双层防烫电热水壶外观设计研究＊

胡晓涛HU Xiaotao

1.广东海洋大学，湛江 524000（Guangdong ocean university，524000 Zhanjiang ）2.中国传媒大学，北京 100024（Communication University of China，100024 Beijing）

设计实录（Design Cases）

双层防烫电热水壶外观设计研究＊

胡晓涛1,2HU Xiaotao

1.广东海洋大学，湛江 524000（Guangdong ocean university，524000 Zhanjiang ）2.中国传媒大学，北京 100024（Communication University of China，100024 Beijing）

为满足企业的新产品开发需要，对双层防烫电热水壶进行设计分析，明确其设计目标和定位。运用人机工程学的相关原理和方法，确定了产品的关键部位尺寸。结合用户体验原理，对产品的功能、外观、色彩进行了人性化的设计。制作了1:1产品泡沫模型，在此基础上完善了细部造型，验证了外观设计效果和结构设计的可行性，并进一步完成了产品结构设计。设计结果表明，外观设计整体时尚、简洁大方，从用户的角度对产品功能进行了细致周到的考虑，符合市场和企业定位。为热水壶相关产品的开发设计，提供了设计流程和设计方法方面的参考。

工业设计；双层防烫热水壶；人机工程；产品尺寸；人性化

一、引言

双层防烫电热水壶项目来自于中国电饭煲之乡广东省湛江市的某企业。目前，国内针对电热水壶的研究集中在设计理论、设计趋势和概念设计层面。李小萍提出了不同材质，特别是紫砂材质应用在电热水壶设计中需考虑的因素[1]。晋新敏、黄志荣对产品的生命周期方面，对电热水壶产品进行了分析，并应用仿生设计提出了一个概念设计方案[2]。吴真主要针对产品设计综合评价方法存在的问题，介绍了模糊TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，即优劣解距离法）评价方法，并应用该方法实现了对电热水壶产品设计的综合评价[3]。苏建宁、王瑞红、赵慧娟、张书涛运用组合思想，提出基于感性意象的产品造型优化设计方法，并以电热水壶设计进行了实例研究[4]。李永峰、邢艳芳、朱丽萍提出了基于灰色系统理论的产品意象造型设计方法，并结合电热水壶的造型设计进行了相关研究[5]。

本文从设计实务的角度来进行电热水壶外观设计研究，可以总结设计经验，为电热壶的相关产品设计提供设计流程和设计方法方面的理论参考，让设计师少走弯路。

二、产品简介

电热水壶（Electric Kettle），是指一种用于自助烧开水的电开水器。据统计，从2005年开始中国成为全球最大的电热水壶市场，2007年电热水壶的销售额达到20亿元[2]，且目前全球90%以上的电热水壶产品来自中国。

随着中国消费者健康意识的增强，绝大部分消费者认为，塑料内胆的电热水壶存在很大的健康隐患，电热水壶中与水接触的部分应该使用不锈钢、玻璃和陶瓷等相对安全的材料。

双层防烫电热水壶便是采用不锈钢材料作为热水壶的内胆，同时在不锈内胆外面包裹一层塑料外壳，这样的结构形式即让消费者感觉烧水比较健康，又可以防止水烧开之后用户被烫伤。双层防烫电热水壶样品如下（见图1）。

图1 双层防烫电热水壶样品①

三、设计分析

1．设计目标分析

我们通过调研发现，为了保证产品出厂时外观清洁美观，工厂在加工制造时需要先把不锈钢壶嘴焊接在不锈钢内胆上，然后再将塑料外壳套入，在加工工艺方面存在着一定的难度。因此，市场上的同类型的电热水壶主要分为3种形式，即壶嘴外露型、全部包裹型和部分包裹型，每种形式的塑料外层结构设计都有所区别，具体如下（见图2）。

图2 双层防烫电热水壶的3种形式①

其中，部分包裹型的电热水壶市面上比较少见，即塑料外壳仅仅包裹了不锈钢壶身的下半部分，包括壶嘴在内的上半部分不锈钢壶身直接裸露在外面。

该企业将此次委托设计的电热水壶定价为成本价70元每个，零售价为150元每个，这个价位在电热水壶市场属于中等价位。壶嘴外露型的电热水壶由于壶嘴部分没有包裹塑料，因而在形态上感觉不够整体和统一，相对降低了产品的档次。同时，部分包裹型的电热水壶在防烫方面，也存在一定的缺陷。

通过和企业的充分沟通，确认了他们的加工制造能力之后，我们将本次项目的设计目标，确定为设计一款全部包裹塑料型的双层电热水壶。相对而言，此种类型的电热水壶比较容易通过外观设计提升产品美感和档次。

2．设计约束分析

产品外观设计都是在一定约束下进行的，约束条件通常包括材料与结构是否可行；人机关系是否友好；使用是否安全可靠等[6]。

企业提出的约束要求有如下几点：

（1）除了需要对外采购的内部零部件如温控器外，其他零部件都可以进行重新设计。

（2）带led灯的电源开关放置于手柄下方。

（3）壶盖开关按键放置在壶盖上，并使用传统的机械式开启方式的按键。

这些设计要求，看起来似乎给设计者的设计自由度非常大，但是由于不锈钢壶身是金属钣金加工，因此实际上外观设计还是有很大的局限性。

所谓钣金加工，就是指对金属板材的一种加工，制造的工序主要有剪切、弯曲成型、折弯扣边、焊接、表面处理等。考虑到钣金加工的方便，不锈钢壶身内胆部分的形式一般为直筒状或者圆锥状。这个基本形体确定以后，电热水壶的造型空间有限，形式自由度相对比较大的部件就是手柄、壶盖和水壶底盘这3个大部件。其他如电热水壶的开壶按键、带led灯的电源开关等小部件，也可以相应做一些形式上的改变。

双层防烫电热水壶的主要零部件，具体如下（见图3）。

图3 主要零部件示意图①

3．产品尺寸与人机分析

有国外学者认为，产品外观包含的要素主要有材质、色彩、比例、尺寸、装饰和形式等[7]。其中，尺寸是工业设计师相对比较容易忽视的一个因素。该款双层防烫电热水壶的烧水容量预设为2.0 L，因此不锈钢水壶内胆的尺寸大约为直径13cm，高18cm。再加上预留温控器等零部件空间，因此整体壶身尺寸大约为直径16cm，高度23cm。水壶底盘厚度大约为2cm。

产品的尺寸涉及的因素很多，不仅要考虑产品本身的结构特点和功能要求，在日益强调人性化设计的今天，更要考虑人的因素，使产品尺寸与人体尺寸相适应[8]。因此，在外观设计开始前就应该确定产品的关键尺寸。

还有另外几个和电热水壶外观设计相关的尺寸有：

（1）把手的直径尺寸大约为30～35cm之间，该尺寸的大小关系到人手把握的舒适性以及施力的方便性。

（2）开壶按键和壶盖平面之间应该留有一定的空间距离，一般不得低于1.2cm，以方便大拇指开启壶盖。

（3）壶嘴的大小都有一定的要求，即壶嘴离壶身的高度大约为2.3cm左右，壶嘴最大宽度大约为5cm。该尺寸的确定，目的在于保证电热水壶在倒水时水流的大小合理，不会出现水流过大或者过小的情况。

（4）热水壶的壶口尺寸应该在10cm以上，这样才能保证人们方便用手清洁不锈钢壶体内部。

四、产品设计

1．外观设计

通过以上的设计分析和定位，设计师开始了第一轮的设计方案草图绘制。形态的知觉是人对客观事物的整体反映[9]。人在观察任何事物时都是先得到事物的整体印象，然后再深入观察细节。通过对热水壶整体形态的分析，发觉热水壶的侧面轮廓线是决定了整个形态设计走向的关键，因此，设计师在第一轮草图方案构思时重点绘制了一些列的热水壶侧面轮廓线，以便把握产品的整体外观风格（见图4）。在这些侧面轮廓线中，我们共同挑选出了线型相对比较流畅，线型特征比较明显和有创新性的方案，然后再进一步将侧面轮廓线立体化。将平面的侧面轮廓线立体化的过程需要设计师反复推敲侧面轮廓线的整体感觉，可以结合建模软件来推敲立体形态。与此同时，也需要对把手、水壶底座等局部关键性形态进行重点绘制，最终提交了3个完整的设计方案（见图5）。

图4 侧面轮廓线草图方案②

图5 第1轮方案效果图③

2．外观设计方案评估

我们通过和企业负责人以及相关人士进行充分沟通，企业最终选取了方案1和方案2作为新产品外观的设计方案。

（1）方案1。以啄木鸟作为设计原型，利用仿生设计方法对外观设计进行大胆创新。仿生形态设计是一种借助于大自然力量的优秀设计方法，近年来已经越来越受到设计师们的重视[10]。产品外观设计与仿生形态相结合，能够增加产品的自然亲切感，促成商品与消费者之间的情感互动[11]。

该方案存在的问题有：其一，壶嘴部分向下倾斜，从人机操作方面考虑是不合适的。例如，在电热水壶装满水的情况下，就会很容易出现水漏出的情况。其二，水壶底盘外观过于普通，可以考虑更有创新性的形式。

（2）方案2。整体外观简洁大气，符合市场需求和定位。修改意见如下：其一，将半个把手的形式改为完整的把手。完整的把手，让用户感觉使用起来更放心，这属于功能美感的提升。国外学者称之为Y层次的美感，即工业产品的形态，能够表现产品的目的、功能、意念的传达或意图[12]。其二，壶嘴上方、壶盖边缘需要加一个活动的挡水板，以便防止倒水时水流过强。其三，水壶底盘外观过于普通，可以考虑更有创新性的形式。例如，使用方形的底盘。

为此，设计师对方案1和方案2进行了细节调整，经企业确认无误以后，利用三维建模文件制作出了1∶1的泡沫外观模型，具体如下（见图6）。

图6 泡沫1:1模型①

（3）方案评估。通过泡沫外观模型，我们进一步验证了外观设计和结构设计的可行性。

方案1的问题比较严重。首先，模型呈现出的形态感觉和效果图的感觉相差甚远。究其原因是由于设计师对比例和尺寸把握不够细致而导致的，主要问题有壶嘴太小、把手太细、壶身太大、开壶按键部分预留操作空间不足。尺寸对于设计的重要性不言而喻。因此，接下来需要设计师重新调整各项尺寸和比例，修改方案的工作量非常大。其次，发现了一个结构设计方面的问题。由于不锈钢壶身内胆是上小下大的形式，考虑到外面的防烫塑料外壳的装配方式，不能够做到塑料外壳和下手柄一体成型，只能考虑用塑料外壳合围的方式。这样就需要在下手柄下面加一个挡板，以便挡住塑料外壳的合模线。

方案2的主要问题，是设计方案中壶盖的顶部不是平整的而是略微地向一方倾斜，而该方案的壶盖上有一个镀铬装饰圈，考虑到工人的安装方便，需要将壶盖顶部改成平面，以方便镀铬装饰圈的安装，进而把手的上部分形态也需要随之一起改变。修改好以后的最终方案效果，具体如下（见图7）。

图7 最终方案效果图③

3．结构与模具设计

在以上的外观设计方案的基础上，我们委托结构工程师分别对两款电热水壶进行了内部结构设计。结构工程师在结构设计开始之前，首先需要用pro-e类工程软件将外观设计方案重建。如果结构工程师经验不足，可能会出现在结构设计过程中外观设计走样的情况出现。另外，在结构设计过程中，因为结构设计的需要，很有可能需要对外观设计进行微调。因此，在结构设计期间，需要外观设计师配合结构工程师修改外观，以保证外观设计的一致性。最终，两款电热水壶的结构设计完成（见图8）。

图8 两款电热水壶的结构设计①

结构设计完成后，我们直接将三维文件提交给模具厂进行模具设计。目前，方案2的塑料部分的模具设计已经完成，已经到了试模的阶段（见图9）。

图9 方案2试模照片①

五、结语

当地许多企业中没有驻厂结构工程师，这种小型企业的新产品开发会非常依赖当地的模具厂，因此设计人员特别是结构设计人员必须多和模具厂沟通和交流，并跟进整个模具生产过程和小批量试产过程。

（1）对双层防烫电热水壶的设计要求、功能结构等与外观设计相关因素进行了全面分析。

（2）设计案例包含了从前期的设计分析到后期的外观设计、结构设计的整个设计流程，其中的方法和步骤，可以为类似的电热水壶设计提供参考。

（3）为企业开发了两款不同外观风格的新产品，设计造型符合企业的市场定位，设计能力获得了企业的认可和好评。也通过这次设计过程，和当地的模具厂建立了良好的关系，熟悉了设计流程，为以后的新产品开发打下了坚实基础。

注释

①图1、图2、图3、图6、图8、图9来源：作者自制.

②图4来源：设计师马二赛制作.

③图5、图7来源：设计师马二赛、罗宏朗制作.

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[1]李小萍．紫砂材质在电热水壶设计中的应用研究[D]．武汉：湖北工业大学，2013：1．

[2]晋新敏, 黄志荣．基于仿生的节能电热水壶设计[J]．包装工程，2008，29(9)： 113-115．

[3]吴真.模糊 TOPSIS 方法在产品设计综合评价中的应用-以电水壶产品设计为例[J]．装饰,2014，253(5)：86-87．

[4]苏建宁, 王瑞红, 赵慧娟，张书涛.基于感性意象的产品造型优化设计[J]．工程设计学报, 2015，22(1)：35-41．

[5]苏建宁, 邢艳芳, 朱丽萍.基于灰色系统理论的产品意象造型设计研究[J]．包装工程, 2010，31(14)：43-46．

[6]陈永航．XY300T-5型摩托车造型设计研究[J]．机械设计，2013，30（5）：104-106．

[7]BLOCH PH，BRUNEL F F，ARNOLD T J.Individual Differences in the Centrality of Visual Product Aesthetics: Concept and Measurement[J]. Journal of Consumer Research，2003，29（4）：551-565．

[8]叶锋．人因工程学在产品尺寸系列化设计中的应用[J].机械设计，2005，22(z1)：65-67．

[9]范圣玺．从行为和认知的角度看以人为中心的设计[J].机械设计，2013，30(2)：97-99．

[10]祝莹，曹建中，韦艳丽．汽车造型设计中的形态仿生研究[J]．合肥工业大学学报：自然科学版，2010(10)：1458-1460．

[11]章顺凯．包装容器造型设计中仿生形态的表现[J]．云南社会主义学院学报，2013(2)：333．

[12]LEWALSKI Z M.Product Esthetics: An Interpretation for Designers[M]. Nevada：Design & Development Engineering Press，1988：153-154.

（责任编辑 孙玉萍）

On the Appearance Design of Double-layer Anti-scald Electric Water Heater

In order to meet company’s new product development need, the double-layer anti-scald electric water heater was analyzed in depth, so the design objective was determined. The product’s key dimension was conf rmed by using principle of ergonomics. Combined with user experience theory, The product’s function, appearance and color were redesigned. Then a 1:1 foam model was made to test the effect of appearance design and the feasibility of structure design. The design results show that the appearance design is simple and fashion, and meets the market and company’s demands. The results are worthy for reference in designing Other similar products.

industrial design；appearance of double-layer anti-scald electric water heater；human engineering；product dimension；humanization

J524.1

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2017.02.020（0113-06）

2017-03-25

2013年度广东省专业镇中小微企业服务平台建设专项资金项目（2013B040500022）；2015年度广东省创新强校工程专项资金规划项目（GDOU2015050246）。

胡晓涛，中国传媒大学协同创新中心博士研究生，广东海洋大学中歌艺术学院副教授。