基于人因工程的台式机键盘设计.docx

基于人因工程的台式机键盘设计一、引言人因工程学就是按照人的特性设计和改进人-机-环境系统的科学。人-机-环境系统是指由共处于同一时间和空间的人与其所操纵的机器以及他们所处的周围环境所构成的系统，也可以简称为人-机系统。为了实现人、机、环境之间的最佳匹配，人因工程学把人的工作优化问题作为追求的重要目标。其标志是使处于不同条件下的人能高效、安全、健康、舒适地工作和生活。随着近几十年来技术进步的飞速发展，人因工程学的地位越来越重要。人因工程涉及的领域包括宇航系统、城市规划、工厂运作、机械设备、交通工具、家具制造、服装、生活用品制造等。人类的各种活动都不可避免地与人发生关系，而如何使各种活动更加适合于人的需要都会不可避免地应用到人因工程学。人因工程学以人及有关的设备和环境为研究对象。其研究方法很多，并且还在不断出现新的研究方法，系统分析法就是其中的一种。从研究手段看，研究方法可以分为实验性和非实验性两大类。从研究结果看，研究方法通常被分为三类：描述性研究、试验性研究、评价研究。人因工程学的形成吸取了“人体科学”、“技术科学”、“环境科学”等学科的研究成果、思想、原理、准则、数据和方法。 人因工程是一门技术人性化的学科，即把人作为产品设计的出发点，使产品能更好地满足人类的生理和心理需求，进而使人类的生活和工作更安全、更便捷、更舒适、更高效。人体测量学是人因工程学中必不可少的基础学科，人体数据测量是进行产品设计的重要依据，因此产品设计中的诸多问题，都可以应用人体测量学理论和人体测量数据来解决。本文就以计算机键盘为例，从人因工程的角度分析键盘的设计与评价。二、研究设想好键盘的应具备的品性：1、键盘的触感：作为日常接触最多的输入设备，手感毫无疑问是最重要的。手感主要是由按键的力度阻键程度来决定的。判段一款键盘的手感如何，会从按键弹力是否适中、按键受力是否均匀，键帽是否是松动或摇晃以及键程是否合适这几方面来测试。虽然不同用户对按键的弹力和键程有不同的要求，但一款高质量的键盘在这几方面应该都能符合绝大多数用户的使用习惯的，而按键受力均匀和键帽牢固是必须保证的，否则就可能导致卡键或者让用户感觉疲劳。2、键盘的外观：外观包括键盘的颜色和形状，一款漂亮时尚的键盘会为你的桌面添色不少，而一款古板的键盘会让你的工作更加沉闷。因此，对于键盘，只要你觉得漂亮、喜欢、实用就可以了。3、键盘的做工：键盘的成本较低，但并不代表就可以马虎应付。好键盘的表面及凌角处理精致细腻，键帽上的字母和符号通常采用激光刻入，手摸上去有凹凸的感觉，选购的时候认真检查键位上所印字迹是否刻上去的，不是那种直接用油墨印上去的，因为这种键盘的字迹，你用不了多久，就会脱落。4、键盘键位布局：键盘的键位分布虽然有标准，但是在这个标准上各个厂商还是有回旋余地的。一流厂商可以利用他的经验把键盘的键位排列的更体贴用户，小厂商就只能沿用最基本的标准，甚至因为品质不过关而做出键位分布极差的键盘。5、键盘的噪音:相信所有用户都很讨厌敲击键盘所产生的噪音，尤其是那些深夜还在工作、游戏、上网的用户，因此，一款好的键盘必须保证在高速敲击时也只产生较小的噪音，不影响到别人休息。6、键盘的键位冲突问题:日常生活中，我们或多或少玩一些游戏，在玩游戏的时候，就会出现某些组合键的连续使用，那么这就要求这些键盘具备这些游戏键不冲突。三、 目前键盘存在的问题分析1.两手距离偏近：当双手放置在基准键位时,食指间距45mm,与自然姿态时的120mm相比,容易导致前臂内旋、两肘两肩内收、屈前臂肌紧张,短时间内就可造成肩颈部酸痛,以至影响整个输入过程的正常进行.2. 按键呈水平直线排列：与手在自然状态下的运动路线不相符。操作时,手腕向下弯曲并内旋,双手呈正放姿态(掌心朝下),同时前臂内旋,处在肌肉强迫状态。在整个运动过程中,上肢近乎直线运动,一直处在高度紧张状态中。3.键位设置不合理（1）Back Space键许多键盘加大回车键的尺寸来方便敲击,却忽略了BackSpace键,将其放置在键盘主键区最右上角,该键键帽大小也只有12mm14mm。由于Back Space键被设计在远离J键的角落,使用者在进行文本输入时经常误按成其邻近的键。在击键时右手被迫腾起,食指离开基准键位。这导致了敲击速度和正确率大大下降。而在实际的作业过程中, Back Space键的使用频率比回车键要高4倍以上。所以此键的改进设计是一个重点。（2）编辑与定位键区传统键盘的编辑与定位键区设计在键盘中部偏右位置。右手在操作鼠标时若要按这些键,要么右手放下鼠标操作后又返回点击鼠标,要么左手伸到键盘右部来进行此操作。这使得操作起来极不方便。左右手的分工也不尽合理,一般情况下右手基本上需要“包揽”主键盘区中线以右的敲击任务,约占整个键盘的2/3。而且此键区也没有一个起定位作用的基准键位,操作时几乎无法实现盲打。另外键位排列不够科学,定位键与编辑键的配合脱节,定位键与定位键之间的配合也不方便。（3）“=”号键数字辅助键盘区提供给专门数字录入人员极大的操作方便性,却忽视了“=”键。用户在编写程序或进行计算时,习惯将“=”键与“+”、“-”、“*”、“/”等运算符联系在一起。而传统设计未将“=”键集中设计在数字辅助键盘区上,用户在输入时不得不从数字辅助键盘区“跳跃”至主键盘区寻找“=”键,降低了作业效率。四、改进方案1.主键盘区手-前臂之间夹角7090,以保证作业时肘关节受力而不是上臂肌肉受力;还应保持手和前臂呈直线,腕部向上不得超过0,腕外展不超过15;双手向内相向交叉成6070,手指自然弯曲,同手掌一起构成一个半圆形,呈空握球状;两手掌间距约100280mm。设计主键盘区沿中心线各自左右分开,两基准定位键之间距离约80100mm。左右两片对称中心线倾斜155,且中部稍高,向外部顺势成一定倾角倾斜,可以有效避免肘关节外展、手掌内旋、手指桡偏等引起的肌肉紧张与疲劳。同时这也可以提高点击正确率,初级用户可以有效避免中心线上临界键(如5与6,T与Y,G与H等)的误操作。2. 编辑定位键区和数字辅助键区重新布局编辑与定位键区，将“”键设置为该键区的基准键位,与数字辅助键区的基准键排列在同一直线上,以符合左右手的对称动作习惯。Delete键移至基准键的下方,“Home”、“End”、“Page Up”、“Page Down4个键对称横向排列,定位键之间的配合良好。结合每个键的功能,在转换键位时只须手指(食指和无名指)之间切换,改变了原来作业手腕的竖向移动。“Print Screen”、“Scroll Lock”、“PauseBreak”3个键照旧对应放置。改进后的数字辅助键区见图5,将“+”键拆分为“+”、 “-”键,在原来“-”键的位置插入“=”键。同时将编辑定位键区和数字辅助键区沿键盘中心线对称分布在主键盘区的左右两边。3. Back Space键和Insert键原空格键按主键盘左右分区分开后,左空格键功能不变,将右空格键(即右手大拇指控制键)设计成Back Space键。运用重复功能有效分割原理,既基本保持了传统键盘的设计风格,满足用户作业心理习惯;又极大提高了Back Space这个重要键的操作有效性。改进后的敲击动作右手无须移动,而且敲击速度和准确率能够大大提高。用户在半天内能基本熟练盲打这个键。综合考虑整个键盘布局“