人機工程學課程論文

1、課 程 論 文人 機 工 程 學鼠標、鍵盤人機工程設計產品的現狀與分析 梁子京201330230416指 導 教 師鄭丁科副教授學 院 名 稱工程學院專業(yè)及班級機制4班提 交 日 期2016年5月答 辯 日 期年月鼠標、鍵盤人機工程設計產品的現狀與分析摘要：社會的發(fā)展、技術的進步、產品的更新、生活節(jié)奏的加快等等一系列的社會與物質的因素，使人們在享受物質生活的同時，更加注重產品在方便、舒適、可靠、價值、安全和效率等方面的評價，也就是在產品設計中常提到的人性化設計問題。人性化產品，就是包含人機工程的的產品，只要是“人”所使用的產品，都應在人機工程上加以考慮，產品的造型與人機工程無疑是結合在一起的。

2、通過本次設計，我們將知識運用于實際，更加深刻、細致地了解了人機設計在生活中的應用，為我們在今后人機設計方面打下夯實的基礎。通過對人性產品設計具體實例來說明人性化設計中所包含的人機工程學因素，指出中國未來的產品設計必以創(chuàng)新和革新為首要條件，人機工程學，使人性化的設計真正體現出對人的尊重和關心，是一種人文精神的體現，是人與產品完美和諧結合。關鍵詞：人機工程學、鼠標、鍵盤目 錄1 前言42 調研情況42.1 部分調研問答43 發(fā)展與現狀分析63.1 鍵鼠的發(fā)展歷程63.2 鍵盤設計現狀分析73.2.1 微軟人體工學4000鍵盤 73.2.2 波浪形設計83.2.3 游戲專用鍵盤更要注重人體工學設計8

3、3.3 鼠標設計現狀分析93.3.1 多彩垂直鼠標93.3.2 眾多快捷鍵設計94 數據資料分析104.1 鼠標的設計原則104.2 鍵盤的設計原則114.2.1 產生不適的原因115 綜合與分析125.1 鍵盤問題分析125.1.1 鍵盤的Delete 和Backspace 布局不合理125.1.2 數字輔助鍵盤區(qū)的布局不合理125.1.3 鍵盤的整體規(guī)劃問題135.2 鼠標問題分析136 鍵鼠人機工程學的改進146.1 鍵盤設計改進146.1.1 改變鍵面傾斜度146.1.2 改變傳統(tǒng)鍵位146.1.3 設置更多快捷鍵156.2 鼠標設計改進166.3 環(huán)境-人-物的密不可分的關系166.

4、4 不良使用習慣糾正17參考文獻181 前言當你長時間使用電腦后，是否經常會感到腰酸背疼、手腕麻木乏力，一旦出現這些癥狀，就說明電腦正在威脅著你的健康。這些情況的出現一方面是由于我們的使用時間過長，使用習慣不良造成；另一方面也是由于鍵盤鼠標中的人體工程學尚不夠完善。那么在電腦用戶中所占比例龐大的大學生們中，他們對鍵盤和鼠標在人機工程設計的認識和理解又是怎樣的呢？2 調研情況根據在我們的大學生100位同學中的問卷調查顯示。有23%的同學表示在長時間使用電腦后會感到手腕乏力、酸痛；42%的同學說在長時間使用電腦后感到關節(jié)動起來不順會有噼啪的聲音；35%的同學說他們在長時間使用電腦后肩頸酸痛。而在關

5、于“你對鼠標鍵盤人體工程學知道嗎”的問題時，只有大約10%的同學回答“有一點了解”。還有一點值得關注的是，在這些100位同學中，不戴眼鏡的只有大約2成。 對于問卷，我們可以看出，絕大部分的中學生對于使用電腦還缺乏健康意識，他們對于預防電腦疾病的意識還很淡薄，缺少對人機工程學在生活中的理解與應用。2.1 部分調研問答1、 您的性別a男 b女2、 您現在的年級a大一 b大二 c大三 d大四3、 您擁有自己的電腦嗎？a有 b沒有4、您擁有的是臺式電腦還是筆記本電腦？a臺式電腦 b筆記本電腦5、您鼠標購買前通過什么渠道來了解此產品？ a網絡 b雜志報刊 c廣告 d朋友介紹 e不用了解直接買 6、 您平

6、均每天使用鼠標鍵盤的時間是a1小時以下 b1-2小時 c3-4小時 d5-6小時 e7小時以上7、 您現在使用的鼠標鍵盤是什么牌子的？a微軟 b羅技 c雙飛燕 d其他 e不知道8、您選擇現在所用的鼠標鍵盤是因為它 （可多選）a價格較便宜 b價格合適 c質量性能好 d外觀美 e知名度高 f朋友介紹 g其他9、您喜歡什么樣造型的鼠標鍵盤？ a普通造型 b造型獨特 c不講究10喜歡鼠標鍵盤的大小a較大 b適中 c袖珍迷你 11喜歡希望鼠標是什么材質的a光滑的 b磨砂的 c不講究 d其他12習慣適用鼠標的重量a較重 b較輕 c不講究 d不知道13最喜歡哪幾類顏色的鼠標？（可多選） a黑 b白 c紅 d

7、黃 e橙 f綠 g藍 h紫 i灰14望鼠標鍵盤有什么功能？（可多選）a打開網頁、軟件的快捷鍵 b提示郵箱、QQ、MSN信息功能 c其他15會選擇無線鼠標嗎？原因。a會 b不會原因：_16一般用鼠標鍵盤做什么事情？a最基本應用 b上網 c游戲 d三維建模 17關注鼠標鍵盤的性能方面時更偏重 a使用壽命 b手感舒適度 c先進技術 d人性化 e質量 18使用的鼠標一般怎么選擇（可以設置牌子、款式、材質等選項）19鼠標鍵盤購買前通過什么渠道來了解此產品？ a網絡 b雜志報刊 c廣告 d朋友介紹 e不用了解直接買 （可多選）20有沒有感覺鼠標鍵盤用久了出現什么問題？a手指變形 b腰部變形 c身體多個部位

8、酸痛21對目前市場上的鼠標鍵盤有什么看法，有哪些地方需要改進？看法與改進：_3 發(fā)展與現狀分析3.1 鍵鼠的發(fā)展歷程 鍵鼠產品已經發(fā)展了幾十年，作為電腦桌面上使用頻率最高的輸入工具，同時也是人機交流的最重要工具，它的性能好壞直接決定了我們工作效率的高低。隨著技術的發(fā)展，我們從最原始的機械鼠標到激光鼠標，從有線鼠標到無線鼠標，從功能簡單的機械鍵盤到功能豐富的多媒體鍵盤，我們已經在技術方面已經很好地瞞足人類的需求。如今，電腦為人們帶來快速、精確的計算、方便的管理模式以及便捷的溝通方式。然而目前市面上多數鍵盤卻未能滿足良好的宜人性，許多電腦癥候群也隨之而來，長時間地使用鍵盤容易造成雙手肌肉的緊張，嚴

9、重的甚至造成使用者肌體上的勞累損傷，如重復性施緊傷害、累積性骨骼肌肉損傷等等。而且鍵盤上各功能區(qū)和按鍵的布置不盡合理，導致輸入效率低下。和其他工業(yè)一樣，一旦技術不是問題，我們就會將更多的精力轉向其他方面的研究。人體工程學就是其中的一個項目。人體工程學(Human Engineering)，也稱人類工程學、人間工學或工效學(Ergonomics)。工效學Ergonomis原出希臘文“Ergo”，即“工作、勞動”和“nomos”即“規(guī)律、效果”，也即探討人們勞動、工作效果、效能的規(guī)律性。人體工程學是由6門分支學科組成，即：人體測量學、生物力學、勞動生理學、環(huán)境生理學、工程心理學、時間與工作研究。在

10、第二次世界大戰(zhàn)之后，人體工程學就已經作為獨立的學科開始發(fā)展，在設計、環(huán)境、軍事等諸多領域都有廣泛的應用，可以說，只要是有人機交流的地方就有人體工學的應用，而鍵鼠外設的人體工學也已經成長了多年。 對鍵鼠來說，使用舒適永遠是最重要的，用戶不會為了追求某些功能而忍耐它不堪忍受的手感?，F在的鼠標和鍵盤 圖1 圖2 圖3 圖43.2 鍵盤設計現狀分析 鍵盤作為較早的計算機輸入設備，從它的發(fā)展中我們也能看到一些計算機發(fā)展的影子。普通鍵盤的主鍵區(qū)，也就是字母鍵區(qū)，鍵位整體呈長方形排列，使用時，我們的兩個手腕要向內收攏，時間長了非常不舒適，針對這一現象，很多品牌都推出了兩個主鍵區(qū)的人體工學鍵盤。3.2.1 微

11、軟人體工學4000鍵盤這種設計可以讓我們在使用鍵盤時手腕自然的放置在桌面上或是腕托上，長時間使用也不會有不適感。而且我們從側面觀察鍵盤可以發(fā)現，這些按鍵的高度也是不一樣的，中間略高而兩側略低，我們的手是在一個曲率半徑較大的弧線上進行操作的，非常接近自然狀態(tài)。 圖53.2.2 波浪形設計 另外像羅技WAVE鍵盤也是一款人體工學設計出色的鍵盤，雖然它沒有將主鍵區(qū)分開，不過表面的波浪形并不是隨便設計的，根據手的擺放位置、手指長度等多種因素，經過計算得出了目前我們看到的波浪形。 圖63.2.3 游戲專用鍵盤更要注重人體工學設計 以上都屬于常規(guī)設計的標準鍵盤，還有一些針對游戲設計的專用鍵盤則更注重人體工

12、學的設計，根據游戲操作的具體情況，將常用的按鍵設計在特定的位置上，按鍵的位置、高度等同樣需要經過精確的計算得出。 圖73.3 鼠標設計現狀分析 相比于鍵盤，鼠標算是個“新生”事物了，在微軟推出視窗概念之后，鼠標才逐漸流行起來，并且成為桌面上必不可少的輸入設備。既然是每天都要和我們打交道的產品，它的人體工學設計自然也是十分重要。 工程師通過對人體手腕骨骼及關節(jié)的研究發(fā)現，我們平常使用的對稱鼠標并不是最舒適的，關節(jié)始終處在一個“擰”的狀態(tài)，長時間在這種狀態(tài)下使用還會給我們帶來一些疾病，于是就出現了更加符合人體工學設計的鼠標。 3.3.1 多彩垂直鼠標 多彩的垂直鼠標可以說是很具代表性的，垂直的設計

13、更加符合關節(jié)的自然狀態(tài)，不過使用起來還是需要用戶進行一段時間的適應。鼠標的外型只是人體工學的一方面，從廣義來講，只要是能夠使人機交流變得更加合理和方便的設計都可以稱作人體工學設計，那么鼠標上的快捷按鍵也是一項的重要的人體工學設計。 圖83.3.2 眾多快捷鍵設計 很多鼠標都增加了自定義功能鍵的設計，為的是能夠讓用戶更加靈活的應用鼠標，實現一些常用的功能，從而提高我們的工作效率。這些按鍵在位置上也體現出人體工學，按鍵的位置、按鍵的力度都是廠家需要考慮的問題，而且還要考慮到組合按鍵的問題，如果將兩個常用的組合按鍵設計在一個手指附近，這顯然不是好的設計。 圖94 數據資料分析4.1 鼠標的設計原則

14、對于手腕結構來說，多次的試驗證明，當人的手腕呈“仰起”狀態(tài)時，則“仰起”的夾角在15 度30 度之間的時候，是最舒適的狀態(tài)，超出這個范圍，會導致前臂肌肉處于拉伸狀態(tài)，而且也會導致血流的不暢。對于手掌來說，其最自然的形態(tài)就是半握拳狀態(tài)。而鼠標的造型設計，實際上就是要盡量貼合這個形態(tài)。 圖104.1.1 要使鼠標外殼緊密貼緊人手掌的兩個主要肌群拇指肌群和小指肌群。使它們能夠貼緊而又不受壓迫。受壓迫會導致手掌處于疲勞狀態(tài)，而貼不緊又有握不住的感覺。4.1.2 要使鼠標外殼緊貼掌弓而又不壓迫它。也就是鼠標外殼要貼緊手掌中間的那條“溝”。如果它不能貼緊，那么手心就會有“懸空”的感覺，而如果壓迫了它，因為

15、下面是手主要動脈和神經的必經之地，時間長了以后會導致手缺氧。4.1.3 鼠標的最高點應該位于手心而不是后部的掌淺動脈弓，否則會造成手掌產生壓迫感。對于手指，手指的自然形態(tài)應該是五個手指都不懸空，而且處于呈150 度左右的自然伸展狀態(tài)。而對于鼠標設計來說，手指部分的一個特別要求，就是當手指自然伸展時，第三指節(jié)的指肚應該正好處于鼠標按鍵的微動開關上，這樣才能獲得最佳的按鍵手感。4.2 鍵盤的設計原則： 使用計算機和打字機都需要進行鍵盤操作，目前工作人員長時間從事鍵盤操作往往產生手腕、手臂、肩背的疲勞，影響工作和休息。 圖114.2.1 產生不適的原因 從人體工程學的角度看，要想提高作業(yè)效率及能持久

16、地操作，操作者應能采用舒適、自然的作業(yè)姿勢，工作人員因現有的鍵盤操作條件而采用不正常的姿勢，是導致身體疲勞的主要原因。因為在目前的工作臺上操作鍵盤，如果工作人員手腕放在臺面上，由于鍵盤1的鍵面高于工作臺面，必然要讓腕部上翹，時間一長會引起腕關節(jié)疼痛；而懸腕或懸肘的操作雖然較為靈活，但由于手部缺乏支撐，手臂或肩背的肌肉不得不保持緊張，故不能持久，也易疲勞。4.2.2、用人機工程解決辦法。 對這個問題，人體工程學現有的研究結論是“鍵盤自臺面至中間一行鍵的高度應盡量降低”。鍵盤前沿厚度超過50mm就會引起腕部過分上翹，從而加重手部負荷。此厚度最好保持在30mm左右，必要時可加掌墊。即通過減薄鍵盤本身

17、的厚度和在鍵盤前增加手部的支撐件來解決。鍵盤可減薄的程度是有限的。操作動作的合理性直接影響操作者的舒適性和工作效率。 手-鍵盤界面最自然的姿勢為上臂從肩關節(jié)自然下垂,與前臂之間夾角7090°,以保證作業(yè)時肘關節(jié)受力而不是上臂肌肉受力;還應保持手和前臂呈一直線,腕部向上不得超過20°,腕外 展不超過15°雙手向內相向交叉成6070°,手指自然彎曲,同手掌一起構成一個圓形,呈空握球狀;兩手掌間距約100280mm 。設計主鍵盤區(qū)沿中心線各自左右分開,兩基準定位鍵之間距離約80100mm 。5 綜合與分析：5.1 鍵盤問題分析雖然很多設計者就鍵盤設計提出了一些

18、建議和方案，但是目前普遍使用的計算機鍵盤基本為1971 年國際標準化組織認證的國際標準鍵盤QWERTY 鍵盤，由主鍵盤區(qū)、F 鍵功能鍵盤區(qū)、編輯與定位鍵盤區(qū)和數字輔助鍵盤區(qū)組成，如圖1 所示。根據筆者的體驗和調研，總結出了這類鍵盤的不合理之處如下。圖12 普通QWERTY 鍵盤5.1.1 鍵盤的Delete 和Backspace 布局不合理目前流行的鍵盤通常將“Delete”和“Backspace”鍵放置在主鍵區(qū)的右上方，由于這兩個鍵遠離J 鍵，使用戶輸入文本時經常誤按其它鍵，而且擊鍵時右手食指被迫挪位離開基準鍵，導致了敲擊效率和正確率降低。5.1.2 數字輔助鍵盤區(qū)的布局不合理 數字輔助鍵盤

19、區(qū)缺少“= ”鍵，“= ”遠離“+ ”、“”、“* ”和“/”等運算符，用戶在輸入時不得不從數字輔助鍵盤區(qū)“跳躍”至主鍵盤區(qū)尋找“=”鍵，使經常編寫程序、進行計算和輸入公式的用戶使用不方便，降低了工作效率。5.1.3 鍵盤的整體規(guī)劃問題 現有鍵盤中除左右兩半分開的K 類鍵盤外，用戶使用其它鍵盤時兩手距離較近，而且雙臂夾緊，從而導致了肌肉疲勞。如圖2 所示為人手和小臂在操作面上的自然狀態(tài)。操作普通鍵盤如圖3 所示，從圖3 中可以看出，用戶在操作普通鍵盤時手臂改變了自然狀態(tài)，兩手距離偏近，并且雙手放置在基準鍵位時，前臂內旋、肘肩內收、屈前臂肌緊張，很容易引起肩背部酸痛。 圖13 圖14 因此，鍵盤

20、的設計應盡量使之適應手指動作的要求，減少手腕動作，避免手臂或更高級次的動作。為提高效率，降低能量消耗，在鍵盤設計中應當注意以下三個方面的內容：盡量減少手指的轉移動作，轉移動作中盡量減少列轉移；除拇指外，前四指的擊鍵動作應當是短促的按壓動作，而拇指要避免按壓動作，其側向劃撥動作效率高而且運用自如，因此鍵盤設計要考慮各手指鍵特別是拇指鍵位置與對應手指動作相適應的問題；鍵盤橫向排列要與前四指在同一行操作時的自然位置相適應，縱向排列要與手指行轉移的自然方向和范圍相適應。5.2 鼠標問題分析長時間使用鼠標，堅硬的塑料外殼可能讓手部感覺疲勞，而且汗水也會產生滑脫現象。許多頻繁使用鼠標的人會發(fā)現自己的腕骨突

21、出，手指和手腕會經常出現酸疼的感覺，這就說明其鼠標的設計并沒有體現以人為本的設計思想。手與鼠標的關系，手的彎曲程度，拇指與食指的角度60°，運作過程中主要是手掌用力。玩家在使用鼠標的過程中會發(fā)現手指和手腕會出現酸疼的感覺，這就說明鼠標造型的設計不合理，沒有體現出人體工程學的設計思想。好的鼠標在實際手握時感覺輕松而舒適且與手掌面貼合，按鍵輕松而有彈性。 圖146 鍵鼠人機工程學的改進：6.1 鍵盤設計改進6.1.1 改變鍵面傾斜度一直以來，我們的鍵盤都是按照鍵位有角度地排列。越靠近手腕的地方越低。這種設計的初衷是為了讓使用者更快地敲擊鍵盤。時至今日，這種設計卻留下了一個隱患，為了適應這

22、種角度，手腕不得不保持一定角度的上翹。肌肉始終處在緊張的狀態(tài)下，血管和神經自然就會出現血脈不暢，就是前面提到的酸脹麻等感覺。雖然可以在鍵盤下方增加腕托解決問題，但治標不治本。于是，零傾斜的理念出現了。什么是零傾斜？就是鍵盤上的任何按鍵處于同一位置，而且所有鍵面與水平面沒有夾角 。 圖156.1.2 改變傳統(tǒng)鍵位這個概念同樣由羅技公司提出，它是為了縮短鍵盤和鼠標的距離而產生。大多數人對于使用電腦鍵盤沒有留意過，手總是會在鍵盤鼠標之間來回移動。對于經常使用QQ 和MSN的同學來說，這種移動真是再熟悉不過了。雙手打字，然后操縱鼠標發(fā)送訊息，周而復始。這個看似簡單的動作卻是由眾多部位肌肉協(xié)同完成。如果

23、長時間操作，毫無疑問的是我們的手就是在鍵盤和鼠標之間進行了無數次往返跑。精簡鍵盤字母排列，在一定程度上減少了手腕在往返過程中的位移，雖然縮短的距離不多，但是累計起來還是十分可觀的。 圖166.1.3 設置更多快捷鍵 提到快捷鍵，我們首先想到的是可以快速關閉窗口調出關機/重啟界面的ALT +F4,還有其他很多。其實快捷鍵也是鍵盤人體工程學原理的一部分。以微軟公司的精巧辦公鍵盤為例。我們可以看到，在鍵盤上方有眾多快捷鍵。用戶只要通過使用鍵盤，就可以到原來需要鼠標點擊才能有的效果，試想，如果僅僅以鼠標移動來完成上述操作會是多么麻煩，我們的手部肌肉又要承受多少疲勞。 圖17 6.2 鼠標設計改進3D滾

24、輪設計，方便了喜歡觀看電子書和網頁的用戶，使他們不必再在翻頁和拖動頁面時移動鼠標。3D獨特造型圓珠型滾輪，完美手感。獨特的快捷按鈕。左右兩側采用對稱式的凹槽設計，加強了食指和中指的舒適度，最大限度地滿足人們使用鼠標時在手感以及舒適度和使用習慣方面的要求，盡量減輕長時間使用時身心的疲勞程度，盡量避免產生肌肉勞損的癥狀，從而最大限度地保護用戶的身心健康而且提高用戶的工作效率。借助軟橡膠手柄,手握時感覺輕松而舒適且與手掌面貼合，按鍵輕松而有彈性。 圖186.3 環(huán)境-人-物的密不可分的關系 圖19 從人體工程學的角度，提高作業(yè)效率及能持久地操作，操作者應能采用舒適、自然的作業(yè)姿勢，工作人員因現有的鍵盤操作條件而采用不正常的姿勢，是導致身體疲勞的主要原因。目前的工作臺上操作鍵盤，如果工作人員手腕放在臺面上，由于鍵盤的鍵面高于工作臺面，必