保温瓶的人机学改良设计.doc

保温瓶的人机学改良设计伍俊峰（湖北荆州 长江大学机械工程学院 434023）摘要：本文以人机工程学知识为理论体系，对普通保温瓶在使用过程中存在的不安全、不舒适、不方便因素进行人机学分析，并提出相应的改进方案，使其更加符合人机要求关键词：保温瓶；人机学Vacuum Flask Improvement Design Based on ErgonomicsWU Jun-feng(College of Mechanical Engineering, Yangtze University; Jingzhou Hubei 434023)Abstract: In this paper, the theoretical system of knowledge of ergonomics, the process of ordinary thermos exist in the use of unsafe, uncomfortable, inconvenient Human factors analysis, and the corresponding improvement program, to make it more consistent with human machine requirements.Keywords: thermos bottle; Ergonomics我国广大人民一直保持着饮用沸水的习惯，每家每户都有一个或者多个为水保温的容器。

虽然现在市场上有琳琅满目的各式各样的保温容器，它们有的造型新颖，有的功能强大，但是传统的保温瓶以其经济实惠、简洁方便等优点一直在市场上占有相当大比重，广泛应用于农村、学校以及部分城市家庭但是，保温瓶在使用的过程中依然存在很多的不安全、不舒适、不方便之处，而这些正是人机学研究的核心问题，从这个意义上来讲，对保温瓶进行人机学分析，设计一款宜人的保温瓶很有意义保温瓶的人机学改良设计流程图如图一所示：现有保温瓶收集、分析操作人机分析 造型人机分析调查问卷分析现状分析确定改良焦点方案构思（含人机尺寸）设计总结最终效果图图一一、现状分析1.现有保温瓶收集、分析对学校附近超市里的保温瓶调查发现，保温瓶样式很多，按往外倒水的形式可分为瓶塞瓶盖型、压力型两大类，参见表一：表一 各种保温瓶的实物图及分析保温瓶 实物图 分析 人机原理瓶塞型①瓶塞型保温瓶在倒水的时候，需要将瓶提起来，舒适性差；②瓶塞有时会自己弹出来舒适性安全性瓶塞瓶盖型瓶盖型①瓶盖型保温瓶倒水的时候，同样需要将瓶提起来，舒适性也差；②瓶盖都是螺纹旋入式，操作起来高效性大打折扣舒适性高效性压力型①倒水不需要将瓶提起来，省力，舒适性很好；②容易将水锈、沉积物吸入杯子里舒适性卫生学保温瓶按照瓶套材料主要分为铁皮型、不锈钢型、塑料型三种。

铁皮保温瓶由于瓶套材料为铁，使用时间长久后，瓶套表面漆或多或少会脱落，铁皮与水接触，易生锈，所以铁皮型保温瓶在市场上越来越少见不锈钢保温瓶凭借其材料的优越性，一直占领保温瓶的中高档市场塑料保温瓶由于塑料价格低廉，成型工艺简单，价格普遍便宜，成为保温瓶市场的主流，使用人群有农村居民、学校学生等等本次课程设计，就是针对市场占有率最高、绝大部分大学生使用的瓶塞式塑料保温瓶进行人机学改良2.调查问卷分析为了更好地发现问题，确定人机改良设计的大体方向，进行了问卷调查本次问卷调查对象都是经常使用保温瓶的大学生，一共发放问卷 20 份，收回 20 份，现对调查结果统计，参见表二：表二 调查结果数据汇总问题 选项是否有过握偏提手，造成保温瓶摔落的现象或产生惊慌有 65% 没有 35%提手绕其旋转轴心转动，你觉得好吗挺好的 15% 一般 10% 不好，担心会摔落 75%你在通过提手提瓶的时候，手感觉如何比较疼痛 5%有一点疼痛 30% 还比较舒适 65%你碰到过瓶塞被热气弹出的现象吗有过 60% 没有 30% 没留意 10%空瓶拔瓶塞，感觉容易拔出来吗 容易 15% 一般 30% 不容易 55%在你提起把手倒水的时候，感觉如何有点重，有点吃力 75%手感觉有点痛 15%还好 10%你觉得保温瓶装水，需要了解温度吗需要 65% 不需要 25% 无所谓 10%完成倒水之后，瓶底常有水渍，你觉得有改进的必要吗有 95% 没有 5% 无所谓 0你觉得保温瓶是否稳定 相当稳定 5%还算稳定 40% 不太稳定，容易被绊倒 55%另外，部分问卷调查对象补充了在使用保温瓶过程中存在的问题，主要有以下几点：①常常感觉底部会脱落，对心理产生阴影；②瓶胆容易爆炸；③无法获知里面还剩多少水；④当一手提两瓶开水的时候，感觉很不放心；⑤容量太小了；⑥加水时，水容易溢出诸如握偏提手，造成保温瓶摔落；提手绕其旋转轴心转动；瓶塞被热气弹出等现象，属于安全方面的问题，在这次改良设计中应尽量将它们解决。

倒完水之后，瓶底常有水渍，这也是人们不愿看到的，这个问题也成为这次改良设计的焦点65%的人认为不能直接、客观、准确地了解瓶内水的温度，方便性不足，增加一个温度计，可以很好地获悉水温，为泡好茶、冲出营养最佳奶粉铺垫像瓶胆容易爆炸，一般属于质量问题，或者瓶胆在过于冷的情况下，突然被灌入大量开水，所以这种问题就不属于人机学改良的范畴至于少数人感觉瓶底部会脱落，不安全，这个问题在笔者调查的时候，发现已经被解决了，而且解决方法很简洁3.操作人机分析人们在使用保温瓶的过程中，常常会遇到一些问题现对保温瓶的瓶塞、提手、把手，即操作过程中主要接触的三个部位，进行操作方面的人机分析，参见表三：表三 操作人机分析部位 实物图 操作过程中遇到的问题 分析① 保温瓶被晃动，瓶塞有时会自己弹出来 存在人有可能被烫伤的危险，或产生心理惊吓，安全性差，为避免这种情况的发生，保温瓶塞应与瓶体暂时性相对固定瓶塞②保温瓶处于未装水的情况下，瓶塞不易被拔出，拔出来比较吃力瓶内气压低于外界，因而不易拔出，在这一操作过程中，高效性和舒适性都比较差①一不注意，手握偏提手将保温瓶提起来保温瓶可能因不平衡而摔落，或者使人产生保温瓶要落地摔破的惊吓，安全性低提手②提起保温瓶提手走动的时候，瓶体绕提手旋转轴摆动人会产生保温瓶要摔落着地的惊吓，安全性低把手提起装有大量水的保温瓶的把手倒水，比较吃力重心在不断改变，所以会感觉有些吃力，舒适性低4.造型人机分析前面的操作人机分析，是针对操作过程出现的问题。

保温瓶自身的造型，也决定了保温瓶的人机问题，现在对保温瓶的瓶塞、提手、把手三个部位，进行造型方面的人机分析，参见表四：表四 造型人机分析部位 实物图 造型描述 分析瓶塞瓶塞顶部直径小于瓶胆口外径灰尘会着落到瓶口，不卫生提手提手宽度、弧度、粗糙度不适宜造成手疼痛，舒适性差；另外，提手粗糙度低，会出现打滑现象，安全性低把手把手转折比较大，棱角明显手感觉疼痛，舒适性差二、确定改良重点通过现有保温瓶收集与分析、调查问卷分析、操作人机分析、以及造型人机分析，发掘了保温瓶在人机方面存在的诸多问题，根据其重要性，现对以下几处进行人机学改良，参见表五：表五 人机改良重点改良重点 人机改良目标瓶塞 防止瓶塞弹出现象的发生（安全目标）提手 从提手着手，尽量减小瓶体摆动的幅度；使手能够快速准确地握到提手中间，防止提偏，导致保温瓶摔落等现象的发生（安全目标）把手 把手的尺寸、弧度等要符合人机尺寸（舒适目标）温度 增设一个温度装置，及时了解水温（方便目标）水渍 解决完成倒水动作后，瓶底有水渍的问题（卫生目标）三、方案构思结合前面的分析，参考人机学相关知识，对要解决的焦点问题提出人机改良方案，具体方案参见表六：表六 各种问题人机改良方案项目 解决方法瓶塞有时会弹出 瓶塞与一个塑料盖固定，塑料盖内侧靠近边沿处有螺纹，如图 ，旋入螺纹，通过塑料盖将瓶塞塞好瓶口，螺纹衔接可以阻止瓶塞弹出通过提手提起保温瓶走动，瓶体摆动幅度大在提手与瓶体接触表面，两边各增加一个皮垫，增大摩擦，从而减小摆动幅度握偏提手 方法一：在提手中间处材料粗糙度加大，增强触压觉 方法二：将提手中间处材料用对比色加以区分把手人机问题 人机尺寸另外算温度问题 在瓶塞轴心打个穿孔，熟料盖上表面挖一个凹槽，将弯折形状的酒精温度计插在瓶塞穿孔里，读数部分嵌入凹槽瓶底水渍问题 将瓶套上边沿适当降低，或把瓶胆外壁的塑料垫适当加高，使瓶套上边沿与塑料垫上表面近乎持平，在倒水之后，瓶口附近就不会装有水把手的人机尺寸计算保温瓶把手孔圈的大小属于ⅡA 型产品尺寸设计，以男子 95 百分位数计算。

G1≥J95 男+Xx1, G1 由手伸得进去确定的把手内表面到瓶体表面最近处的距离； J95 男表示男子 95 百分位数掌厚，男子掌厚回归方程 J=6.51+0.27X2, 由表查得男子 95 百分位数的手宽为 X2=89，代入上述回归方程，得 J95 男=30.54，心理修正量 Xx1 取 20，则G1≥50.54G2≥H95 男+Xx2，G2 由手伸得进去确定的把手孔圈内表面上下之间的距离；H95 男表示男子 95 百分位数手宽，查表得 H95 男=89 ，心理修正量 Xx2 取 40，则 G2≥129另外，把手设计为弧形，使用更舒适，棱边也设计为圆弧形，减轻对手掌的压力四、最终效果图经过综合考虑，对各种问题的解决方案进行有机结合，形成最终效果图，效果图如下：设计说明：①为软木塞，软木塞其保温效果最佳，它与塑料盖永久固定；②为塑料盖内侧靠近边沿处的螺纹，只有一道螺纹，减少操作时间，又能起到防止瓶塞弹出的现象，塑料盖还可以起到阻止灰尘接触瓶口的作用；③为酒精温度计，形状为弯折型，下端穿过软木塞中心，酒精感应部位置于软木塞底部的沉槽里，上端读数部位嵌入塑料盖上表面凹槽处；④为瓶胆外壁的塑料垫，使其上表面与瓶套上边沿持平，这样倒水的时候，瓶胆外壁就不会装有水，即使有，也是很少，如此，桌面就不会有来自于瓶胆外壁流下的水渍；⑤处增加一个塑料皮垫，增加摩擦，减小摆动幅度；⑥处为提手中间地带，增大粗糙度，用对比色加以区分，减少握偏的概率，以及防止打滑；把手处人机尺寸如上所述。

五、设计总结本次保温瓶的人机学改良设计，虽然解决了保温瓶存在的安全问题、瓶口卫生问题，水渍现象等等，但是也带来了一些不便，软木塞使用一段时间后，需要更换，在该设计中，更换软木塞不是很方便另外，对于提起把手倒水感觉重的问题也没有很好的解决虽然改良设计不是很完善，但是从这次设计中，认真体会到了人机改良设计的基本过程和内涵，而这真是我们应该学习的。