原创《基于人体工学的高分子材料实验计算机键盘设计》
该文是高分子材料类有关毕业论文的格式范文和人体工学和高分子材料和键盘类论文如何怎么撰写。
摘 要：从人体工学的研究视角,分析了当前市场上流行的实验计算机键盘存在的主要问题,并根据人体工学的综合绩效最佳设计原理,给出了实验计算机键盘的优化设计对策与建议,对于新型计算机键盘的设计具有重要参考意义.
关键词：人体工学；键盘；布局优化；人机交互；综合绩效
中图分类号：TP334文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.12.101
1现有计算机键盘分析及其整体布局优化设计
目前实验计算机键盘在整体布局方面存在的主要问题是没有充分重视双手操作便利性与效率性.经实验发现,如果将现有键盘从中间位置分开,两个分离部分的夹角最好在25°~30°范围内,也就是使两个基准键F键与J键之间的距离为100mm左右时,可以极大地改善计算机键盘的整体布局,提高工作效率.为了降低手指和手腕的疲劳程度,尽可能消除肘关节在进行外展的同时导致手掌内旋,从而出现手指桡偏等症状的发生,可以将键盘的中部适当调高,并向四周顺势扩展形成倾斜之势.经实验统计,如此设计计算机键盘可较好地提高输入效率及其正确率,尤其对于降低初级使用者的失误率有很好的帮助,可以极大地降低计算机键盘中心线上相邻两个按键的误操作,提升了“5”与“6”键、“T”与“Y”键、“G”与“H”键等按键的有效输入与操作.
如果将按键的不对齐设计改为对齐设计,以修正左手经常尺偏的操作状态,将同一行按键放置在曲线之上,以更贴近人手自然放松时的曲线.基准行高度应尽量降低,若过高会使使用者手腕保持在抬起状态,长时间使用会引起手腕处疲劳.
针对手腕支撑点的优化问题,笔者经过实验发现,如果新增键盘手枕设计,则将极大地改善手腕支撑点不足的缺陷（见图1）.键盘手枕设计应充分考虑人体工学原理,确保手掌和手腕部分的弧度和弧线一致,并且材质要足够光滑,为使手感舒服,外形上不能出现坚硬棱角和尖锐部分等,且手枕位置应适当靠近身体一侧.由于手枕支撑部分支持了手掌的大部分重量,同时增强了手腕的舒适程度,从而从人体工学角度上保证了手背和前臂的连线在一条线上,对于消除手腕部分由于弯曲而产生的不适、缓解手部肌肉的静态疲劳和累积损伤有特殊功效,另外也可使手腕上部和身体肩部比较放松.
为了设计一个符合人体工学原理的实验计算机键盘,笔者建议增设键盘垫.计算机键盘通常放置于近体侧约20mm的位置,键盘垫铺于其上,可在键盘垫处于基准排键的位置增加一段小凸台设计,使凸出部分的走向和弧度与操作者手掌相贴合,且最好根据操作者的手掌大小进行设计,并在其周围适当留有空隙.由于键盘垫要长期和人体皮肤相接触,因此键盘垫的材质应从舒适性、耐用性、安全性和环保性等方面加以选择,在满足操作高效的同时保证操作者的健康与安全.材质要易于清洗和防过敏,如果是皮质的还要考虑手部出汗的情况等.笔者走访键盘垫市场后得知,比较而言ABS工程塑料的柔韧性和强度等可满足要求,聚氨酯型泡沫塑料也有不错的柔韧性和耐用性,两者带给人体的舒适度和安全度都比较高,建议首选这两种材质.键盘垫的色彩搭配最好与键盘的整体外观色彩相辅相成,确保总体冷暖色调一致,并要适当增加创新性的图案和标记等个性化设计,使操作者在感到舒适的同时,最大限度提高操作者的操作效率[1].
2主键盘区字母键布局分析及其优化设计
计算机键盘的字母键和数字键的排列方式来自于传统的机械英文打字机,拉丁字母的主要排列方式除了QWERTY式外,还有Dvorak式、Maltron式以及字母顺序式.早在1926年,Klockenberg就提出了把键盘分离成两个部分的建议,认为这样能够使双手保持自然姿态并能伸直手腕.随后,出现了一些这样的键盘设计,通过测试,发现人们能够快速习惯使用这些新式键盘,并且很少有人抱怨使用中的不舒适.字母顺序式的效率与QWERTY式相比并无多大优势,甚至效率更低,故予以排除.
Dvorak式键盘是由DvorakA教授于1936年提出的[2]（见图2）.它克服了QWERTY式键盘的大部分问题,将使用频率最高的键放在基本行,并将工作负荷合理分配给各个手指,大大减少了手指的行程和疲劳.统计表明使用QWERTY式键盘打字员手指的一天行程为16km,而使用Dvorak式键盘后可减少到1.6km.实验表明,Dvorak式键盘的效率比QWERTY式提高3%~5%,不是特别明显.
Maltron式键盘于1977年由MaltL提出,PCDMaltron式键盘于1985年由HobdayS修正（见图3）.它们把100个最常用的英文单词使用的字母的90%放在了基本列上,而且键的排列也不是直线型,而是按照手指自然状态时指尖位置错落排列,以减小手指的肌肉张力.每个手指操作8个键,减少了手指的连续使用以及手指的跨行动作（手指由基本行上移、下移）.实验表明,这种方式效率最高,手指的疲劳程度最小[3].
由于Maltron式键盘效率最高,因此笔者借鉴Maltron式键盘的键位排列.Maltron式键盘的字母排序都是以英语中的常用词为基准,应考虑到不同输入法都应当适当地有所变动,像人们使用最多的中文输入法,也分为拼音输入法、五笔输入法、仓颉输入法等,其中使用较多的为拼音输入法以及五笔输入法.然而由于现在缺乏对中文常用词中拼音使用率（即对应字母的使用率）的统计,因此Maltron式键盘对于使用拼音或五笔输入法的中国人,或使用日语输入法的日本人、使用韩语输入法的韩国人等都未必是最佳的输入法.
3功能键与编辑定位键布局分析及其优化设计
为了减轻操作者右手的使用频率和劳动强度,笔者建议取消或者移走部分功能键和编辑定位键.例如在主键盘区中,空格键占了相当大的空间（见第103页图4）,如果将空格键缩短,那么空余出的该部分空间就可以被其他按键所使用.操作者右手手指在基准位时,通常情况下小指靠近Backspace和Delete两个按键.对于长期使用实验计算机输入文字和数据的科研办公人员来说,由于Backspace键和Delete键主要用于文字和数据的修改和删除,因此使用得异常频繁,然而由于人体手部尺寸的限制,当操作者在频繁输入数据和文字时非常容易误操作,使得失误率大大提升.如果将Backspace键等个别按键放置于键盘的某个角落,不利于操作的可靠性和便利性,还容易导致小指远离基准位.因此综合考虑并经过实验操作,笔者建议将空格键拆分成3部分,左边改为Backspace功能键,中间维持空格功能键,右侧改为Delete功能键（见第103页图5）.这样,Backspace键和Delete键就可由使用较少却又较为灵活的大拇指负责,从而减少了小指的工作量,并可减少因小指“长途跋涉”而导致的按键不准、右手必须离开基准键位而需要重新定位等问题,提高了工作效率.将编辑定位区的光标键,移至整个键盘的中部,安放Enter键,四个光标键环绕四周,呈十字形（见图6）,这样光标键以及Enter键就由左右手最灵活的食指负责,减少了右手离开基准位的次数并减轻了小指负担.
PrintScreen键、ScrollLock键、PauseBreak键以及位于键盘左上角的Esc键与其他键相比,使用频率并不高,可将Esc键移至PauseBreak键右侧.考虑到操作者左手使用按键的数量和操作负担比较小,即远离基准键位的频率不是很高,笔者建议在设计时可考虑将Home键、PageUp键、PageDown键与End键移到操作者左手食指部分的操作空间内,例如置于键盘左半区的最右侧,这样在编辑文档时可带来更多便捷.考虑到Insert功能键的使用频率不是很高,可将原Enter键改为Insert键.
4数字辅助键盘布局分析及其优化设计
目前计算机键盘上的数字键盘排列有计算器式排列以及电话式排列[4]（见图7、图8）.
数据表明,两者输入时间相仿,但计算器式排列的准确率为91.32%,高于电话式排列的88.06%,因此现有键盘中的数字键的布局较为合理.现有键盘中“+”键占了两个键位,针对“等于”使用频率高却需跳跃寻找的问题,可将“+”键拆分为“+”与“-”,将原本“-”键的位置改为“等于”键（见图9）.考虑到部分操作者的优势手是左手,习惯于大量使用左手进行按键操作,还有部分科研录入特种符号的需要,可将数字辅助键盘设置为可移动样式,如此设计能极大地改善操作者的按键体验和操作效率,最终提高实验计算机键盘的使用绩效.
5结束语
目前市场上流行的实验计算机键盘样式较多,但大都没有考虑实验操作和人机交互期间的特殊需求,缺乏综合绩效方面的系统设计.本文在充分考虑使用者实验操作和人机交互绩效的基础上,基于人体工学与优化设计理念,系统地对实验计算机键盘进行了全方位的分析与创新设计,包括整体优化布局设计、主键盘区字母键优化设计、功能键与编辑定位键优化设计、数字辅助键盘优化设计等,这些改善与优化设计对于提高使用者的操作效率和人机交互绩效具有重要的借鉴意义和应用价值.
参考文献：
[1]牟炜民,刘艳芳,张侃.键盘的种类及评价的工效学指标[J].
人类工效学,1997(2):48-52．
[2]楚杰,牛敏,楚良海.键盘的创新设计[J].工程图学学报,
2007(6):114-120．
[3]孙远波.人因工程基础与设计[M].北京:北京理工大学出
版社,2010．
[4]段天宏,张小永,陆后军,等.计算机键盘的人机工程学设计
研究[J].机电产品开发与创新,2007(5):96-98．
（责任编辑石俊仙）
高分子材料论文参考资料：
该文评论,本文论述了大学硕士与高分子材料本科高分子材料毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料，关于免费教你怎么写人体工学和高分子材料和键盘方面论文范文。
