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1、1电脑键盘的人机学问题及改进设计电脑键盘的人机学问题及改进设计付永民 电脑键盘、鼠标和手写板是我们最常用的电脑输入设备，他们各有千秋，可以优势互补，在不同的任务中所起的作用不同。对于常用电脑的用户来说，电脑键盘存在很多设计不当的人机学问题，亟待解决。本文运用人机学的基本理论分析常用键盘存在的人机学问题，并给出人机学的解决方案。一、常用键盘一、常用键盘为了方便分析键盘的人机学问题，可以按照键盘的常用性、宜人性和所用的材料的不同进行分类，依次为：普通标准键盘、新型人机键盘、硅胶键盘。1、普通标准键盘图 1 普通标准键盘普通标准键盘共 108 键，所有的按键可分为五个区：打字键区、功能键区、编辑控制
2、键区、数字小键盘区和特殊功能区。键盘字母排列方式并不是按照 26 个字母的顺序排列的，而是一种叫做“QWERTY”式的排列方式，这点继承了英文打字机的传统。 “QWERTY”式的键盘是一位叫克里斯多夫斯库勒斯的工程师于 1873 年设计的，这样设计的目的是为了让人们降低打字速度。因为当时的英文打字机的技术不太过关，打字的速度过快，往往会造成打字机“卡壳” 。后来，大家已经慢慢习惯了这种排列的键盘，所以现在的计算机键盘也就采用了这种形式。台式机键帽的按键行程平均为 3.8-4.0 毫米，笔记本电脑键帽的按键行程平均为 2.50-3.0 毫米，手感舒适。2存在的人机学问题：存在的人机学问题：（1）
3、 、26 个英文字母的排列顺序造成学习困难、记忆困难、操作困难。无序排列不容易记忆，八个手指下的英文字母并不是最常用的字母。因此从新手到能够熟练操作这种键盘需要花费很多时间和精力。（2） 、直板键盘造成对腕部的伤害。人操作键盘时最自然的输入姿势是身体直立，两只前臂抬起成八字，这是两个腕部成 V 形，长时间使用直板式键盘就会伤害腕部肌肉。（3） 、字母键的直线排列使手指处在不同的弯曲和伸展状态（非自然的弯曲状态） ，不但影响打字效率，而且长时间击打键盘会使手指畸形发展。（4） 、键盘表面缺少弹性，触感较差。普通键盘选用的材料是硬质塑料，表面硬度过大，缺少弹性，触感较差。（5） 、按键声音过大。按
4、键声音的产生和单键的架构方式有关。（6） 、键盘功能有待扩展。为了方便操作，可以扩展键盘本身的功能，比如音量控制、上网、接收邮件等方面。2、新型人机键盘在键盘大家族中有一类产品充分考虑到人手的限制，能减少长期敲击键盘的疲劳感，那就是外形有些怪异的人体工学键盘。人体工学键盘的设计是将整个键盘由中间分为左右两个部分，使用者使用时手腕的角度向两侧倾斜，形成最自然的输入姿势（如图 2） 。图 2 V 形人机键盘2005 年微软推出了多媒体人机键盘（如图 3） ，是现在的键盘贵族，其提供的功能就更加丰富了，可以和多媒体播放软件整合，提供类似于播放软件遥控器的作用，如音量调节，CD 播放，快进快退等。可以
5、和互联网相结合，如一键拨号，一键收信等。其字母键的排3列顺序依然为 QWERTY。图 3 多媒体人机键盘2005 年新加坡设计师 Bob Teo 向市场推出他用 5 年之力设计出的革命性键盘ABKey（如图 4） 。ABkeyboard 的字母键的排列方式如图 5，字母键按字母顺序和使用频率进行排列，方便记忆、学习，操作效率更高。图 4 综合性人机键盘图 5 ABkeyboard 的字母键的排列方式它的形状是可变动的 V 形，这样可以满足各类人的生理需要，减轻腕部和手指的疲劳。它有 119 键，除了常用键之外还提供了多媒体软件控制键、快速上网键、USB 插口。43、硅胶键盘键盘用新材料硅胶制成
6、，既能防水，又能折叠，携带方便。缺点是键盘的功能有所减少，人机性较差。常作为笔记本的可拆卸键盘。图 6 硅胶键盘二、人与电脑键盘的关系二、人与电脑键盘的关系1、生理角度图 7 人操作电脑时的最佳工作状态5从图 7 中我们可以看出人使用键盘时肩部、前臂和腕部的最自然状态，图中红线表示两个腕部的垂直切面，键盘中的字母键的排列走向应当与红线一致，这样可以减轻肩部、前臂，尤其是腕部的非必要受力，保持身体相关部位的健康。图 8 各个手指的长短、蜷曲以及与键盘的接触情况人的十个手指常短不一，从图 8 我们可以看出每个手指弯曲蜷握后轻触普通标准电脑键盘的位置，拇指最靠后处在 SPACE 键的末端，中指最靠前
7、处在 D 键和 K 键的前端，无名指处在 S 键和 L 键的正中位置，食指处在 F 键和 L 键的末端，小指处在 A 键和“；”键的末端。由此可知，手指在操作键盘时只有无名指的弯曲和用力是最自然、最有效的，电脑键盘字母键的位置设计存在很严重的人机问题。图 9 所示为手指最自然的弯曲以及与平面的接触情况，每个手指与平面的最佳接触点分布在两个圆弧上，这两个圆弧组合在一起形成一个不规则的 V 形。每个人手指的长短不一，习惯不一，弯曲的轨迹也不一样。人机键盘字母键的位置应当如此排列并且可以自由调整。图 9 手指最自然的弯曲以及与平面的接触情况2、心理角度通过设计调查发现电脑用户希望键盘操作方便记忆、方
8、便操作、效率高。而普通键盘的设计却造成了学习困难、记忆困难、操作困难，熟练操作更困难，原因是由于 26 个英文字母的排列顺序是无序排列，另外与八个手指第一次接触的英文字母并不是最常用的字母。6电脑专家用户认为应当在键盘上提供能够启动常用软件的功能键和自定义键，比如多媒体软件控制键、快速上网键等，另外还应当提供常用的 USB 插口。三、电脑键盘的改进设计三、电脑键盘的改进设计依据人与键盘关系的分析和研究，为了使键盘的使用者舒适、自然、方便、快捷，人机键盘的设计原则如下：1、键盘分为与左右手对应的左右两个部分，开合方便，左右两部分的键及排列顺序由人的习惯和使用频率决定。2、与十个手指第一次接触的字
9、母键的位置应当符合手指最自然的弯曲状况。3、扩展键盘的常用功能，使电脑用户更加方便、快捷。方案如下：1、字母键、符号键、空格键和回车键的排列顺序与方式。图 10 字母键、符号键、空格键和回车键的排列顺序与方式从色彩上区分字母键、Space、Enter 与其他键，十指的接触键为黑色键，分别为A、E、I、O、U、Space、R、S、T、Enter 键，据统计这 10 个键是最常用的键，这样排列既节省了手指的移动距离，又提高了工效率。键的排列位置根据手指的长短与弯曲状态进行排列，I、S 键是食指的接触键，它们的位置最高，其余字母键的位置依次降低。字母键的排列顺序按照字母顺序进行有规律的排列，方便学习
10、、记忆。字母键下方没有放置其他键，操作时不致产生误操作。左边的 Alt、Ctrl、Shift 键相邻并呈三角形排列，使组合键操作更方便。把前删键、后删键放置在靠近食指的位置，方便操作。7右边的 Shift 键紧邻符号键，使右手单手操作更方便。Capslock 键上有指示灯，指示灯与键的结合使判断方便。2、编辑键、方向键、功能键与数字键的排列方式。图 11 编辑键、数字键及其排列方式图 12 功能键、方向键及其排列方式数字键的排列采用电话键的排列方式，自上而下从左到右由小到大，这是人们最习惯的认知方式。增加了多媒体播放键、网游键、电子邮件收发键和自定义键，键盘的功能更加完善，电脑用户更加方便快捷
11、。 方向键采用“+”形组合方式，使食指的活动范围减小。3、电脑键盘的整体布局。8图 13 电脑键盘的整体布局键盘整体由左右两个可以活动的部分组成，成 V 形，V 形角度可以根据各类用户需求自由调整。键盘轮廓直线和曲线相结合，是和谐的有机形。键盘下部空白空间可以作为腕托。字母键采用人性化的排列顺序和排列位置，根据用户的日常需求扩展功能键，使电脑用户更加舒适方便快捷。四、小结四、小结该篇论文存在的缺陷：1、缺少详实的数据资料。主要体现在缺少人操作电脑最自然的工作状态的相关数据，只画出了一个工作状态。缺少人体各个手指长度的统计数据，从而不能够绘制出手指自然弯曲并与平面接触时的曲线，只用摄像的方式研究
12、了一下手指最自然的弯曲状态。缺少每个键的使用频率统计。2、鉴于时间有限没有把整个设计过程走完。还没有确定具体的尺寸图，包括整体轮廓、单个键、键与键的间距等尺寸，这些有待于进一步的研究并确定。还没有制作模型，并据此征求设计意见，进而完善我的设计方案。该篇论文的成果：1、 指明了键盘设计的研究方法和研究过程。2、 运用人机学思想从宏观和微观分析操作状态，宏观：人对电脑的使用状态，微观：手指在键盘的工作状态。3、 使键盘满足人的生理和心理两方面的需要。字母键的排列方式按照手指最自然的9弯曲状态、最节省的运动过程、字母在字母表中的顺序、字母的使用频率进行。提供了面向任务的快捷键，如网游键、多媒体播放键等。通过选题（键盘的改进设计） 、收集资料（包括键盘的基础知识、调查市场上现有的键盘、对电脑用户进行调查） 、分析资料（对市场上现有的键盘进行归类、分析） 、人机分析（人与电脑的关系研究） 、发现问题（整体设计、字母键的排列方式与位置、用户的心理需求） 、解决问题的过程，使我初步掌握了运用人机工程学基本理论发现问题和解决问题的方法。
