上升。在火勢發生初期，利用好身邊的滅火器完成初起火災的撲救，能大大降低火災繼續蔓延，可以很大程度上減少火災帶來的損失。在使用過程中，存在有滅火器使用不便，滅火器使用方式不清楚等問題[1]。

基于上述的分析，為了提升滅火器的使用體驗和操作安全，更好地解決滅火器現有的問題，本課題從用戶體驗作為切入點，展開滅火器產品的優化設計。

二、用戶體驗設計研究

（一）用戶體驗設計概述

“用戶體驗”最早出現是由心理學家唐納德·諾曼提出和推廣，他提出好的用戶體驗必須做到用戶不厭煩的前提下滿足用戶的需求。用戶體驗是在產品使用的過程中，產品對用戶建立起的主觀感受，該定義描述了用戶體驗產生于用戶與產品的交互過程，產品給用戶帶來的感官和心理[2]。

用戶體驗是以用戶為主要研究對象和研究中心，從指定的用戶角度為出發點，考慮整個操作過程概念。設計的對象逐漸轉變為整個用戶使用的體驗過程，承接整個產品或服務的使用周期，讓使用者與產品之間產生直接或間接的聯系。

（二）用戶體驗的層次要素

關于用戶體驗的要素必須要在整個設計的流程中體現，包含了五個重要的要素層面，其特點是從概念到具體，抽象到具象的過程[3]。用戶體驗要素層包括戰略層，范圍層，結構層，框架層，表現層，用戶體驗設計的要素層次圖如下圖圖1所示。

戰略層：產品設計和項目成立的最初階段，需要設計者確定后續的設計研究方向，以規劃產品的開發流程作為后續工作的基準。

范圍層：產品的功能邏輯和概念定義，可以通過用戶研究和數據分析找到范圍層中需要的產品功能的預期和定義。

結構層：在產品的結構層的設計中，設計者需要了解產品的使用方式或邏輯，梳理出整體使用流程，定義產品的流程框架結構。

框架層：在產品的框架和系統布局中，產品的功能結構和產品表現都應基于用戶需求，需要將重要的信息提示放在用戶能夠很快看到的地方，方便用戶快速掌握產品使用。

表現層：最為直觀體現在產品的外觀設計，通過產品的外觀造型和表層材質CMF來給用戶帶來不一樣的使用體驗感受。

（三）滅火器設計與用戶體驗關系框架

唐納德·諾曼認為研究用戶體驗的要素和目的就是讓用戶在本能層、行為層和反思層的層面都獲得相應的滿足感[4]。用戶對事物的認識有著由淺到深的發展過程，用戶在使用產品的過程中，對產品的認知會不斷深入，用戶體驗的層次在這個過程中也會不斷加深，產品設計研究流程圖如圖2所示。

基于用戶體驗以本能層、行為層和反思層三個層次為出發點，滅火器的用戶體驗要素包含有造型、CMF、安全性、可靠性、操作性、易用性、情感性等，構建用戶與產品的相互關系，從而確定不同體驗層次對應的設計內容，根據設計內容的不同歸納出產品的設計點，用戶體驗層次分析圖如下圖圖3所示。

1.本能層是給人體感官帶來刺激的層次，表現為人對事物認知的最基本的層次，在開始深入一個產品之前，對產品的外形、美感、感官體驗的需求會本能產生的生理刺激，不需要經過大腦，也不需經過學習地作出認知反應，基于本能層的滅火器產品設計主要體現在最為直觀的外觀造型與CMF應用當中。

2.行為層是在本能層與反思層之間的層次，同時受限及影響于低層次的本能反應和高層次的反思反應，對產品功能、性能、操作的體驗需求，基于本能層同時也對本能層產生影響，受到反思層的情感影響的同時，也會對反思層作出反饋，滅火器的設計需要基于用戶使用過程中的行為動作展開，產品的設計主要體現在產品的安全性和操作性上，通過優化操作體驗，進而滿足用戶的體驗需求。

3.反思層是產品體驗的最高層次，是產品使用后形成的反思層次，是自主的思考和產品使用過程的反思，會對下層的行為層產生影響，進而影響用戶的行為動作。滅火器的設計在反思層主要體現在用戶對于產品使用過程的回想與反思，對使用過程中存在的問題進行歸納，得到用戶與產品之間的反饋。

（四）用戶體驗設計流程

用戶研究的設計流程基于用戶體驗展開。現階段滅火器在使用過程中可能存在的問題以及根據用戶體驗展開設計改進的可能，在研究過程中得到用戶體驗反饋，歸納出目標的設計點，采用的研究方法包括資料收集法、文獻研究法、問卷調查法、觀察法、用戶訪談法、需求分析法、心智模型建立、實驗法，最后展開設計實踐進行研究[5]。

1.文獻研究法 文獻研究法貫穿了整個設計研究過程，通過查閱大量的書籍和論文，在對相關資料進行整理，研究過程中通過查閱獲得相關的數據和理論依據作為支撐，了解到用戶研究的環境系統，用戶研究環境系統分析圖如圖4所示。

2.問卷調查法 研究者通過問卷投放的形式收集數據，了解使用者對于滅火器的使用上的感受以及找尋產品的痛點及優缺點等，歸納采集的數據反饋，展開分析得到用戶的需求。問卷對用戶的基本信息展開了解，通過問卷調查的結果，可以得到：

A.了解到被訪者中有半數以上面多火災發生的情況都缺乏相關的應對能力，且有過半的被訪者表示沒有使用過滅火器，缺乏使用經驗，問卷特征問題圖如下圖圖5所示；

B.問卷中關于滅火器的使用感受的問題的研究，大多數被訪者認為現有的滅火器的體量較大，且在拿起滅火器移動過程中會感到沉重，問卷特征問題分析圖如下圖圖6所示；

C.通過交叉分析可以了解到用戶對現有滅火器不滿意的因素包括有：產品外觀與環境沖突，操作不便、容易誤操作、重量重、占據室內空間等。

3.行為觀察法 具有目的性和計劃性以及系統性等特點，通過對使用者的滅火器操作過程進行觀察并進行分析，記錄拍攝下來使用過程中一些關鍵節點的行為動作，從而獲得實驗數據，展開分析目標人群相應行為節點，得到用戶感受。

4.用戶訪談法 通過對目標用戶的篩選，找到合適的具有代表性的目標用戶，通過面對面展開交流，有針對性技巧性和計劃性地展開問題的訪談研究，深入挖掘用戶群體潛在的需求痛點，收集受訪者心理和行為的數據，整理出影響用戶體驗的因素，用戶不滿意因素分析表如下表表1所示。

5.需求分析法 以現有滅火器產品為測試對象，根據問卷調研和用戶訪談可得到一系列用戶不滿意因素，從中選擇12個用戶體驗要素并依次排序，編號為 a1—a12，用戶體驗要素表如下表表2所示。

通過對用戶發放用戶體驗滿意度問卷，以滿意、一般、不滿意三個等級態度作為影響滅火器使用因素的評價標準，并賦值為3分、2分、1分，讓用戶對12個對用戶使用過程中影響較大的用戶體驗要素進行打分，之后回收用戶滿意度問卷，并對數據進行分析。

根據分析結果可知，用戶對現有滅火器的安全性、可靠性、操作性和誤操作這4項要素的關注度最高，表現出來的權重值最高，但從用戶體驗滿意度來看著4個因素的滿意度并不高，說明在這些因素上存在有提升和優化的空間，因此針對滅火器的這4個方面進行優化設計，權重值分析結果如圖圖7所示

（五）用戶體驗設計評價

對用戶需求的進行歸納，找出設計點展開優化以及尋求問題解決方案，通過3D打印技術制作出滅火器產品的原型，并通過用戶體驗設計評價對產品原型進行修改，最終通過設計實踐得到解決產品問題的優化方案[6]。產品用戶體驗測評方式可分為以下幾種：

1.以用戶體驗測評問卷量表的形式，對用戶的體驗感受進行評價，得到在各個指標上的評價，對產品的優化有著參考和指導作用，進一步提高產品的使用體驗。

2.制作產品模型，通過3D打印技術制作出滅火器產品的原型，將產品設計具體化，并對產品的原型進行可用性測試的驗證，通過用戶的反饋對產品原型進行優化，確定了滅火器的產品定位、功能定位和 CMF 定位等，用戶能夠通過真實的材料對產品的使用和操作對進行評估。

3.基于用戶體驗基礎，根據人機工程學展開手持部件的尺寸設計，測試者對原型產品的體驗測試得到相應的測評，模擬產品使用的操作過程，滅火器的使用流程進一步得到優化，用戶的使用效率得到提高，進而改善提高用戶的使用體驗。

三、產品改良設計

通過用戶研究和需求分析，得到了用戶對于滅火器的使用費力，握持不便，容易誤操作三個方面的問題，通過對問題進行分析，并提出相應的解決方案。

（一）握持不便問題：

1.握持不便問題主要是按把與握把之間的距離較大，在提拿的過程中，手掌呈現張開的姿態，手指發力抓握，靜態發力，不利于長時間抓握；而通過抓握壓把完成提拿，則手掌與抓握處的接觸面較小，會對掌心產生較大的壓強，使得握持狀況下，會消耗更多的體力。

2.按壓握把的移動所形成按壓握把與水平線產生的夾角，夾角越大，對于用戶的握持可能會產生不便，需要花費更大的力氣，才能將滅火器提起。

（二）使用費力問題：

1.通過杠桿原理，利用機械結構，在握持端里側增加伸縮的結構，增加握持端的長度，進而轉為增加力臂長度，在按壓壓把的動作完成的時候使用更少的力量，實現按壓壓把的過程更加省力，改善了滅火器使用費力的問題。

2.此外，按壓握把的移動所形成按壓握把與水平線產生的夾角，角度越大，對于使用者手部的負擔越大，消耗更高，調整夾角角度從而實現優化。

（三）容易誤觸誤操作的問題：

查閱資料了解到相關的安全閥結構，通過改變安全閥的鎖合方式，實現安全閥的反復使用，通過簡單的動作快速地完成安全閥開關，操作簡單，確保結構安全可靠具有可行性，通過新的鎖合結構可以有效地防止滅火器誤操作的發生。

四、功能與結構

（一）功能

滅火器的功能設計點體現于優化了滅火器的使用體驗，現有的滅火器存在使用費力、抓握不便、容易誤操作的問題，因此為解決或改善上述問題，考慮通過造型與結構上的調整改變對滅火器的使用進行優化。

1.手持部分的造型調整：在提拿的過程中，由于手掌與抓握處的接觸面較小，且具有較大硬度和強度，會對手掌產生較大的壓強，手指發力抓握，在這樣握持狀況下會消耗更多的體力，手腕等位置會產生酸脹疲憊感，提把和壓把應考慮人機工程學的手握式工具尺寸，進行適合的弧度和尺寸上的調整，壓把握把之間的夾角控制在20-25°左右最為合適。

2.省力杠杠的使用優化：通過杠桿原理，對壓把的機械結構進行優化，在按壓壓把的動作完成的時候使用更少的力量，實現按壓壓把的過程更加省力。

按壓壓把對壓把施加作用力，同時產生反向力矩阻礙壓把以轉軸為軸心旋轉，這便是簡單的相互作用力原理，同時在設計上為了省力，對壓把的力臂進行了省力杠杠的裝置設計，產生一個省力杠杠力矩。當壓把端的力臂大于阻力端的力臂的時候，則需要克服阻力做功所需要的力會相對的減少，優化省力力臂的杠杠裝置，杠桿原理分析圖和受力簡化圖如下圖8和圖9所示。

3.安全閥結構的優化：現有的安全閥是為了阻止在火災未發生的情況隨意使用滅火器而設置的，將保險銷取下來后，才可以按壓壓把使用滅火器，取出保險銷，安全閥失去作用作用，導致使用的時候容易不小心按壓誤觸的事情發生。改變安全閥的鎖合方式，保險銷變成安全卡扣的形式，通過具有足夠的結構強度的卡扣結構，實現安全閥的反復使用，通過簡單的動作快速的完成安全閥開關，新的鎖合結構可以有效地防止滅火器誤操作的發生。

（二）結構

1.伸縮結構：通過杠桿原理，對壓把的機械結構進行優化，結構采用幾何折疊的方式，利用壓把內側的的空間，兩個幾何體通過軸承連接沿著滑槽進行移動，提高機械結構空間的利用率，實現最小化伸縮結構收納，結構通過限位卡扣進行調節合固定，滅火器的部件展示圖和內側伸縮結構如下圖圖11和圖12所示。

壓把伸縮的結構參考了自行車座椅的調整伸縮結構，在滑槽外側設置限位卡扣用于控制內側部分位置的伸縮調節，通過伸縮能改變壓把的長度，增加力臂的長度，從而減少力的消耗，實現按壓壓把的過程更加省力，優化按壓壓把過程中的使用體驗。

2.安全閥的鎖合結構：通過機械結構完成安全閥的反復使用，聯動的傳動軸連接兩個環形軸承旋轉帶動安全閥轉動，確保轉到安全閥的時候不容易反方向轉動，而需要反方向解除鎖合的時候，則會省力一些，更快捷的完成安全閥的鎖合，鎖合之后即使在移動滅火器的過程中也不會發生滅火器誤操作的問題，安全閥的鎖合結構如圖14所示。

五、造型與CMF設計

（一）造型

滅火器的造型、色彩和材質呈現的視覺效果，要充分考慮用戶慣性意識，符合他們對于滅火器的認知，具有清晰明顯的視覺特征。滅火器的造型與顏色和現代家庭環境的現代感有強烈的視覺沖突，為使滅火器能夠符合家庭裝飾環境，造型上趨向于柔和線性的造型，滅火器能夠更加符合當代人的審美需求，更好地融入到現代家庭環境之中，造型上的柔和及色彩上的變化也符合用戶的視覺體驗。滅火器選用顏色應選擇對人起到視覺引導作用的色彩，在火災環境中吸引使用者的注意，幫助使用者迅速的找到滅火器[7]，產品的整體效果圖如圖13所示。

（二）CMF

產品的CMF是指產品的顏色、材料和工藝，這款滅火器產品選用了紅色與白色的搭配，瓶身采用了鋁合金的材料，表面采用了拉絲的加工處理，更加具有現代感和簡約感，滅火器產品更加符合居家環境的氛圍，更加具有親和力。

1.色彩 色彩對于人的心理、視覺和生理都會影響作用。紅色是最能夠喚起使用者的防火意識、加強安全防備和預防事故發生的警示色。通過用戶反饋對色彩有針對性地進行色彩搭配，研究色彩對用戶生理和心理方面的影響[8]。

2.材質 滅火器瓶內壓力壓強較大，選用的材質需要有足夠的強度，有著固定的國家安全審核標準和指定的使用材質的強度安全要求，需要符合國家相關安全標準規定，瓶體的材質選用鋁合金，握持的位置選擇鋁合金并噴涂防滑層，確保按壓提拿的時候有著足夠的硬度和強度作為支撐，增大接觸的摩擦。

3.工藝 手柄處主要選擇磨砂噴涂，提手的位置有凹陷觸感的紋路，讓用戶感受到產品的可控性，同時增加把手與手掌的摩擦，起到防滑和隔熱的作用。

結論

基于用戶體驗的研究設計流程，優化現有產品，完成滅火器的創新設計。通過滅火器的用戶研究，對滅火器的使用流程進行了分析和總結；結合用戶使用的研究分析，完成基于用戶體驗的滅火器設計實踐，提出了滅火器的安全閥鎖合結構的創新，實現了滅火器的安全閥的反復使用，解決了滅火器誤觸或是誤操作導致問題，通過壓把伸縮的結構優化了滅火器使用費力的問題，針對內部結構原理進行可行性測試最終通過可用性測試，驗證設計的可行性。

參考文獻

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