基于動作分析（MS）的計算機鍵盤問題思考

杜戰(zhàn)其，曹守啟，王建玲，楊 穎

（上海海洋大學工程學院，上海 201306）

0 引 言

隨著越來越多的人使用計算機，出現(xiàn)越來越多的人患上了腱鞘炎、腕管綜合癥等職業(yè)病，故從基礎(chǔ)工業(yè)工程、人因工程，尤其是其中的動作分析（Motion Study,MS）理論，對臺式計算機鍵盤布局等進行優(yōu)化是目前亟需解決的問題。正是基于這一熱點問題，重點對計算機鍵盤問題做些思考分析，主要圍繞人因工程和動作分析，輔以基礎(chǔ)工業(yè)工程技術(shù)，指出當前鍵盤存在的缺陷不足，以對鍵盤進行優(yōu)化改進、設(shè)計一款高效率、更舒適的臺式計算機鍵盤。

1 整體布局的問題及其分析

1）兩手距離偏近。當雙手放置在基準鍵位時，食指間距約45 mm，與自然姿態(tài)相比，容易導致前臂內(nèi)旋、兩肘兩肩內(nèi)收、屈前臂肌緊張，短時間內(nèi)就可造成肩頸部酸痛，以至影響整個輸入過程的正常進行。按鍵呈水平直線排列：操作時，手腕向下彎曲并內(nèi)旋，雙手呈正放姿態(tài)，同時前臂內(nèi)旋，處在肌肉強迫狀態(tài)。整個運動過程中，上肢近乎直線運動，一直處在高度緊張狀態(tài)中。導致了與手在自然狀態(tài)下的運動路線不相符，特別是左手指操作的各鍵，其縱向排列方向與左手指自然屈伸運動方向成正交。這樣左手操作的主要動作是運腕動作，手指靈活運用能力得不到發(fā)揮；既不符合動作經(jīng)濟原則中盡量使用較低級次動作的要求，也不符合人手的生物力學特征，左手更易疲勞。現(xiàn)行標準鍵盤的設(shè)計，沒有考慮到手的支撐點問題，使人手在操作時常常處于懸腕狀態(tài)，整個手臂都處于緊張狀態(tài)，這是產(chǎn)生疲勞和誤操作等現(xiàn)象的主要原因。如果長期或者頻繁操作這種鍵盤，就會造成腕腱組織勞損，甚至導致忍受喪失感覺能力等嚴重的電腦職業(yè)病[1]。

2）現(xiàn)有的人因工程鍵盤，也存在布局問題。雖其右側(cè)鍵盤符合人體右手運動的自然方向，然而左手操作的按鍵，其縱向排列方式與左手手指自然屈伸方向成正交，見圖1，圖中1號箭頭為左手自然運動時的方向，2號箭頭為按其他行按鍵時左手的運動方向。筆者發(fā)現(xiàn)，操作中左手存在大量的運腕動作，同時左手姿勢偏向持久的尺側(cè)偏。如此一來，手指靈活運用能力得不到發(fā)揮，久而久之，容易導致手的疲勞，并易導致手部肌肉及神經(jīng)的累計性損傷。

圖1 左手運動方向示意圖

2 主鍵盤區(qū)字母鍵的布局問題及其分析

字母鍵盤區(qū)是電腦鍵盤的主鍵盤區(qū)，使用率最高。QWERTY鍵盤雖為使用拉丁字母語言的國際標準，但排列并非最科學、最高效。字母鍵盤的基準鍵為F鍵及J鍵。一般認為QWERTY的依據(jù)為：將經(jīng)常連擊的鍵在空間上分開，以降低擊鍵的速度，防止鍵桿卡住。實踐中思考的缺點是：1）左手的負擔過重─約57%的擊鍵由左手完成，而大多數(shù)人的左手是非優(yōu)勢手。2）各手指負荷的分配與手指的力量和靈活性不匹配，比如小手指的負荷過大。3）各行鍵負荷的分配不合理，各手指停歇之上的主行(home-row)各鍵的利用率過小，只有32%的擊鍵由主行鍵完成，而2行鍵的利用率為52%。4）第2行鍵和第4行鍵來回切換的頻率過高。5）很多常用詞完全由左手輸入，比如was、were、extra、address[2]。6）隨著技術(shù)改革，計算機的輕便代替了打字機的笨重，鍵盤的反應(yīng)速度已可跟上打字員的輸入速度，從而凸顯QWERTY鍵盤的缺陷。

3 功能鍵及編輯定位鍵區(qū)的布局問題及其分析

1）許多鍵盤加大回車鍵的尺寸以便敲擊，卻忽略了Back Space鍵，將其放置在鍵盤主鍵區(qū)最右上角，該鍵鍵帽大小只有12 mm×14 mm。由于Back Space鍵被設(shè)計在遠離J鍵的角落，使用者在進行文本輸入時經(jīng)常誤按成其鄰近的鍵。擊鍵時右手被迫騰起，食指離開基準鍵位，這導致了敲擊速度和正確率大大下降。實際作業(yè)中，Back Space鍵的使用頻率比回車鍵要高4倍以上，所以此鍵改進設(shè)計是個重點。再者，Enter鍵的敲擊也需右手食指離開J鍵，否則敲擊成功率極低。Delete鍵的設(shè)計偏離J鍵更遠。與此同時，拇指的作用被忽視了；實際上拇指的力度、空間方位的判斷能力、活動速度都是可以信賴的，而且位置居中、動作范圍大，單獨動作能力強，發(fā)揮拇指的作用是減少小指壓力的重要思路。此外，空格鍵的鍵長太大，浪費了鍵盤上寶貴的空間。

2）傳統(tǒng)鍵盤的編輯與定位鍵區(qū)設(shè)計在鍵盤中部偏右位置。右手操作鼠標若按這些鍵時，要么右手放下鼠標操作后、又返回點擊鼠標，要么需左手伸到鍵盤右部來進行此操作，這使操作極不方便。左右手的分工不盡合理，一般情況下右手基本上需要“包攬”主鍵盤區(qū)中線以右的敲擊任務(wù)，約占整個鍵盤的2/3，而此鍵區(qū)沒有一個起定位作用的基準鍵位，操作時幾乎無法實現(xiàn)盲打。再者，鍵位排列不夠科學，定位鍵與編輯鍵的配合脫節(jié)，定位鍵與定位鍵之間的配合也不方便[3]。

4 數(shù)字輔助鍵盤區(qū)的布局問題及其分析

數(shù)字輔助鍵盤區(qū)提供專門數(shù)字錄入人員的操作方便性，卻忽視了“=”鍵的重要性。用戶在編寫程序或進行計算時，習慣將“=”與“+”、“-”、“*”、“/”等聯(lián)系在一起。而傳統(tǒng)設(shè)計未將“=”鍵集中在數(shù)字輔助鍵盤區(qū)，用戶輸入時需從數(shù)字輔助區(qū)“跳躍”至主鍵盤區(qū)尋找“=”鍵，并再次回到數(shù)字輔助區(qū)輸入，多次往返降低作業(yè)效率。當考慮到一些用戶慣用左手，以及一些游戲中的需求，有時要讓左手穿過右手來使用數(shù)字輔助鍵，或以不靈活的右手來操作按鍵，也感不便。因此，將數(shù)字輔助鍵固定于鍵盤最右端未必合適。

[1] 段天宏，張小永，陸后軍，等.計算機鍵盤的人機工程學設(shè)計研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007（5）：96-98．

[2] 牟煒民，劉艷芳，張侃.鍵盤的種類及評價的工效學指標[J].人類工效學，1997（2）：48-52．

[3] 楊明朗，袁桃.基于人機工程學的鍵盤設(shè)計[J].包裝工程，2005（5）：168-170．