人机功效原理在日用陶瓷产品把手设计中的应用研究

文雪

摘要：通过探讨人机工效原理对日用陶瓷产品重要的部件——把手的设计方法与原则，提升日用陶瓷产品的适用性。运用案例分析法和对比法对各种结合或体现人机功效原理的优秀陶瓷产品案列进行分析，发现其设计规律或原理并进行归纳总结。在人机工效原理的科学指导下凸显了产品的功能在产品设计中的重要性，同时也体现了造型美感和用户心理体验。

关键词：人机工程学;日用陶瓷设计;把手;功能;设计原则

中国分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）02-0157-02

著名的芝加哥学派建筑大师路易斯沙利文曾说：“Form followthe function，this is a law”，以“形式追随功能”为核心理念的功能主义的提出对设计发展具有重要的影响。但在当今以享受型消费模式为主导的时代背景下，日用陶瓷产品的形式感和美观程度已在评价一件产品的过程中日渐占具主导地位。站在设计的角度而言，脱离功能性和适用性讨论形式感是片面的。把手的功能性作为日用陶瓷这类产品的基本使用性，是设计师开展一切设计工作之初的重要关注点，通过分析人机工程学的相关应用原则可对日用陶瓷产品设计提出建设性意见，加深设计师在设计过程中对日用陶瓷产品的适用性的思考。

1 人机工程学与当代日用陶瓷产品设计的关系

人机工程学（Man-Machine engineering），又称为人类工效学（Ergonomics）、人类工程学（Human Engineering）等，“是一门研究人类和系统内的ITA因素相互关系的学科，旨在将研究所得的理论、原则、数据额和方法应用到设计中区，以期优化人类行为以及提高系统的总体表现”[1]。这一学科由于着重研究人体尺度、人的能力限度、人机功能的合理分配等问题，为当代设计提供了较多的科学依据，逐渐在产品设计活动中占据重要的技术性指导地位。

当代日用陶瓷产品是以陶瓷为基础材料进行设计，通过现代化生产并最终投入市场的工业制成品。针对这类产品进行的以工业化大生产为基础、以功能性为主旨的设计活动便是日用陶瓷设计。其领域包括茶具以及咖啡具等等在人们日常生活中渗透度极高的日用陶瓷产品。人机工程学作为一门核心理念是以人为本的新兴学科，在针对把手的设计活动中极具科学指导价值。清华大学美术学院教授李正安曾在《陶瓷设计》中指出：“陶瓷产品的使用功能，是基于人的生理需要，随人的视觉、触觉和应用而产生的功效。与何种生理和心理功效相辅相成、与现代设计考虑密不可分的，是20世纪中期适时出现的‘人体工程学”。日用陶瓷产品与人们接触紧密，设计师只有在把握人机工程学的前提下进行吻合人体结构和使用需求的设计工作，才能更有效地推动日用陶瓷产品的发展甚至进化。

2 日用陶瓷产品的把手介绍

把手是器具与人体接触最为紧密的一个配件，功能性和使用性是其存在的主要意义。器物的适用程度与把手的设计有直接的关联，因此陶瓷产品设计师需重视对把手的了解。

1）材料。制作把手的原材料可分为陶器、瓷器以及紫砂三种：陶器表面粗糙，细孔较大，易吸水，多做炊具;瓷器表面光滑，细孔较小，不易吸水，多做水具;紫砂则介于陶器与瓷器之间，结构紧密且接近瓷化，器表光滑但表现出颗粒质感。把手的原材料可跟随器物主体，也可采用其他隔热效果和摩擦力较好的材料。

2）功能。作为一个饮用器具的配件，功能性是其存在的主要意义，“把手和提梁则是为了移动和实用时端与提的方便，这是把握器具的主要部分”[3]。除此之外它还起到隔热、美观的作用。

3）分类。按照把握方式可分为三大类：端握把、横握把以及提梁把。（1）端握把。即最普遍的圈式把手，是基础的主流把手造型，位于壶肩处与壶嘴位置在一条直线和水平线上。造型多样，变化丰富，有英式茶杯中普遍的类似耳朵造型的把手、中式紫砂茶壶上带圈环的把手等等;（2）横握把。即直柄把手，在砂锅上较常见，与壶嘴成折线置于壶肩或壶腹位置。它与端握把的共同点是都在端起时施力，但在做倾斜运动时省力。其造型不如端把多变，以圆柱为主，但现在也发展出飘逸的、非直筒的诸多造型;（3）提梁把。即把手跨越了壶口，在壶肩的两端各有一衔接点，拎提的部分与中心在一条垂直线上。陶瓷器具上的非陶瓷材料提梁比较常见。它与前两者不同的是提起来比较省力，但在做倾斜运动向外倒水则稍显费力。一般大而重的壶使用端把或横握把都不便于使用者施力，提梁把变为最好的设计选择。

这三大典型的把手类别经过时间和历史的淘洗，在陶瓷设计的发展中最终形成了把手的基础造型，但当代的设计还发展出不同的把手位置，有的与杯口相接，有的弯曲把手只与器物本体有一个粘接点，另一头保持悬空状态;造型上也发展出三角形、方形等纯几何形态、动植物等具象形态、以曲线韵律为主的抽象形态等等多样的造型。这些新式的把手造型有的尚还沿袭典型的持握方式，有的甚至已经颠覆原有的形式，发展出新的持握角度，但把手并不是一个单独存在的个体，而是壶和杯体在空间上的有机延伸，为人使用器具起到及其重要的辅助作用，不合理的把手设计會影响到器物的使用令人产生强烈的不适感。所以对这一部件进行更优化的设计探讨有助于提升人对日用陶瓷产品的整体使用感受。

3 人机工效原理在把手设计中的运用

在把手设计过程中，人体工程学的科学数据及功效原理对其尺寸与空间、造型与位置以及隔热与摩擦等问题都具有可靠的指导作用。现就这三个问题进行分析。

1）尺寸与空间。“把手内的限定空间，上下之间的距离大小，是决定能够容进几个手指的关键”[3]。所以它的尺寸大小、与器物的空间距离范围应参照人机工程学中人体手掌尺寸表格进行设计。我国重要的人机工程技术标准GB/10000-1988《中国成年人人体尺寸》为工业设计提供了我国成年人（男18-60岁，女18-55岁）人体手掌尺寸的基础数据，如把手应符合成人食指近位指关节宽15mm-21mm及远位指关节宽13mm-19mm。不符合人体尺寸的产品其使用性会大大减小。中的水杯把手就属于尺寸过小，盛上热水以后增加了水杯的重量，过小的把手使得手指需要用力捏住，并且把手空间与杯体距离过近，手指容易与杯体接触，无法起到隔热作用。

2）造型与位置。把手的何种造型与位置设计关系到到使用者的持握方式和角度。从人机工程学的角度来看人手的施力，根据力的作用线不同可分为力与小臂平行和与小臂成夹角等动作。在设计中需避免产生小臂成夹角的把手，如果手掌发生的尺偏或手腕外转动作，人的施力点则会主要放在腕关节，亦引起不适。因此把手设计需避免非顺直的手腕状态。错误的把手位置和造型将直接影响器物的使用功能。如图6中把手与壶体构成了一个夹角，使用者持握时腕关节是处于弯曲状态，使用者在拿起器物倾倒时难以掌握壶体的重心，使倒水过程不够平滑顺畅，这是错误的把手造型设计。另外也有壶使用时壶盖极易滑落，看似是壶口与壶盖的问题，但实则也有将把手的位置配备在过高位置的因素，这是错误的把手位置设计。

3）隔热与摩擦。把手的隔热与摩擦是与人机工程学中人的触感分不开的。如经过3S，触压觉就可以下降到元水平的四分之一。适应时间与刺激强度成正比，与刺激作用的面积成反比。触觉的敏感性可以用皮肤能感受到两刺激点的最小距离值准确的测定出来，例如舌尖约为1.1mm，指尖约为2mm，唇约为4mm，手掌约为9mm。把手的隔热与摩擦都关系到陶瓷材料的使用。当代的把手设计在原材料的使用上也发展出多样性和多元化，但应避免使用导热系数较大的材料。比如瓷器（25摄氏度）的导热系数约为1.5 VV/（m·K），大多数木材导热系数在0.1～0.2 W/（m·K）之间，而塑料的导热系数在2.58～2.79 W/（m·K）之间。

4 人机工效原理对把手设计的优化原则

除了运用人体的基础数据进行设计保障基本使用功能以外，还需针对把手在日常使用中的细节问题提出更优化的设计理论原则。这牵扯到人在使用日用陶瓷产品时的肌肉施力问题、设计引导问题、触觉感受问题。

1）动态肌肉施力原则。“肌肉施力有两种方式：一种是动态肌肉施力，另一种是静态肌肉施力。动态肌肉施力是肌肉运动时收缩和舒张交替改变的肌肉运动形式。静态肌肉施力则是持续保持收缩状态的肌肉运动形式”[2]。由于静态施力在人体活动中相对动态肌肉造成的耗能更大，因此在考虑把手所处器物的何处位置以及弯曲角度等设计问题上，应选择最适宜人手臂弯曲和施力的角度。当人手与把手从指间、指节到整个手掌的接触面的不断增大，人在施力过程中也会随之增加小臂到大臂的持力，壶体的容积在可适应范围内也可以进行增加。“由此看来，壶体容量大小与把手空间相关;而把手空间安排却要视手指的承受能力和活动方式而定”[4]。

2）排除合并原则。王爱红教授曾指出：“排出合并原则即设计较少的使用步骤获取最大的实际效用”。不必要的动作会浪费操作的时间。把手作为仅仅具有持握功能的产品部件，对整体器物的使用效果也具有“牵一发而动全身”的影响作用，即使是把手也可以通过排除合并原则优化产品使用体验。著名的包豪斯创始人、格罗皮乌斯设计的作品“格罗斯1号”日用陶瓷茶具便是以冲破传统造型习惯、优化产品功能性的壶把与壶钮之间协调搭配闻名，盖钮偏离壶体的同心圆中心，向把手上端靠拢并与之重合，使用户无意识地将大拇指压住盖钮，达到单手操作便可控制壶盖在倾倒时不会落下的效果，

3）优化触觉原则。温度觉是冷觉和热觉的统称，温度刺激强度是指与生理零度存在温差（t=36.5）的大小，身体各部位温度不同，所接收到的温差信息自然也有所差异。在日用陶瓷产品设计活动中，把手部件通常跟随主体物的生产材料，具有触觉上的统一性，但随着市场需求的多元化和设计材料与手段的普及化，综合材料的日用陶瓷产品近年来日益丰富，玻璃、皮革、不锈钢等材质的把手与陶瓷茶咖具的结合也为大众所接受。日本陶瓷设计师森正洋便偏爱使用木头作为陶瓷茶具的把手材料进行设计使用木头材料制作把手不仅减少了把手的导热性能，降低了人手的温度觉体验，陶瓷与木头材质的结合也带给使用者一种触觉及视觉上的质朴感。

5 结语

通过讨论人机功效原理在日用陶瓷产品中把手部件的设计原则，加深日用陶瓷设计师在设计活动中对功能的理解和思考，为日用陶瓷的细节设计提供不同视角。本文仅仅利用人机工程学中的部分原理对日用陶瓷设计的把手进行设计角度上的具体讨论，尚有知识资料不全面之处，应当在之后的研究中不断学习补全。

参考文献

[1]王受之，世界现代设计史[M].2002.

[2]王爱红，人机工程学[M].兵器工业出版社，2012.

[3]杨永善，陶瓷造型艺术[M].高等教育出版社，2004.

[4]李正安.陶瓷設计[M].中国美术学院出版社，2003.