人機(jī)工程學(xué)中人體尺寸在高級(jí)辦公鍵盤托架中的應(yīng)用研究

摘要：

人體尺寸設(shè)計(jì)是人機(jī)工程學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。在GB10000-88標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)人體尺寸設(shè)計(jì)做了明確規(guī)定，這涉及尺寸區(qū)段選擇和精確度的規(guī)范，此外，實(shí)際設(shè)計(jì)過程應(yīng)堅(jiān)持用戶面向原則，注意細(xì)節(jié)差異，如考慮到基于地域、時(shí)代、習(xí)慣、工作性質(zhì)等而存在的產(chǎn)品現(xiàn)實(shí)需求。本文將對(duì)人機(jī)工程學(xué)中人體尺寸在高級(jí)辦公鍵盤托架設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究展開具體分析，從而以人為本創(chuàng)建更好的高級(jí)辦公設(shè)施，并為其他高級(jí)辦公產(chǎn)品提供人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)理念和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：

人體尺寸 人機(jī)工程 數(shù)據(jù)修正 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 鍵盤托架

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容是要選定一個(gè)合適的人體尺寸，而這有涉及人機(jī)工程學(xué)、生理學(xué)等多種學(xué)科門類。人體尺寸，即所謂人體尺度，簡單來講是指個(gè)體正?；顒?dòng)所占有的空間大小，包括身高、體寬、四肢大小等。

為規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì)及明確本國人體尺寸情況，西方許多國家率先進(jìn)行了相關(guān)統(tǒng)計(jì)工作，建立了本國人體尺寸數(shù)據(jù)庫。我國在上世紀(jì)八十年代也制定了GB/T10000-1988標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)我國成年人人體尺寸做了界定。此外，這一成年人人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)還考慮了地域差異，依據(jù)華北、華中、華南、西南、東北、西北5各地域進(jìn)行了不同的標(biāo)準(zhǔn)制定；在性別上分為男、女：依據(jù)職業(yè)年限劃分情況，在標(biāo)準(zhǔn)制定上也劃分為18～25、26～35、36～60（女55）三個(gè)年齡段：標(biāo)準(zhǔn)劃分比較詳細(xì)，有人體基本尺寸、坐立姿基本尺寸、手部尺寸、足部尺寸等7各大類數(shù)據(jù)，而在每一大類中有細(xì)化為體寬、足長、股間距等47個(gè)小項(xiàng)。

這一國家標(biāo)準(zhǔn)較為詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)出我國成人人體尺寸的基本情況，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、區(qū)域推廣帶來重要指導(dǎo)作用，也是本文相關(guān)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?？陀^來講，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有著良好的人體尺寸把握，才能設(shè)計(jì)出合理的、適用性廣的產(chǎn)品，對(duì)人體舒適、健康及提升工作績效都有深遠(yuǎn)影響。

一、人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究

人體尺寸數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中，有兩個(gè)基本問題首當(dāng)其沖：

其一，幾乎所有的人體尺寸統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都是對(duì)人體的直接測(cè)量，反映的是人體實(shí)際情況，而人們?cè)谌粘Ｉ罟ぷ髦惺遣豢赡堋俺嗌砺泱w”的，人們總是在著衣狀態(tài)下進(jìn)行生活的，這顯然與人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)是有出入的，尤其當(dāng)天氣寒冷時(shí)，衣物所占的尺寸是不容忽視的。而這種著衣狀態(tài)下的人體尺寸才是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際數(shù)據(jù)；在人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)中，給出的一個(gè)區(qū)域內(nèi)某個(gè)年齡段下男女的評(píng)價(jià)尺寸，不可能對(duì)每一個(gè)體做出具體測(cè)量，而現(xiàn)實(shí)中普遍存在著身高、體重、動(dòng)作習(xí)慣差異，這使得人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)不能盲目被采用，而應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品服務(wù)對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)調(diào)試。

在上世紀(jì)90年代初制定的GB/T12985標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際應(yīng)用中的規(guī)范做了原則性界定。

1.數(shù)據(jù)的選擇

在設(shè)計(jì)之初，要首先確定所要使用的人體特征數(shù)據(jù)。人體特征即細(xì)化后的各小項(xiàng)數(shù)據(jù)，有時(shí)還需是幾個(gè)特征數(shù)據(jù)的組合，對(duì)各特征數(shù)據(jù)有充分的理解，才能保證設(shè)計(jì)的合理性。

2.人體尺寸百分位數(shù)的選擇

依據(jù)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，選定各類人體特征數(shù)據(jù)，繼而最終選定所要應(yīng)用的百分位數(shù)。

2.1依產(chǎn)品功能分類選擇人體尺寸數(shù)據(jù)

產(chǎn)品功能是實(shí)現(xiàn)良好人機(jī)交互的主體，良好的功能實(shí)現(xiàn)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)。依據(jù)產(chǎn)品功能劃分，把產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)區(qū)別為三個(gè)大類，簡述如下：第一類：I型產(chǎn)品尺寸確定，依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，在人體尺寸的某一特征下，往往會(huì)出現(xiàn)基于兩個(gè)極值間的區(qū)間，這兩個(gè)極值在操作上可以通過人體尺寸百分?jǐn)?shù)來確定。這一產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有安全帶的設(shè)計(jì)、皮帶長度設(shè)計(jì)、背包帶長度設(shè)計(jì)等。第二類：II型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)，在這一設(shè)計(jì)中，只需依據(jù)人體尺寸百分?jǐn)?shù)來給出一個(gè)限值就可以。具體來講，這一類產(chǎn)品又可分為：大尺寸設(shè)計(jì)方式，即給出上限值；小尺寸設(shè)計(jì)方式，即給出下限值。第三類：III型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)方法，采用平均化手段，找出一個(gè)應(yīng)用最為廣泛的尺寸，一般選定50%（P50）人體尺寸。這種設(shè)計(jì)方式適用于產(chǎn)品尺寸對(duì)產(chǎn)品功能影響不大，或者用戶在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)產(chǎn)品尺寸沒有嚴(yán)格要求，此時(shí)可基于人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)下的50百分位數(shù)對(duì)產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)做出統(tǒng)一化處理，即簡化了設(shè)計(jì)，也保證了良好的產(chǎn)品功能。這一設(shè)計(jì)方法有許多現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，如樓道斜度、房屋高度等的設(shè)計(jì)。

2.2人體尺寸百分位數(shù)的選擇

由上可知，實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，依據(jù)不同的產(chǎn)品功能，會(huì)選定不同的設(shè)計(jì)尺寸，在操作上一般通過選定不同的百分位數(shù)Px來確定。在確定上限值時(shí)需要給出大百分?jǐn)?shù)，常用的有90、95、99百分?jǐn)?shù)，而在確定下限值時(shí)需要給出小百分?jǐn)?shù)，常用的有10、5、1百分?jǐn)?shù)，而最終的選定結(jié)果一般要通過廣泛的社會(huì)調(diào)查而確定，即考慮所限定產(chǎn)品尺寸的適用情況。在尺寸選擇上來說，一般追求較高的適用性及用戶滿意度，可是，過分追求尺寸合適，有時(shí)會(huì)損害到產(chǎn)品附加功能，所以，應(yīng)在二者之間選擇一個(gè)權(quán)衡點(diǎn)；有些產(chǎn)品滿足度對(duì)尺寸要求較為嚴(yán)格，當(dāng)限定某一限值時(shí)，限值外的用戶依然會(huì)出現(xiàn)不適的感覺，這就要求繼續(xù)修改限值，最終使得滿足度達(dá)到預(yù)期要求。可見，在人體尺寸百分位數(shù)選擇時(shí)應(yīng)遵循下列三點(diǎn)基本要求：

1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的百分位數(shù)選擇一般選擇P95和P5或P90和P10組合。

2）對(duì)人體尺寸較為敏感的產(chǎn)品可適當(dāng)擴(kuò)充上下限值，選擇P99和P1或P95和P5組合。

3）一些產(chǎn)品適用于男女用戶，則產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循這一操作：上限值依據(jù)男性的P90、P95、P99給出；下限值依據(jù)女性的P10、P5、P1給出；對(duì)III型產(chǎn)品設(shè)計(jì)的百分?jǐn)?shù)選擇方法一般是（P50男+P50女）/2。

3.尺寸修正量

基于不同的設(shè)計(jì)需求及現(xiàn)實(shí)需要，會(huì)對(duì)各項(xiàng)產(chǎn)品尺寸做出修正，而修正量有正有負(fù)，而所謂的總的尺寸修正量是各項(xiàng)數(shù)據(jù)修正的代數(shù)和。用公式表征如下：

尺寸修正量=功能修正量+心理修正量

=（穿著修正量+姿勢(shì)修正量+操作修正量）+心理修正量

3.1功能修正量

基于產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)的需要，需要對(duì)選定的人體尺寸做出適當(dāng)修改，甚至?xí)?duì)上下限值進(jìn)行擴(kuò)充，有時(shí)是以適當(dāng)犧牲人體舒適度為代價(jià)的。

3.1.1穿著修正量

GB/T12985-1991中列舉有一些數(shù)據(jù)示例：

1）穿鞋修正量：對(duì)用戶身高、視角、頭部仰角、會(huì)陰高等進(jìn)行修正。一般，男子：+25mm，女子：+20mm。

2）著衣著褲修正量：視角、頭部多項(xiàng)指標(biāo)、坐姿身高等產(chǎn)生影響，一般，修正量為+6mm；肩寬、臀寬等+13mm；胸厚+18mm；臀膝距+20mm。

基于四季變化和人們著衣習(xí)慣的不同，設(shè)計(jì)中要做成的修正也有很多。季節(jié)變換引起的衣著變化，手套、帽子、鞋靴的變化、都市女性穿著高跟鞋等情況，在GB/T12985-1911中都沒有列出的數(shù)據(jù)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員也應(yīng)予以考慮，并通過社會(huì)調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等方法進(jìn)行產(chǎn)品尺寸數(shù)據(jù)修正。

3.1.2姿勢(shì)修正量

國標(biāo)中的人體尺寸是在人體處于固定狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，而人們?cè)谌粘；顒?dòng)中，不會(huì)時(shí)刻處于某一種狀態(tài)，這一基于姿勢(shì)而產(chǎn)生的差異，也應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。

基于立姿而存在的相關(guān)人體特征尺寸要-10mm；基于坐姿而存在的相關(guān)人體特征尺寸要44mmm。

3.1.3操作修正量

對(duì)滑板按鈕的相關(guān)操作要-25mm；手臂前伸進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)，數(shù)據(jù)修正為-12mm；去卡片、票證時(shí)，-20mm，等。

操作者在實(shí)際工作中會(huì)有眾多的動(dòng)作，這是沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的，這就要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員進(jìn)行廣泛的調(diào)查，依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況做出適當(dāng)修正。

3.2年代修正量

這一修正往往不被引起重視，但較為久遠(yuǎn)的國家標(biāo)準(zhǔn)基于時(shí)代變化還是會(huì)產(chǎn)生一些差異。隨著時(shí)代的變化，人們的人體尺寸均值會(huì)發(fā)生一定改變，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)有必要做出改變的人體特征尺寸做出修正。

4.產(chǎn)品功能尺寸的設(shè)定

產(chǎn)品功能尺寸是基于產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)而存在的系統(tǒng)尺寸，和基于用戶舒適度而存在的系統(tǒng)尺寸向匹配，它和各項(xiàng)尺寸設(shè)計(jì)是有差別的。舉例來講，辦公軟椅的高度設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮到人坐上去后的高度變化，而變化后的高度才是所謂功能高度。一般來講，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中要考慮產(chǎn)品的最佳功能尺寸和最小功能尺寸。

最佳功能尺寸=心理修正量+產(chǎn)品最小功能尺寸。

最小功能尺寸=相應(yīng)百分位數(shù)的人體尺寸+功能修正量。

二、人體尺寸應(yīng)用實(shí)例

下面將以電腦鍵盤托架設(shè)計(jì)中的人體尺寸應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)解析。

在設(shè)計(jì)高級(jí)辦公鍵盤托架時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面考慮人體在使用電腦操作鍵盤時(shí)的人機(jī)關(guān)系：

1）人與鍵盤的人機(jī)關(guān)系；

2）人與顯示器的人機(jī)關(guān)系；

3）人與鼠標(biāo)的人機(jī)關(guān)系；

4）人與鍵盤按鍵的人機(jī)關(guān)系。

這里以普通辦公是電腦操作為例，從以上幾方面進(jìn)行分析：

1.托架尺寸

對(duì)于鍵盤托架的設(shè)計(jì)主要包括高寬尺寸和開合方式，這里著重分析托架的高寬尺寸

1.1高：

鍵盤托架的高度取決于使用者的高度，因此選擇身高數(shù)據(jù)?？紤]到是男女共用，且屬于IIA型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)，因此選擇P95男，同時(shí)考慮人的穿著修正量、自然放松狀態(tài)的姿勢(shì)修正量和心理修正量，即門框距頭頂?shù)木嚯x。

據(jù)此可以得出鍵盤托架的高度為：

H=男性身高的P95（1775mm）+穿著修正量（25mm）+姿勢(shì)修正量（-10mm）+心理修正量（150mm）=1940（圖1）

1.2寬：

鍵盤托架的寬度取決于鍵盤長寬尺寸，而鍵盤托架的尺寸設(shè)計(jì)需考慮到人與桌面空間的關(guān)系。（圖2）

2.鍵盤托架與視覺位置

2.1視覺位置

鍵盤托架與視覺位置主要包括按鍵高度范圍，和與人的水平距離。由于，人在電腦面前活動(dòng)空間有一定局限性，因此人與托架的水平距離可視具體環(huán)境條件具體安排，這里主要就人體尺寸對(duì)按鍵的高度范圍進(jìn)行分析。

鍵盤托架應(yīng)處在人的正常視線范圍內(nèi)。操作者處于放松工作狀態(tài)時(shí)，頭部上軸線與視角的夾角105～110，相應(yīng)的，視角與水平視線夾角是25-35。（圖3）

而高度范圍也和人與鍵盤托架的距離有關(guān)，這個(gè)距離可達(dá)致看作：前臂長+手長。這里選用III型產(chǎn)品尺寸，即L=[男性前臂長的P50（237mm）+女性前臂長的P50（213mm）]/2+[男性手長的P50（183mm）+女性手長的P50（171mm）】/2+操作修正量（-100mm）=302mm。

如圖4所示，O點(diǎn)為人眼的位置，則OA=L=302mm，則AC之間即為最佳高度范圍。

AB=OAxtan25。，經(jīng)計(jì)算約等于140mm；

AC=OAxtan35。，經(jīng)計(jì)算約等于210mm。

這里眼高仍選用III型產(chǎn)品尺寸，即

H眼=【男性眼高的P50（1568mm）+穿著修正量（25mm）+女性眼高的P50（1454mm）+穿著修正量（20mm）】/2+姿勢(shì)修正量（-10mm）=1523.5mm。

最佳高度為：（眼高AB）～（眼高-AC），即1383.5mm～1313.5mm。

2.2鍵盤的尺寸

這一尺寸設(shè)計(jì)要考慮到指寬，一般要求與鍵盤接觸的前指面積超過75%。又第一指節(jié)通常稍長一些，因此L施力可約等于1/3指長。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，筆者選定男性食指近位指關(guān)節(jié)的P95和男性是指長的P95作為設(shè)計(jì)尺寸。

根據(jù)以上分析，按鍵寬和長分別為：

w按鍵=男性食指近位指關(guān)節(jié)款的P95（21mm）+心理修正量（4mm）=25mm；

L按鍵=男性是指長的P95 x 1/3+心理修正量（2mm）。

根據(jù)男子食指長的回歸方程

Y=-0.85+0.38X1

男性手長P95是X1=196mm，帶入上式，可獲得：

Y=-0.85+0.38×196=73.63mm，

則，L按鍵=73.63×1/3+2=26.5433mm，約L按鍵=26.5mm。

綜上，按鍵尺寸為長26.5mm、寬25mm，這作為基本尺寸對(duì)不同造型的鍵盤提出了基本要求。

3.托架參數(shù)和外觀

材質(zhì)選用扛被特板合金鋼板，手部托底處采用無毒硅膠，重量為6.5Kg，并采用雙鼠標(biāo)設(shè)計(jì)，適用左右手操作。其特點(diǎn)是可自由調(diào)節(jié)高度如圖5升降幅度120mm，平行360。旋轉(zhuǎn)，如圖6，平行滑行距離300mm，如圖7。

上述設(shè)計(jì)流程即為完整的高級(jí)辦公鍵盤托架尺寸設(shè)計(jì)過程。

結(jié)論

本文采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，針對(duì)高級(jí)辦公鍵盤托架設(shè)計(jì)進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)人體尺寸進(jìn)行分析及應(yīng)用研究得出如下結(jié)論。

（1）最關(guān)鍵的因素。國家人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)很好地給出了人體特征尺寸及百分位數(shù)選定的原則，但基于地域、時(shí)代、操作、著裝、習(xí)慣而存在的差異也應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)者的重視，并做出適當(dāng)修正，然后才是產(chǎn)品功能尺寸的確定。

（2）概括來講，人體尺寸數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，主要包括人體特征尺寸的選擇、百分位數(shù)選定及功能尺寸設(shè)計(jì)三個(gè)部分。

目前，對(duì)于人體尺寸在高級(jí)辦公鍵盤托架設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究仍有很大的開發(fā)改進(jìn)空間。希望在未來有更多關(guān)于人機(jī)工程人體尺寸在高級(jí)辦公產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)中的研究理論得到實(shí)踐，在最大程度上減輕人們?cè)谌粘９ぷ髦械钠诟校瑸楣ぷ骺冃嵘?、增加辦公舒適度等方面提供助力。