基于用户体验的灭火器创新设计与研究

金信琴 梁嘉桓

摘要：灭火器是突发火灾有效的灭火器械，基于用户体验研究，优化现有产品，提升使用感受。从用户体验的角度展开分析，运用问卷法、访谈法、观察法对用户需求进行整理和归纳。提出一种創新型灭火器的使用方式和产品结构及设计原则和方法，灭火器使用符合人机工程学的合理性要求。基于用户体验的灭火器创新设计满足用户的使用需求，解决了灭火器使用流程繁琐、容易误操作等问题。

关键词：灭火器 用户体验 结构创新 人机工程学 CMF

中图分类号：TB472 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2022）11-0114-04

Abstract：Fire extinguisher is an effective fire extinguishing device for sudden fires. Based on user experience research，existing products are optimized to enhance the experience of use. Analyze from the perspective of user experience，use questionnaire，interview，and observation methods to sort out and summarize user needs.Propose an innovative use method，product structure and design principles and methods of an innovative fire extinguisher，which requires compliance with ergonomics. The fire extinguisher design can meet the needs of users and solve the problems of cumbersome use of fire extinguishers and complex operations.

Keywords：Fire extinguisher User experience Design optimization Ergonomics Structural innovation CMF

引言

灭火器是常见的防火设施之一，存放在公众场所或可能发生火灾的地方，用以紧急救灭火灾。大功率电器的种类和数量日益增多，使用频繁、易燃性物品和电器线路短路和超负荷运行等多个因素导致火灾事故频频发生，造成严重的生命和财产损失，在火势发生初期，利用好身边的灭火器完成初起火灾的扑救，可以很大程度上减少火灾带来的损失。为了提升灭火器的使用体验和操作安全，基于用户体验展开研究，设计一款符合用户体验、使用高效、安全可靠的灭火器产品。

一、研究背景及发展现状分析

大功率电器的种类和数量增多以及使用频率的增加，易燃性物品和电器线路短路和超负荷运行等因素的存在，导致火灾事故发生的可能性上升。在火势发生初期，利用好身边的灭火器完成初起火灾的扑救，能大大降低火灾继续蔓延，可以很大程度上减少火灾带来的损失。在使用过程中，存在有灭火器使用不便，灭火器使用方式不清楚等问题[1]。

基于上述的分析，为了提升灭火器的使用体验和操作安全，更好地解决灭火器现有的问题，本课题从用户体验作为切入点，展开灭火器产品的优化设计。

二、用户体验设计研究

（一）用户体验设计概述

“用户体验”最早出现是由心理学家唐纳德·诺曼提出和推广，他提出好的用户体验必须做到用户不厌烦的前提下满足用户的需求。用户体验是在产品使用的过程中，产品对用户建立起的主观感受，该定义描述了用户体验产生于用户与产品的交互过程，产品给用户带来的感官和心理[2]。

用户体验是以用户为主要研究对象和研究中心，从指定的用户角度为出发点，考虑整个操作过程概念。设计的对象逐渐转变为整个用户使用的体验过程，承接整个产品或服务的使用周期，让使用者与产品之间产生直接或间接的联系。

（二）用户体验的层次要素

关于用户体验的要素必须要在整个设计的流程中体现，包含了五个重要的要素层面，其特点是从概念到具体，抽象到具象的过程[3]。用户体验要素层包括战略层，范围层，结构层，框架层，表现层，用户体验设计的要素层次图如下图图1所示。

战略层：产品设计和项目成立的最初阶段，需要设计者确定后续的设计研究方向，以规划产品的开发流程作为后续工作的基准。

范围层：产品的功能逻辑和概念定义，可以通过用户研究和数据分析找到范围层中需要的产品功能的预期和定义。

结构层：在产品的结构层的设计中，设计者需要了解产品的使用方式或逻辑，梳理出整体使用流程，定义产品的流程框架结构。

框架层：在产品的框架和系统布局中，产品的功能结构和产品表现都应基于用户需求，需要将重要的信息提示放在用户能够很快看到的地方，方便用户快速掌握产品使用。

表现层：最为直观体现在产品的外观设计，通过产品的外观造型和表层材质CMF来给用户带来不一样的使用体验感受。

（三）灭火器设计与用户体验关系框架

唐纳德·诺曼认为研究用户体验的要素和目的就是让用户在本能层、行为层和反思层的层面都获得相应的满足感[4]。用户对事物的认识有着由浅到深的发展过程，用户在使用产品的过程中，对产品的认知会不断深入，用户体验的层次在这个过程中也会不断加深，产品设计研究流程图如图2所示。

基于用户体验以本能层、行为层和反思层三个层次为出发点，灭火器的用户体验要素包含有造型、CMF、安全性、可靠性、操作性、易用性、情感性等，构建用户与产品的相互关系，从而确定不同體验层次对应的设计内容，根据设计内容的不同归纳出产品的设计点，用户体验层次分析图如下图图3所示。

1.本能层是给人体感官带来刺激的层次，表现为人对事物认知的最基本的层次，在开始深入一个产品之前，对产品的外形、美感、感官体验的需求会本能产生的生理刺激，不需要经过大脑，也不需经过学习地作出认知反应，基于本能层的灭火器产品设计主要体现在最为直观的外观造型与CMF应用当中。

2.行为层是在本能层与反思层之间的层次，同时受限及影响于低层次的本能反应和高层次的反思反应，对产品功能、性能、操作的体验需求，基于本能层同时也对本能层产生影响，受到反思层的情感影响的同时，也会对反思层作出反馈，灭火器的设计需要基于用户使用过程中的行为动作展开，产品的设计主要体现在产品的安全性和操作性上，通过优化操作体验，进而满足用户的体验需求。

3.反思层是产品体验的最高层次，是产品使用后形成的反思层次，是自主的思考和产品使用过程的反思，会对下层的行为层产生影响，进而影响用户的行为动作。灭火器的设计在反思层主要体现在用户对于产品使用过程的回想与反思，对使用过程中存在的问题进行归纳，得到用户与产品之间的反馈。

（四）用户体验设计流程

用户研究的设计流程基于用户体验展开。现阶段灭火器在使用过程中可能存在的问题以及根据用户体验展开设计改进的可能，在研究过程中得到用户体验反馈，归纳出目标的设计点，采用的研究方法包括资料收集法、文献研究法、问卷调查法、观察法、用户访谈法、需求分析法、心智模型建立、实验法，最后展开设计实践进行研究[5]。

1.文献研究法 文献研究法贯穿了整个设计研究过程，通过查阅大量的书籍和论文，在对相关资料进行整理，研究过程中通过查阅获得相关的数据和理论依据作为支撑，了解到用户研究的环境系统，用户研究环境系统分析图如图4所示。

2.问卷调查法 研究者通过问卷投放的形式收集数据，了解使用者对于灭火器的使用上的感受以及找寻产品的痛点及优缺点等，归纳采集的数据反馈，展开分析得到用户的需求。问卷对用户的基本信息展开了解，通过问卷调查的结果，可以得到：

A.了解到被访者中有半数以上面多火灾发生的情况都缺乏相关的应对能力，且有过半的被访者表示没有使用过灭火器，缺乏使用经验，问卷特征问题图如下图图5所示；

B.问卷中关于灭火器的使用感受的问题的研究，大多数被访者认为现有的灭火器的体量较大，且在拿起灭火器移动过程中会感到沉重，问卷特征问题分析图如下图图6所示；

C.通过交叉分析可以了解到用户对现有灭火器不满意的因素包括有：产品外观与环境冲突，操作不便、容易误操作、重量重、占据室内空间等。

3.行为观察法 具有目的性和计划性以及系统性等特点，通过对使用者的灭火器操作过程进行观察并进行分析，记录拍摄下来使用过程中一些关键节点的行为动作，从而获得实验数据，展开分析目标人群相应行为节点，得到用户感受。

4.用户访谈法 通过对目标用户的筛选，找到合适的具有代表性的目标用户，通过面对面展开交流，有针对性技巧性和计划性地展开问题的访谈研究，深入挖掘用户群体潜在的需求痛点，收集受访者心理和行为的数据，整理出影响用户体验的因素，用户不满意因素分析表如下表表1所示。

5.需求分析法 以现有灭火器产品为测试对象，根据问卷调研和用户访谈可得到一系列用户不满意因素，从中选择12个用户体验要素并依次排序，编号为 a1—a12，用户体验要素表如下表表2所示。

通过对用户发放用户体验满意度问卷，以满意、一般、不满意三个等级态度作为影响灭火器使用因素的评价标准，并赋值为3分、2分、1分，让用户对12个对用户使用过程中影响较大的用户体验要素进行打分，之后回收用户满意度问卷，并对数据进行分析。

根据分析结果可知，用户对现有灭火器的安全性、可靠性、操作性和误操作这4项要素的关注度最高，表现出来的权重值最高，但从用户体验满意度来看着4个因素的满意度并不高，说明在这些因素上存在有提升和优化的空间，因此针对灭火器的这4个方面进行优化设计，权重值分析结果如图图7所示

（五）用户体验设计评价

对用户需求的进行归纳，找出设计点展开优化以及寻求问题解决方案，通过3D打印技术制作出灭火器产品的原型，并通过用户体验设计评价对产品原型进行修改，最终通过设计实践得到解决产品问题的优化方案[6]。产品用户体验测评方式可分为以下几种：

1.以用户体验测评问卷量表的形式，对用户的体验感受进行评价，得到在各个指标上的评价，对产品的优化有着参考和指导作用，进一步提高产品的使用体验。

2.制作产品模型，通过3D打印技术制作出灭火器产品的原型，将产品设计具体化，并对产品的原型进行可用性测试的验证，通过用户的反馈对产品原型进行优化，确定了灭火器的产品定位、功能定位和 CMF 定位等，用户能够通过真实的材料对产品的使用和操作对进行评估。

3.基于用户体验基础，根据人机工程学展开手持部件的尺寸设计，测试者对原型产品的体验测试得到相应的测评，模拟产品使用的操作过程，灭火器的使用流程进一步得到优化，用户的使用效率得到提高，进而改善提高用户的使用体验。

三、产品改良设计

通过用户研究和需求分析，得到了用户对于灭火器的使用费力，握持不便，容易误操作三个方面的问题，通过对问题进行分析，并提出相应的解决方案。

（一）握持不便问题：

1.握持不便问题主要是按把与握把之间的距离较大，在提拿的过程中，手掌呈现张开的姿态，手指发力抓握，静态发力，不利于长时间抓握；而通过抓握压把完成提拿，则手掌与抓握处的接触面较小，会对掌心产生较大的压强，使得握持状况下，会消耗更多的体力。

2.按压握把的移动所形成按压握把与水平线产生的夹角，夹角越大，对于用户的握持可能会产生不便，需要花费更大的力气，才能将灭火器提起。

（二）使用费力问题：

1.通过杠杆原理，利用机械结构，在握持端里侧增加伸缩的结构，增加握持端的长度，进而转为增加力臂长度，在按压压把的动作完成的时候使用更少的力量，实现按压压把的过程更加省力，改善了灭火器使用费力的问题。

2.此外，按压握把的移动所形成按压握把与水平线产生的夹角，角度越大，对于使用者手部的负担越大，消耗更高，调整夹角角度从而实现优化。

（三）容易误触误操作的问题：

查阅资料了解到相关的安全阀结构，通过改变安全阀的锁合方式，实现安全阀的反复使用，通过简单的动作快速地完成安全阀开关，操作简单，确保结构安全可靠具有可行性，通过新的锁合结构可以有效地防止灭火器误操作的发生。

四、功能与结构

（一）功能

灭火器的功能设计点体现于优化了灭火器的使用体验，现有的灭火器存在使用费力、抓握不便、容易误操作的问题，因此为解决或改善上述问题，考虑通过造型与结构上的调整改变对灭火器的使用进行优化。

1.手持部分的造型调整：在提拿的过程中，由于手掌与抓握处的接触面较小，且具有较大硬度和强度，会对手掌产生较大的压强，手指发力抓握，在这样握持状况下会消耗更多的体力，手腕等位置会产生酸胀疲惫感，提把和压把应考虑人机工程学的手握式工具尺寸，进行适合的弧度和尺寸上的调整，压把握把之间的夹角控制在20-25°左右最为合适。

2.省力杠杠的使用优化：通过杠杆原理，对压把的機械结构进行优化，在按压压把的动作完成的时候使用更少的力量，实现按压压把的过程更加省力。

按压压把对压把施加作用力，同时产生反向力矩阻碍压把以转轴为轴心旋转，这便是简单的相互作用力原理，同时在设计上为了省力，对压把的力臂进行了省力杠杠的装置设计，产生一个省力杠杠力矩。当压把端的力臂大于阻力端的力臂的时候，则需要克服阻力做功所需要的力会相对的减少，优化省力力臂的杠杠装置，杠杆原理分析图和受力简化图如下图8和图9所示。

3.安全阀结构的优化：现有的安全阀是为了阻止在火灾未发生的情况随意使用灭火器而设置的，将保险销取下来后，才可以按压压把使用灭火器，取出保险销，安全阀失去作用作用，导致使用的时候容易不小心按压误触的事情发生。改变安全阀的锁合方式，保险销变成安全卡扣的形式，通过具有足够的结构强度的卡扣结构，实现安全阀的反复使用，通过简单的动作快速的完成安全阀开关，新的锁合结构可以有效地防止灭火器误操作的发生。

（二）结构

1.伸缩结构：通过杠杆原理，对压把的机械结构进行优化，结构采用几何折叠的方式，利用压把内侧的的空间，两个几何体通过轴承连接沿着滑槽进行移动，提高机械结构空间的利用率，实现最小化伸缩结构收纳，结构通过限位卡扣进行调节合固定，灭火器的部件展示图和内侧伸缩结构如下图图11和图12所示。

压把伸缩的结构参考了自行车座椅的调整伸缩结构，在滑槽外侧设置限位卡扣用于控制内侧部分位置的伸缩调节，通过伸缩能改变压把的长度，增加力臂的长度，从而减少力的消耗，实现按压压把的过程更加省力，优化按压压把过程中的使用体验。

2.安全阀的锁合结构：通过机械结构完成安全阀的反复使用，联动的传动轴连接两个环形轴承旋转带动安全阀转动，确保转到安全阀的时候不容易反方向转动，而需要反方向解除锁合的时候，则会省力一些，更快捷的完成安全阀的锁合，锁合之后即使在移动灭火器的过程中也不会发生灭火器误操作的问题，安全阀的锁合结构如图14所示。

五、造型与CMF设计

（一）造型

灭火器的造型、色彩和材质呈现的视觉效果，要充分考虑用户惯性意识，符合他们对于灭火器的认知，具有清晰明显的视觉特征。灭火器的造型与颜色和现代家庭环境的现代感有强烈的视觉冲突，为使灭火器能够符合家庭装饰环境，造型上趋向于柔和线性的造型，灭火器能够更加符合当代人的审美需求，更好地融入到现代家庭环境之中，造型上的柔和及色彩上的变化也符合用户的视觉体验。灭火器选用颜色应选择对人起到视觉引导作用的色彩，在火灾环境中吸引使用者的注意，帮助使用者迅速的找到灭火器[7]，产品的整体效果图如图13所示。

（二）CMF

产品的CMF是指产品的颜色、材料和工艺，这款灭火器产品选用了红色与白色的搭配，瓶身采用了铝合金的材料，表面采用了拉丝的加工处理，更加具有现代感和简约感，灭火器产品更加符合居家环境的氛围，更加具有亲和力。

1.色彩 色彩对于人的心理、视觉和生理都会影响作用。红色是最能够唤起使用者的防火意识、加强安全防备和预防事故发生的警示色。通过用户反馈对色彩有针对性地进行色彩搭配，研究色彩对用户生理和心理方面的影响[8]。

2.材质 灭火器瓶内压力压强较大，选用的材质需要有足够的强度，有着固定的国家安全审核标准和指定的使用材质的强度安全要求，需要符合国家相关安全标准规定，瓶体的材质选用铝合金，握持的位置选择铝合金并喷涂防滑层，确保按压提拿的时候有着足够的硬度和强度作为支撑，增大接触的摩擦。

3.工艺 手柄处主要选择磨砂喷涂，提手的位置有凹陷触感的纹路，让用户感受到产品的可控性，同时增加把手与手掌的摩擦，起到防滑和隔热的作用。

结论

基于用户体验的研究设计流程，优化现有产品，完成灭火器的创新设计。通过灭火器的用户研究，对灭火器的使用流程进行了分析和总结；结合用户使用的研究分析，完成基于用户体验的灭火器设计实践，提出了灭火器的安全阀锁合结构的创新，实现了灭火器的安全阀的反复使用，解决了灭火器误触或是误操作导致问题，通过压把伸缩的结构优化了灭火器使用费力的问题，针对内部结构原理进行可行性测试最终通过可用性测试，验证设计的可行性。

參考文献

[1]邱维. 基于用户行为的自救型消防产品体验设计研究[D].湖北工业大学，2018.

[2]张伟东，金信琴.基于用户研究的家用厨余冷藏垃圾桶设计研究[J].设计，2021，34（03）：106-108.

[3]吴寒.情境交互理念下的灭火器智能设计[J].工业设计，2021（06）：157-158.

[4]纪阳，张帆.基于用户体验设计的工程创新教学初探[J].工业和信息化教育，2021（08）：58-61.

[5]吴寒.情境交互理念下的灭火器智能设计[J].工业设计，2021（06）：157-158.

[6]娄文婧. 基于移情理念的家庭火灾应急自救产品设计研究[D].中国矿业大学，2019.

[7]杨琨钰，王伟伟.我国用户体验设计发展研究分析[J].设计，2020，33（13）：117-119.

[8]张书豪，张宇.工业产品设计中的色彩设计研究[J].中华手工，2021（01）：61-62.

[9]李秀敏.基于人性化理念的便携式手持灭火器设计研究[J].工业设计，2020（03）：59-60.