以用户为导向的手持电动工具设计研究

徐京京　钱峰　王文广

摘要：现有的手持电动工具存在容易出现浮尘、噪音大、体积大等问题。本文针对工业设计从业的用户群体，通过对用户群体行为的调研和分析，基于以用户为导向的设计理念，结合人物角色法和情景分析法，探讨手持电动工具设计。以期设计出满足专业用户需求的手持电动工具。

关键词：用户导向;用户需求;手持电动工具设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2020）07-0152-03

1相关概念解析

1.1以用户为导向的设计

以用户为导向的设计，简称为“UCD”，最早是源于诺曼和德拉帕尔的开创性工作，核心是指在实际操作中UCD围绕着一个中心，即用户。UCD中的设计指的是创造客户的整体体验，UCD中的D也可被定义为发现（Discover），发展（Develop）和传送（Deliver）。与传统设计方法相比，以用户为导向的设计可以更明显地看到设计对象、语境、工具、目标及用户的变化（如表1）。

2手持电动工具

手持电动工具，也可称为便携式电动工具，是利用传动机制作为驱动带动工作头旋转或呈一定角度摆动的便携式机械化工具。其优点主要为结构简单、小巧、方便携带，相对于传统的纯手工加工工具，具有较高的作业效率。

手持式电动工具种类繁多，包括手电钻、手砂轮、电改锥、冲击钻、电搬子、电锤、手电锯等。根据蓄电方式分类，可分为有线电动工具（需要一直保持电线通电）和无线电动工具（充电式锂电池保证续航）;根据使用环境的不同，又可分为专业性电动工具（企业生产用或工人施工使用）和非专业性电动工具（家庭使用或个人使用）。本文主要针对后者，即个人使用的电动工具进行设计研究。

3以用户为导向的手持电动工具设计流程

以用户为导向的设计理念主要是一种面向用户需求设计的理念。其特征是在前一代产品基本满足刚需的情况下，根据其使用过程中产生的问题及需求进行针对性改进和增加额外功能的设计方法。在以用户为导向的诸多研究方法中，传统的人物角色法和情境分析法能够最直观地体现两者之间的关系，从而分析用户在使用产品过程中的真正需求，下面将以用户为导向阐述手持电动工具设计的流程。

3.1采取人物角色法分析用户需求

“人物角色法”是由Copper于20世纪90年代提出的一种以用户为中心的设计方法。人物角色法是提取目标群体的特征，并进行勾勒，其优点在于强调关注典型客户，并选取代表“人物”，将用户真正的需求恰当地融入设计中。可以更好地反映真实用户群体的特征、目标和行为，并进一步满足特定人群的需要，实现以人为本的设计。在进行手持电动工具设计前，在人物角色法的基础上进行了问卷调研、实际访谈以及观察法三种具体实施方法，并进行归纳总结。

3.1.1調研问卷

本次调研针对高校工业设计专业师生及设计公司设计师于网上进行问卷100份，得到回复96份，有效回复90份，得出的主要结论如下：

61%的用户使用多个种类的电动工具（包括电圆锯、打磨机及抛光机等）进行手板模型加工，24%的用户只使用其中1～2种电动工具用于制作过程中，6%的用户几乎不用电动工具进行加工工作，8%的用户全程只使用纯手工加工工具。

在手持电动工具产品品牌的选择上，50%的用户更倾向于品牌较大、存在时间较久的老企业品牌，而在这其中的用户又有30%的比例对专业型电动工具情有独钟。由此可以看出，品牌在用户眼中是选择电动工具极为重要的参考依据。

在使用手持电动工具的过程中令用户感到不满意的问题主要为：浮尘、噪音、操作复杂、体积大难以持握、受电线长度约束和需要频繁的更换工具等。

用户对于电动工具期望具有的功能主要有：轻量化（体积小巧）、多功能使用、便携式使用（无线使用）、舒适的手感（防滑、防烫）、前卫的造型、操作简单（例如可以触控操作）等。

将用户在购买手持电动工具时的影响因素进行排序，分值范围记为1～10分。计算出各个因素的总分除以问卷数并进行排序，最后得到影响用户购买的重要因素排序，如表2。

3.1.2实际访谈

以实际访谈的方式得到部分用户对于使用手持电动工具的陈述，然后将陈述内容进行有条理的筛选与整理，再将用户的具体描述进行用户真实需求翻译，如图1所示。

3.1.3观察法

通过对高校学生进行手板模型制作过程所使用的电动工具进行详细观察后发现，由于很多工具本身体积较为庞大且较重，女性用户普遍难以较好地持握进行作业。而在整个加工过程中用到了5种以上不同类型的手持电动工具，且一直在频繁的更换使用。

3.2采用情境分析法模拟使用情景

情景是对未发生事态的勾勒。情景分析法是通过情景分析的过程，来揭示其涵义。相对于其他研究方法，情景分析可以更好地运用于产品的概念设计过程中，引导设计。以下通过国内外两个知名品牌旗下的电动工具实际案例进行情景分析，并建立手持电动工具在设计开发过程中的情景分析图。

3.2.1 HITACHI（品牌）电动工具开发的情景分析

HITACHI在进行旗下手持电动螺丝刀产品设计时充分考虑人机性，提出了一种符合人体工学的“旋转式手柄”设计方案，可以在不同的使用场景下，灵活改变旋转角度。其独特的掌握式防滑手柄便于在精细操作时，直接作为手动螺丝刀使用。通过分析HITACHI手持电动螺丝刀设计，并模拟用户使用场景，建立了如图2的情景分析图。

3.2.2威克土产品开发中的情景分析

随着现代工业技术的迅猛发展，多功能化已经成为电动工具的一种重要的发展趋势。威克士万能接口超音匠多功能机系列通过对用户不同的作业场景进行情景分析，深入挖掘用户的使用需求，设计开发了一款以同一机身为主体，配备通用接口，可通配不同品牌多功能机的附件，满足多种工况，快速解决各种难题的多功能手持电动工具。

3.3生成概念方案

概念的设定与确立是方案设计的基础，而在产品的设计开发流程中，概念的产生需要依托用户需求，在前期人物角色法的设计方法中，通过调研问卷、实际访谈以及使用过程观察的方式已经将用户对手持电动工具的真实使用需求进行了正确的分析，并归纳为多功能作业、手感舒适、便携使用、触控操作、快速装夹与造型前卫六大主要需求。

在以用户为导向的设计理念条件下，可以通过人物角色法以及情景分析法对手持电动工具需求进行有效地分析与总结，得出了设计的方向：依托用户习惯与文化传统进行创新;在解决噪声、灰尘、节能环保的基础上进行创新;从人机因素、功能、安全、维修角度进行创新。并在此基础上提出设计方案的初步概念：（1）外观：采用流线型机身，弱化手持电动工具的刚硬感;（2）材质：纤细化且防滑的手柄，隔热的机身外壳;（3）功能：通过快速拆装结构更换配件，快速满足不同的需求，可切割、打磨、抛光等;（4）操作：增加新的使用方式——触控显示屏;（5）续航：采用可快速拆装的双锂电池，双重续航保障。

4以用户为导向的手持电动工具设计实践

4.1造型设计

此造型设计利用“仿型”的设计语言，造型元素既源自字母“Y”，也来源于生活。例如，日常生活中常见的水管接口、弹弓和拐杖等都为方案的造型提供了有价值的灵感与创意。在对设计目标的充分理解以及对抓握件的主要受力方向的分析之后，并结合设计方案，进行了如图3所示的草图推敲。

4.2尺寸设计

在手持电动工具的造型设计中，人机关系是一个重要的方面，人体工学研究表明：由于人种特征的差异性，东亚黄种人的手掌在尺度上要小于欧美白色人种。中国男性的手掌长度范围一般在17.5cm～20cm之间，宽度在8cm～9cm之间;女性手掌长度范围在16cm～18cm之间，宽度在6.5cm～8cm之间。考虑到使用群体的性别差异、手握宽度不同，在此次手持式电动工具设计时，将以女性掌握程度为基础，满足女性用户也能方便持握的使用体验，尺寸设计如图4所示。

4.3结构设计

4.3.1快速更换功能模块设计

由于集所有功能为一体的设计概念，想要实现使用场景的快速切换，就必须解决功能模块的快速拆装问题，在解决这个问题上使用了旋扭式快紧机构（如图5），旋钮上设有“L”“·”以及“R”三个旋转选项，当旋钮旋转至“L”处时，万用宝夹头呈打开状态，用户即可按自身使用需求装配功能夹头;当旋钮旋转至“R”处时，万用宝夹头呈关闭状态，用户即可打开电源进行作业;而当万用宝电量耗尽亦无法及时充电时，用户即可將旋钮旋转至“·”处，此时万用宝呈手动模式，用户可使用其进行纯手工作业。此结构的最大优点在于无需使用螺丝刀等外部工具即可按实际使用需求快速拆卸、安装功能头，从而节省了时间，缩减手板模型制作的工作周期，提高整体制作效率。

4.3.2电池快速拆装、充电结构设计

电池的可拆卸式设计在手持电动工具里早已应用广泛，对于此方案内的电池拆卸方式，采用了消防栓的旋转卡扣连接法进行设计，在电池的安装和拆卸过程中，用户仅需要向左和向右旋扭电池即可轻松完成操作。而电池的充电座插口也采用了同样的卡扣原理，插入电池并旋扭至正确位置即可开始充电（如图6）。

4.4交互设计

人机交互预示着大数据时代的到来，交互设计在设计中扮演着至关重要的角色。交互设计思想的应用对于此次产品造型美化、产品功能完善具有重要作用，要想提高用户使用体验，此次设计方案的触控化操作也离不开交互设计。在此方案上交互的具体应用主要分为三大部分：（1）菜单模块：主要负责机器的菜单栏、开关机及个性化设置等。（2）功能模块：主要负责无线连接、触控操作及低电量提醒等。（3）控制界面：主要负责机器运转的模式设置以及各个模式的转速、正反转和亮度等参数调节（如图7）。

4.5材质设计

手持电动工具材质的选择直接影响到产品整体的人性化设计，现有的产品多使用低碳钢来保证外壳的高强度以及硬度，但是也带来了整体机身较为沉重的问题。因此，在此方案材质的选择上选用了轻量化且隔热效果较好的镁合金材料，并在手柄表面使用了防滑的橡胶软包材质（如图8），防止由于机身震动造成的滑动和不适问题，这样的外壳既保证了手持电动工具的隔热性和防滑性，又增强了使用者的舒适性。

4.6色彩设计

黄色是一种带有警示色彩的颜色，同时让人觉得温暖，与黑色搭配在一起可以解决手持电动工具给人带来的冰冷、尖锐的感觉。与橙色、绿色相比虽没有较高的识别度，但给人一种安全和专业的感觉。所以将黄色定为此设计的主要颜色，红色、橙色以及蓝色等定为可选配颜色，形成一套系列化的配色应用于产品机身以及包装设计上。用户购买时不必为品牌特有的配色感到纠结，可以根据自己的喜好定制款式，这也在一定程度上增强了用户体验感。

4.7功能设计

根据用户使用场景分析将其功能主要分为：（1）电动往复锯;（2）电动切割机;（3）电动角磨机;（4）电动铲刀;（5）电动抛光机（如图9），这些功能的实现都建立在机身整体不动，用户只需根据使用需求快速更换功能头模块，进而快速切换至不同的使用场景。

5总结

本文针对现有手持电动工具的现存问题，通过以用户为导向理念下的人物角色法与情景分析法，结合在案例中对用户需求的挖掘与研究，探讨手持电动工具设计的流程，并赋予实践。希望通过该研究为工业设计专业用户群体设计出更符合他们需求的手持电动工具。