基于人机学的台式饮水机相关尺寸分析

马广韬 赵子月

（沈阳建筑大学设计艺术学院，辽宁 沈阳 110168）

摘要：为了给饮水机提供合理的尺寸大小，实现高效舒适快捷的饮水方式，研究台式饮水机设计的人机学因素，使其更加便于操纵，符合使用习惯，设计更人性化，以人的心理需求因素为主线，运用人机工程学、人体测量学知识，对传统台式饮水机的设计进行了数据分析与评价，得到了理想的饮水机设计尺寸，通过分析传统台式饮水机设计存在的不便，得出了能够符合人性化设计要求的因素，为饮水机的设计与制造提供了具体依据。

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关键词 ：台式饮水机；人机学；尺寸；人性化设计

1概述

1.1研究背景

兴起于20世纪90年代的饮水机，在小家电领域的热度随着国人生活水平的质量提高而逐年攀升。从整体市场走势来看，台式饮水机市场销量呈逐年递增趋势，其时尚产品外型、最新技术吸引了消费者的眼球，逐渐成为小家电市场的主流产品。纵观整个饮水机市场，各个品牌都拥有自己独特的品牌运作模式和产品宣传重点，这也在一定程度上造成了市场衡量饮水机产品技术含量、质量优劣的标准不一致［1］，其中产品尺寸设计上的问题尤为突出。

1.2研究对象

饮水机分为立式和台式两种类型，在办公和生活中最常见的是图1所示的台式饮水机。

本文仅以台式饮水机为例进行分析。台式饮水机是将桶装纯净水（或矿泉水）升温或降温并方便人们饮用的装置，通常只有简单的开关指示和水龙头，桶装机器上方放桶装水，与桶装水配套使用。

一般这种台式饮水机造型尺寸为318 mm×318 mm×380 mm，可24 h满足用户泡茶、冲咖啡等调制饮品的需要，要把桶装纯净水抬起来倒置于机身顶部，适合家庭及各种公共场所使用。

1.3现行桶装饮水机问题

虽然饮水机基本能满足人们的饮水需求，可在实际操作过程中使用者会感受到很多不便的地方。为准确了解市场上台式饮水机的不足，了解消费者的真正需求，首先采用问卷调查的方式，通过网络平台对学校和家庭台式饮水机使用情况进行了调查。此次发出调查问卷80份，其中涵盖了用户最看重的饮水机功能、饮水机设计不合理的地方以及对饮水机设计的建议等内容。调查结果显示，80%的用户最看重饮水机的高效快捷节能功能，70%的用户认为饮水机体积太大不方便安置，20%的用户认为接水位置不方便，68%的用户认为托盘尺寸太小，40%的用户认为按压开关设计不合理。

经过对调查结果的分析，笔者总结出了存在于台式饮水机尺寸设计中的一些不合理之处，主要问题有以下几点：

第一，饮水机机身的整体高度不合理。饮水机太低或太高都会造成用户使用不便。过低会使用户无法站着接水，过高会破坏饮水机与家具之间的和谐美观，影响环境布局，浪费空间。

第二，饮水机冷热开关设计不合理。（1） 冷热开关距离地面位置太低。由于台式饮水机操作开关位于下方，使用者都要弯着腰去按开关按钮，根据出水速度，在接完一整瓶水的过程中，持续的弯腰动作会造成腰部脊椎的伤害。（2） 冷热开关尺寸过小。现行的桶装饮水机开关主要就是按压式，其最大宽度为2 cm，与拇指的受力面太小，人们在使用饮水机的过程中常要连续去按动开关，接水时间长了会造成疲劳，不符合人机工程学原则。

第三，饮水机托盘尺寸不合理。托盘内部空间过小，与水龙头间距太小，无法满足放置杯子的需要。面对常见的宽口马克杯和偏长的保温杯，托盘空间几乎没法完全放得下。其中马克杯的长宽皆为10.5 cm，保温杯高为20 cm，而托盘到水龙头的高度距离太近，仅为11.5 cm；且托盘向内延伸的宽度不够，仅为6 cm左右，这样的尺寸根本无法与现实使用的杯子相匹配，人们只能手拿着杯子接水，这样不仅会造成使用者疲劳，也会耽误工作效率（图2）。

1.4研究目的及意义

由于消费者对饮水环境要求的不断提高，市场上台式饮水机在设计和尺寸上的不足越来越明显，利用人体测量学的知识，对饮水机的尺寸做合理设计，这对实现高效、舒适、快捷的饮水方式起着至关重要的作用。可以看出，台式饮水机虽然很大程度上满足了人们对于快捷方便的需求，却忽视了一些人性化的设计。本文将以人机工程学为基础，从尺寸测量角度来分析台式饮水机的不足，使台式饮水机在市场上更加具有购买吸引力，能最大程度满足消费者的使用需求。

2饮水机的尺寸分析

2.1饮水机机身尺寸分析

饮水机的尺寸选择必须以人体测量学数据为依据，才能更好地进行人性化设计。通过观察发现，在使用饮水机时人体和机身关系基本是固定不动的，也就是说饮水机机身设计研究属于相对静止的研究，可将形态测量作为主要测试项目，根据设计所需人体尺寸作为测点和测量项目。

GB/T10000—1988《中国成年人人体尺寸》是我国重要的人机工程技术标准，这里参考其男女立姿人体尺寸数据。我们发现使用饮水机时下半身和肩部是相对静止的，由上臂、前臂运动进行操作，所以确定了主要测量尺寸为：1—身高、2—上臂长、3—前臂长、4—站姿肘高（图3）。

为了清楚描述人体尺寸分布状况，即对于每一项人体尺寸有多大数值的人所占的比例，这里采用百分位数来表示每一项人体尺寸，称为人体百分位数，如1百分位数、5百分位数、50百分位数、95百分位数常用符号P1、P5、P50、P95来表示［2］。由于消费者的高矮胖瘦各不相同，需根据功能特性分类选择合适的人体尺寸百分位数作为产品设计依据。饮水机尺寸与使用者的身材关系并不大，则用50百分位数的人体尺寸P50作为产品设计依据，如表1所示。

由表1可知，人体站姿肘高P50在1 024～960 mm的范围内，饮水机作为办公场所和生活环境的一部分，不宜设计得过大或过小。而市场上台式饮水机最高也只是400 mm，大多数用户会把饮水机放置在桌柜上以方便使用，根据我国一般床头柜的高度600 mm，饮水机与柜子高度的总高度应低于站姿肩高并高于站姿肘高。

男性P50上臂长+P50肘高=313+1 024=1 337 mm，女性P50上臂长+P50肘高=284+960=1 244 mm，因为这里男女的身体尺寸数据是在光脚情况下测量得出的，所以要考虑穿鞋和姿势放松引起的身高变化。加上穿鞋后尺寸修正量为30 mm，姿势修正量为-10 mm，所以饮水机与柜子整体尺寸应在1 264～1 357 mm之间。再减去柜子高度，即饮水机高度在664～757 mm之间。

因为饮水机后方电源开关的可触碰区域应该在上臂长的范围内，饮水机宽可以根据上臂长度来计算得出，所以饮水机宽度应在284～313 mm之间。

2.2饮水机开关尺寸分析

在按压饮水机开关时所使用的力称为操纵力，操纵力与施力的人体部位、施力方向和指向、施力时人的体位姿势、施力的位置等各因素有关［3］。手部的关节活动可分为腕关节活动和指关节活动两种类型。

（1） 腕关节虽然可以向手心、手背方向转动，但在接近70°的状态下工作是十分劳累的，时间长了还容易致伤（图4）。在站姿情况下长时间按压开关，冷热水开关距离手部越远，越容易使腕关节形成向上抬的状态。当手部略低于肘高时，手部由上向下的操纵力更大，腕关节都处在轻松活动的范围之内。

（2） 手指向下按压开关，这时的操纵力已经对手部产生了影响，受力面积越小，所需操纵力越大，越容易感到疲劳；反之，开关表面越宽，操纵就越轻松。

所以，应该避免手指和腕关节疲劳，对冷热水开关按钮进行人性化设计。

人站立时手部的最佳操作工作的高度应该是手高略低于肘高，台式饮水机按压开关高度应该以男女人体站姿肘高的P50作为依据，也就是男性P50为1 024 mm，女性P50为960 mm。这里设穿鞋尺寸修正量为30 mm，放松后姿势修正量为-10 cm，即男性P50=1 024+30-10=1 044 mm，女性P50=960+30-10=980 mm，所以饮水机冷热水开关距离地面也应在980～1 044 mm之间，这里考虑床头柜高度600 mm，则饮水机冷热水开关实际高度为380～444 mm之间，取两数平均值412 mm。

饮水机冷热水开关的宽度应该能容得下大拇指的宽度，即不小于25 mm。

2.3饮水机托盘尺寸分析

作为放置水杯的托盘，在设计时应注重结构稳定、避免倾斜面，这样才能保证接水过程的安全，避免热水洒出烫伤使用者。托盘的尺寸要以生活常用的水杯为设计依据，才能保证托盘有足够的空间放置水杯，节省用手拿杯子接水的时间，从而为使用者提供一个更加方便舒适的饮水环境。

根据测量，普通马克杯的尺寸高度为105 mm，太空杯高度为200 mm，这里取杯子高度的较大尺寸。饮水机托盘距离地面高度应为按压开关高度减去杯子高度，即412-200=212 mm。

饮水机托盘内深应该容得下大部分杯子，根据测量，马克杯杯宽为105 mm，为使其他较窄的杯子都能适应托盘的宽度，托盘内深应为106 mm。

3结论

通过对饮水机设计中存在的问题进行人机学分析，总结出了能做到符合人性化要求的设计因素：（1） 为避免持续弯腰动作，台式饮水机的整体高度应在664～757 mm之间；饮水机宽度应在284～313 mm之间。（2） 饮水机的冷热水开关距离地面高度应在380～444 mm之间；饮水机冷热水开关的宽度应能容得下大拇指的宽度，即不小于25 mm。（3） 为使饮水机便于大部分水杯使用，饮水机托盘距离地面高度应为212 mm，托盘内深应为106 mm。

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参考文献］

［1］王磊.关于饮水机的市场调研报告［Z］，2010.

［2］马广韬.人因工程学与设计应用［M］.北京：化学工业出版社，2013.

［3］阮宝湘.工业设计人机工程［M］.2版.北京：机械工业出版社，2010.

收稿日期：2015-08-10

作者简介：马广韬（1962—），男，辽宁本溪人，工学硕士，教授，硕士生导师，沈阳建筑大学设计艺术学院院长，研究方向：图学理论、工业设计、人机工程。