背包伞的设计研究

王光一，谭洋林，张燕

摘要：本项目针对背包和雨伞的结合设计进行探讨，意在低碳生活，轻便出行，主要服务对象为青少年。产品突破现有的雨伞结构，采用折叠方式巧妙与背包结合；满足背包基本的储物功能同时搭载遮阳避雨的功能，实现了出行时解放双手的功能。在雨伞的选材上，经过对现有产品的材料调查，最终采用了质量轻，强度高的化学纤维。雨伞的结构上抛弃了原有的复杂的机械结构，改为简易的折叠开合结构；取消了原有的尼龙材质伞面，改为强喷射气流伞面；节约成本同时轻便了结构。

关键词：背包伞；设计；青少年

一、背包伞的造型分析

 目前，市面上的雨伞普遍是传统手持式多折伞、直柄伞等常见伞，随着人们生活质量不断提高，手持式多折伞的用户体验已经在生活中出现了很多不人性化的问题，在某些情况下已经不能满足用户的需求，而衍生出来的自动折叠伞虽解决了一部分人的用但需求，但因本身设计体积比普通折叠伞大，又因为自动折叠的结构使得重量也大，从而也会增加携带的不便性。

我们将传统想法中的伞和背包结构结合起来，根据市场调查总结人们对于这两者真正需要什么。深入调查和设计两者的结合方式。使人们能够更轻松遮风挡雨，解放双手。

本产品主要研究：

一 对传统想法中的伞和背包结构重新设计结合，以模型或者产品的方式呈现出来；

二 提供更好的便携性，符合人机交互，完全腾出双手；

三 不能丢失传统伞的防雨、遮阳功能。

在人们的日程生活中，下雨天几乎人手会需要一把伞，而目前的多折伞的结构复杂，使用寿命极短，且不易维修。如若雨天青少年未带雨伞，又会让父母担心，该产品针对的人群为青少年和旅行人群，背包伞在解决储物同时带有遮雨和遮挡阳光的功能，更完善的伞面设计使得使用者不受雨水的侵扰，完全解放人们的双手。

创新点：

1背包与伞的结合，衍生出的一款跨界产品，真正做到一举两得。

2简易的伞面开合方式，并不需要复杂的机械结构。降低生产成本，方便日后维修。

3解放双手，更加集中用户行走时的注意力，让人们的生活效率提升。

4研究雨伞与产品的结合将能够衍生出更多结合物。

二、背包伞的结构分析

雨伞的功能是供人遮雨，就发挥雨伞的功能作用而言，把人看作雨伞的组成部分是完全合理的。因此，人在使用雨伞时组成了人- -雨伞系统，该人一雨伞系统中的人一雨伞界面关系可由(图一)来进行分析。

1.人与支撑部件关系

支撑部件主要有伞柄、伞把手、伞骨穆头等。伞柄是伞的主心骨,支撑着整个伞。从人机关系来看，伞柄、伞把手、伞骨穆头等的位置和大小，以及它们之间的相互关系，与手持雨伞人的手握位置和肌肉的动作有着密切的联系。伞把是人撑伞时手握的部位，是关乎手握雨伞的舒适度，人在什么情况下才能平稳地拿住伞;伞柄的压簧什么时候能很省力地按捏，人在收缩伞柄的时候，什么时候伞骨穆头的位置是符合人所需要的长度，这些都是诀定于人体特性的设计参数。

2.人与撑开部件关系

撑开部件主要有伞骨、伞骨关圈等，构成伞面的支架。伞骨是支撑整个伞面的,它能折叠能撑开,便于携带。为了能在使用时省力就该在伞骨、伞骨关圈、键钮之间的关系来找关键。如伞骨的张开的大小，伞骨的高度，伞骨关圈上键钮的大小是否符合手按键钮时的舒适度。

3.人与遮雨部件关系

伞面是伞中最重要的部分,担负着遮雨的责任，而伞面与伞骨的关系是支撑与被支撑的关系，支撑骨架、伞面骨架和水平骨架套在同一个光圈上，连成一个整体的雨伞伞骨支架，并贴合着伞面。伞面的张开大小、弧度，关系着人在伞下不被淋湿。雨伞在使用时与人的关系密切，因此影响雨伞的人体因素也很多。二、影响雨伞性能的人体因素雨伞在使用时与人的关系密切，因此影响雨伞的人体因素也很多。

1.人的体格因素

一般人的最大肩宽为486 99%，为了更好的防雨，伞面的直径是该数据的两倍(1000) ，使人在伞下有单手活动范围(上臂长313 50%) 。

2.人的上肢肌力

人打开伞的主要原动力来源于人的上肢肌力，当人握着伞把手,右手捏住伞骨关圈，推开时用的省力程度，主要取决于伞骨结构中主伞骨，支伞骨，铰接座.的灵活程度。伞柄内设计了一件压簧，应用作用力和反作用力的原理，收起伞时压簧受到了挤压力，在打开伞时，压簧释放了挤压力，成为伞自动打开的动力。伞柄的压簧，人在使用时，手按压簧受到了挤压力，这关乎拇指的肌力。伞柄的长度关系到人是否能在风雨中稳稳地拿住雨伞，是人的上肢肌力得到最好的释放。

3.人的手和握力

影响雨伞的平衡性的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。为了长时间握伞而不致使手有酸痛的感觉,希望只用最大握力的10%左右和舒适的把手便能得到必要的稳定性和持久性。三、雨伞设计结构要素分析雨伞设计中不仅仅只考虑上面的要素，雨伞本身的设计要素更要关注

1.伞柄

人最舒适的关节活动:前臂长的弯曲在145°范围内。(前臂长 237 50%)肘高离眼(眼高减肘高减前臂长535 50%) 298，所以伞柄长-般在50-60cm之间是人最舒适的高度。

伞把的大小要与手的大小成- -定的比例，为了考虑折伞时能很好的把伞骨包容好，伞把的高度一般设计在手掌的二分之-高，-般在2cm-5cm,伞把的圈大小，-般在手指的长度范围内，使人能握着舒服且握得牢，这样- -来手握伞把时就能很灵活的转动它，以便在使用中更换动作。伞把一般都是以塑料材料来制成的，一般它是长杆型、圆筒型两类，表面是镀了-层光滑的膜，使它更美观。折收雨.伞时把伞骨支条收在伞把圆筒里面。手握伞把时手的通常姿势和伞骨收进伞把的圆筒中姿势如图所示。

图一

伞骨关圈是伞在撑开时能否灵活的关键，它连接着伞柄与伞骨的部分，也是伞骨关圈扣在伞柄的设置处，使它可以轻松地扣在伞柄的口子上。在这里有一个压簧,伞的压簧灵活程度影响着伞在关闭时人所用的力,现在的伞骨关圈改变了之前的易裂不防潮的竹子材质，换成了现在的硬塑料材质，即减轻了重量，提高了性能，又增加了美观性。关圈的大小根据伞柄最大的半径来定。(图二)是伞骨和伞柄的铰接处伞柄穆头的灵活程度关乎着人在收缩伞柄时要出的力,要考虑用一定的手部肌力来推拉伞柄。它是用不锈钢或铜片做成的小半圆,利用弹簧来进行挤压收缩，以达到收缩伞柄的效果。伞柄的半径是半径在5-10mm左右，上大下小， 互相贴合。人在收伞时，左手握住伞骨关圈，右手掌心推伞把，来收起伞柄，这里就考虑到了伞柄穆头的灵活设计，还有伞柄关节之间的贴合度。

图二

2.伞骨

伞骨结构主要由主伞骨、 支伞骨、铰接座组成。伞骨的材质主要是用木头、竹子、金属等材料制成，现在普遍用的是金属材料。伞骨大致可分为:铁骨、钢骨、铝合金骨、纤维骨、树脂骨，我们最经常见的是8骨的铁骨和钢骨。8骨10骨在雨伞和晴雨伞.上用的比较多.但是为了降成本现在有很多晴雨伞在用7骨做。6骨7骨在遮阳的超轻的伞上用的比较多。材质大多用铝合金骨’纤维骨'树脂骨。但铝合金骨’纤维骨’树脂骨的价格比较高，所以经常用在高档伞上。高档伞讲究款式，在设计伞的时候会考虑伞型问题。不会去考虑用伞骨的多少来降低成本，所以晴雨伞伞骨多的好-一些，遮阳的超轻的伞不用考虑伞骨的多少。伞骨是由支撑骨架、伞面骨架和水平骨架套在圆环上并依次通过下接头、上接头和活动接头固定的。伞骨关圈上的键钮在设计时要注意拇指按在.上面的舒适度,使人很轻松的出力。伞的伞骨能收起来成为直线状态，是三角形的内角和是180度的原理，打开支撑伞是三角形的稳定性的原理。雨伞骨结构主要由主伞骨，支伞骨，铰接座组成，其特征在于:在主伞骨与支伞骨相连接的铰接座部位,分别在呈U形伞骨的凹槽内予以注胶射出形成一包复位及铰接座，该铰接座与主伞骨-体成型，并供支伞骨一端铆接固定， 主伞骨被包复体所容置，在铰接座两侧主伞骨凹槽内，以及在主伞骨周缘予以注胶射出数个环状体，该环状体与主伞骨一体成型。

3.伞面

伞面的制作材料有塑料布、油布、绸布以及经久耐用的尼龙布等。伞面要不漏水，主要靠的是雨伞整体的物理结构,当整个伞面张开的时候,起物理张力是很大的,就是说伞的面料被很强的拉力拉开，布料每根结构绳之间的间距变的很小，雨滴落在上面，由于雨滴表面的张力,很难透过这样小的孔隙,而伞的大部分地区都有一个斜度,而由于雨滴的重力的斜向分力大于摩擦力,就使得雨滴沿着斜向分力的方向划落。伞面的形态不是平面的， 而是成一定的角度向下，雨伞的伞面形状根据伞骨支架的弧度变化。伞面形状种类繁多，下面几个是比较普遍的形状。伞面弧度-般在30° -60°左右，人在半包围的圆里可以挡住不同方向来的雨滴，并能很好地挡住雨水。

人机工程学在雨伞设计中的应用是很重要的，这不仅仅是人-雨伞系统的有机结合，也是人在使用雨伞过程中必不可少的体验，而影响雨伞性能的人体因素人的上肢肌力和人的手、握力在雨伞设计中有明显的密切关系。雨伞设计结构要素的了解分析让我们此基础上更深层次的去研究人机工程学的知识并发现和改善我们的使用工具一伞。

三、背包伞的创新设计方法

1.背包伞外观造型的形态设计

产品形态设计应与环境相适应。环境是提供信息的来源，设计的产品必须呼应环境的体现，传达出系列的信息(形态、色彩、结构、材料)来显示产品应放置的环境及可能引起的各种关系。如柜式空调、窗式空调、分体式空调等由于使用环境不同而造型各异。

产品形态设计应体现一定的文化特征。 产品是文化的一种体现方式，不同时期的产品都会反映出当代社会人们的思想观念和文化特征、日常生活习惯、选品的喜好。在产品语意的表达中,常采用隐喻、象征、符号等方式来传达产品的文化内涵。隐喻是通过暗示或比喻的手法传达产品信息，赋予产品更深层次的内涵。象征是通过某一特定的具体形象来表示与之相近或相似的概念、思想和感情，多在文创类产品上使用，象征当地的文化、地域或习俗。符号的应用必须以人们的习惯或文化特征为基础，在产品中加入一些大家熟悉的符号元素，可以快速拉近产品与人的关系，引导消费者正确的使用产品。

产品形态设计应传达出正确的使用信息。音乐家通过音符的节奏与韵律来表达白己的感情，作家以文字为语言来进行写作，画家以图形、色彩来进行创作，产品设计师则通过产品造型来作为语言沟通产品与人的关系，分模线、表面丝印、符号、按键、扣手等都是设计的语言。产品形态是传递信息的载体，设计师通常利用特有的造型语言进行产品形态设计，向外界传达出设计师的思想与理念，而消费者也是通过产品形态传达的信息作出购买的决定。

在背包伞的设计中应遵循简洁便携的设计思路，从外观形态到使用功能都以能让使用者增强产品舒适的体验感为目的。

2.背包伞的材料与工艺研究

背包主体部分采用涤纶，伞的部分则采用化学纤维骨架，自动伸缩功能，伞面采用空气喷射，有效阻隔雨水。

图三

3.背包伞造型的设计思路研究

目前常见的雨伞开合方式有手动开合式、自动开合式、反向开合式等，其中手动开合式是最传统的，但因为操作行为时间较长，行为方式繁琐，使用时并不轻松。

在手动开合方式之后，有众多设计师设计出了不同的自动开启式雨伞。主要的设计思路是在伞骨中间设置弹簧，然后通过弹簧的弹力实现自动开合。但由于需要预先拉紧弹簧来获得弹力，使用起来并没有想象的那样轻松。而且这种所谓的自动，其实只能实现开或者合的一步操作，并未达到全自动的效果。而此款产品采用全自动的开合方式，强气流的伞面。既有良好的遮雨性能，又便携舒适，能够达到轻松使用的效果。

功能是对产品的具体效用和技术系统能够完成任务的抽象描述，也是评价产品或技术系统价值的重要标准，功能反映出产品或技术系统的特定用途和特性，反映了产品与功能、实物特性与功能特性之间的抽象关系。

“好的设计是将我们与竞争对手区分开的最重要方法”，三星电子首席执行官尹钟龙这样表达对工业设计的理解。其实不仅如此，尹钟龙的意思是:设计也是生产力。索尼、东芝以及韩国三星和LG，都把工业设计作为自己的“第二核心技术”，被许多厂商视为摆脱同质化竞争，实施差异化品牌竞争策略的重要手段。对产品的外观和性能，材料、制造技术的发挥，以及品牌建设产生最直接的影响。

四、结论

经过一年多时间的研究，背包伞的造型、结构、材料已经清晰明了，我们将用户体验体现的更加纯粹，采用自动开伞，强空气喷射伞面，解决了多个产品测评里面多次提到开伞不便的缺点。只有回归问题本质，解决真正需要解决的问题，才能吸引更多的人前来购买。

项目基金：2018年自治区大学生创新创业训练项目：解放双手——背包伞（隐藏式雨伞）设计制作（201813644024）

项目基金：2020年度广西高等教育本科教学改革工程项目：“专创融合”视角下的工业设计专业课程改革与实践（2020JGB468）