基于人因工程學的高校圖書館自助檢索機設計研究

宋桓翠 馬廣韜

摘要：為了增強目前高校圖書館自助檢索機的使用效率，提升用戶在圖書檢索過程中的使用體驗。文章通過對高校圖書館自助檢索機進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)其存在設備尺寸不符合人體工學、操作方式不符合人性化、界面設計不符合用戶習慣等問題。文章充分考慮大學生的身體變化，運用人因工程學理論進行再設計。給出具體的高校圖書館自助檢索機尺寸參數(shù)和界面設計策略。該設計研究可以為各大高校圖書館自助檢索機設計的參考。

關鍵詞：人因工程學；自助檢索機；高校圖書館；大學生人體尺寸；界面設計

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）11-0087-04

Abstract：In order to enhance the efficiency of the current self-service retrieval machines in university libraries and enhance the user experience in the book retrieval process. The article conducts a survey on the current situation of self-service retrieval machines in university libraries and finds that they have problems such as equipment dimensions that do not conform to ergonomics，operating methods that do not conform to humanization，and interface design that does not conform to user habits. The paper fully considers the physical changes of college students and uses the theory of human factors engineering to redesign. Provide specific size parameters and interface design strategies for self-service retrieval machines in university libraries. This design study can serve as a reference for the design of self-service retrieval machines in major university libraries.

Keywords：Ergonomics；Self-service retrieval machine；University library；College student body size；Interface design

引言

高校圖書館作為最基礎的教育文化設施，是高校學生提升專業(yè)素養(yǎng)、增強自身本領的場所，理應提升服務效率和質(zhì)量。圖書館自助檢索機是一款用戶可自助進行圖書檢索的設備，不僅可以幫助用戶高效查詢館內(nèi)圖書信息，而且有效節(jié)省了人力成本。然而，目前高校圖書檢索機在設計過程中并沒有充分考慮人因工程因素，忽略了人在使用設備時的舒適度。文章基于人因工程學，針對目前圖書館自助檢索機存在的顯示屏高度設計過低、操作臺高度不合理、操作臺空間小、按鍵設置不合理、顯示屏文字大小不合理、界面信息不易取等問題進行再設計。

一、高校圖書館自助檢索機調(diào)研分析

（一）調(diào)研目的：

通過調(diào)研了解用戶對目前高校圖書館自助檢索機的滿意程度，了解用戶在使用自助檢索機過程中的問題點，為設計提供人因工程學的依據(jù)。

（二）調(diào)研方法：

通過現(xiàn)場調(diào)研和問卷調(diào)研的方法進行研究，筆者在沈陽某三所高校圖書館進行調(diào)研考察，并對200名用戶發(fā)放調(diào)查問卷。由于高校內(nèi)圖書館自助檢索機的使用群體大多數(shù)為18-25歲的大學生，問卷發(fā)放對象即是大學生，調(diào)研其對于自助檢索機的滿意程度及所遇到的問題，分析其在使用圖書館自助檢索機時遇到問題的產(chǎn)生原因。

（三）調(diào)研結論：

通過對目前高校圖書館自助檢索機的研究和分析，主要發(fā)現(xiàn)以下人機問題，如圖1、2：

1.顯示屏高度設計過低。目前高校圖書館自助檢索機的設計只考慮了設備的功能，忽略了人在立姿狀態(tài)下的最佳視線范圍。因此，用戶不得不低頭，甚至彎腰進行檢索，很容易導致人體頸部和腰背部產(chǎn)生疲勞。

2.鍵盤和鼠標的操作臺高度不佳。鍵盤和鼠標的操作人體尺度不匹配，用戶在使用自助檢索機時手部和肘部處于向下狀態(tài)，在這種狀態(tài)下操作時，用戶不得不考慮身體前傾以準確按壓鍵盤，不得不擠壓手肘以順利操縱鼠標。

3.操作臺操作空間小。用戶使用鼠標進行檢索時，操作空間往往受到限制，不得不反復移動鼠標以重新確定初始位置，造成操作不便，降低了檢索效率，且重復性的無關操作往往讓用戶感到煩躁。

4.鍵盤設置不合理。在公共環(huán)境中，用戶更容易感到緊張。按鍵的尺寸大小與間距設計過小，在檢索過程中很容易碰到其他不相關的按鍵，導致操作不正確，從而降低了檢索圖書的效率。

5.顯示屏文字大小不合理。當前圖書館自助檢索機顯示屏字體大小主要是基于計算機自身設定的字體大小，用戶處于公共空間，過小的文字容易產(chǎn)生心理煩躁感，需要更久的時間進行思考；另外，對于用戶重要的文字信息大小層級不明顯，文字無法有效被獲取。

6.界面信息不易取。界面信息布局沒有考慮到用戶的易讀性，導致用戶短時間內(nèi)很難從檢索頁面查找到所檢索圖書的位置信息，在館信息被隱藏，大量的非必要信息阻礙用戶的判斷，例如出版社、出版日期、索書號等；且界面顏色設計不合理，沒有突出信息的層次感。

二、大學生人體尺寸數(shù)據(jù)研究

尺寸設計是人因工程學中重要的一部分，合理的尺寸選擇不僅體現(xiàn)了設計的科學性和準確性，而且可以給用戶帶來更舒適的情感體驗，更能提高設備的易用性。因此，產(chǎn)品尺寸的設計必須以人體尺寸數(shù)據(jù)為基礎[1]。高校圖書館自助檢索機的各項尺寸都應符合人機要求。

考慮到圖書館自助檢索機的使用群體主要為大學生群體，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展使得大學生的生活質(zhì)量和生活水平顯著提高，目前高校大學生在身高、眼高、肘高、人體比例等方面發(fā)生改變，然而人體尺寸的數(shù)據(jù)標準嚴重滯后。因此，如果在產(chǎn)品設計時是基于我國第一次成年人人體尺寸參數(shù)調(diào)查的數(shù)據(jù)，即GB/T10000-1988《中國成年人人體尺寸》中的相關尺寸進行數(shù)據(jù)選擇，顯然已不符合目前大學生的生理特征需求。

（一）大學生人體尺寸的測量

在高校圖書館自助檢索機的人機設計中，主要涉及大學生在立姿狀態(tài)下的人體主要尺寸（眼高、肘高、最大肩寬、前臂長、手長）。因此，通過調(diào)研50名（男性25名、女性25名）在圖書館學習的大學生，將人體測量學和數(shù)學統(tǒng)計的相關方法融入到大學生人體尺寸的計算中，以計算出最新的大學生人體尺寸數(shù)據(jù)標準。對大學生立姿狀態(tài)下的眼高和肘高的數(shù)據(jù)進行分析與統(tǒng)計，得出其均值x和標準差SD，如表1。

（二）大學生人體尺寸百分位數(shù)的計算

百分位數(shù)是人體測量數(shù)據(jù)的一種位置指標，對應等于或小于某一人體尺寸的人占總人數(shù)的百分比[2]。在產(chǎn)品設計過程中，應根據(jù)產(chǎn)品設計對象的不同，選擇不同的百分位數(shù)據(jù)?？紤]到高校圖書館自助檢索機的安全性能和經(jīng)濟成本，最常用P5、P50、P95這3組百分位數(shù)。在統(tǒng)計學中，計算某一人體尺寸百分位數(shù)時可以利用均值x和標準差SD的數(shù)據(jù)。根據(jù)測得數(shù)據(jù)計算大學生主要尺寸（眼高、肘高、最大肩寬、前臂長、手長）的均值x、標準差SD，可根據(jù)以下公式計算百分位數(shù)X，得到大學生主要尺寸的P5、P50、P95百分位數(shù)，如表2。

X=x±（SD×K）

式中，1%～50%之間的數(shù)據(jù)取“-”，50%～99%之間的數(shù)據(jù)取“+”；K為變化系數(shù)，百分比與變換系數(shù)的關系，如表2。

（三）人體尺寸百分位數(shù)的選擇

在進行尺寸設計時，主要依據(jù)人體百分位數(shù)進行數(shù)據(jù)計算，因此，需要首先確定產(chǎn)品類型進行相應的百分位數(shù)選擇。根據(jù)GB/T12985-91的標準，產(chǎn)品尺寸設計按產(chǎn)品功能分類分為3種：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型產(chǎn)品尺寸設計，如表3。

（四）尺寸的修正

為保證產(chǎn)品設計的科學性和準確性，需要對產(chǎn)品尺寸的設計依據(jù)進行尺寸修正。由于人體數(shù)據(jù)是在被測者脫鞋、少衣的情況下進行采集的，然而日常生活中用戶是正常穿鞋、穿衣甚至帶帽的，因此必須考慮加入適當?shù)闹b尺寸修正量；其次，在測量過程中，被測者精神緊張，站姿處于挺直狀態(tài)，而在日常操作時用戶身心放松，因此，必須充分考慮加入適當?shù)淖藙菪拚??；谛睦韺W理論，為了克服用戶的“高度恐懼感”“空間壓抑感”等不良心理情緒，考慮在產(chǎn)品最小功能尺寸的基礎上加入適當?shù)男睦硇拚俊?/p>

（五）產(chǎn)品尺寸的確定

最小功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量

最佳功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量+心理修正量

三、人因工程學與高校圖書館自助檢索機的尺寸參數(shù)設計

（一）設備終端的尺寸設計

1.顯示屏的高度設計

為保證用戶在查看屏幕時不低頭并且不彎腰，保持放松狀態(tài)下的直立站姿，顯示屏中心距地高度應與人體眼高位置保持一致。考慮到產(chǎn)品的定位人群是大學生群體，顯示屏要保證大多數(shù)人的正常使用，屬于男女通用的Ⅲ型產(chǎn)品尺寸設計（平均尺寸設計）。因此，選擇男女50百分位的平均值作為參考依據(jù)。

根據(jù)最佳功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量+心理修正量，所以有：G1=（H150+J150）/2+A1-B1

式中：G1—按用戶“視線與顯示屏中心位置一致”要求確定的顯示器中心高度的最佳功能尺寸；H150—男子眼高的50百分位數(shù)，查表得1594mm；J150—女子眼高的50百分位數(shù)，查表得1472mm；A1—站姿眼高的穿鞋修正量，設取36mm；B1—心理修正量，考慮到人在設備面前的壓抑感，設取10mm。

將以上數(shù)值代入式中，得到G1=1559mm。因此，顯示屏中心距地高度的最佳人機尺寸為1559mm，如圖3。

2.操作臺的高度設計

考慮到用戶在操作時肘部處于水平狀態(tài)下是最舒適的，操作臺的高度要保證用戶肘部剛好與操作臺處于同一水平線上，即要滿足肘高群體不過于低位操作，又要滿足肘低群體夠得著，屬于Ⅰ型產(chǎn)品尺寸設計（雙限值設計）。因此，綜合衡量安全因素和經(jīng)濟因素，選擇男子95百分位作為尺寸的上限依據(jù)，選擇女子5百分位作為尺

寸的下限依據(jù)[3]。

根據(jù)最小功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量，所以有：G2≦H295+A2 、G2≧J25+A3

式中：G2—按用戶“肘部與操作臺處于同一水平面”要求確定的操作臺高度的最小功能尺寸；H295—男子肘高的95百分位數(shù)，查表得1102mm；J25—女子肘高的5百分位數(shù)，查表得912mm；A2—男子站姿高的穿鞋修正量，設取38mm；A3—女子站姿高的穿鞋修正量，設取24mm。

將以上數(shù)值代入式中，得到936mm≤G2≤1140mm。平衡取舍，考慮肘高和肘低群體的綜合體驗，取中間數(shù)據(jù)，操作臺的高度應為1038mm。但因鍵盤和鼠標操作需要一定的余量空間，計算出的操作臺高度實際為鍵盤和鼠標的操作高度和操作臺自身高度的總和。因此，在實際的操作臺高度設計中，應減掉鍵盤和鼠標的操作高度，設取20mm，實際操作臺高度應為1038mm-20mm=1018mm，如圖3。

3.操作臺的長度設計

為避免反復拖拽鼠標以重新定位，造成重復操作，用戶在使用鼠標時需要有足夠的操作空間。在操作臺長度設計中，若是滿足了大尺寸用戶的需求，小尺寸群體的需求也得到了滿足，屬于ⅡA型產(chǎn)品尺寸設計（大尺寸設計）。因此，平衡安全因素和經(jīng)濟成本，選擇男子95百分位數(shù)作為參考數(shù)據(jù)。

根據(jù)最佳功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量+心理修正量，所以有：G3=H395+（H495+H595）*sin60°+A4+B2

式中：G3—按用戶“在水平方向上需要足夠的操作空間”要求確定的操作臺長度的最佳尺寸；H395—男子最大肩寬的95百分位數(shù)，查表得477mm；H495—男子前臂長的95百分位數(shù)，查表得263mm；H595—男子手長的95百分位數(shù)，查表得203mm；考慮到人體前臂和手部的活動角度，選60°即可；A4—男子手部活動的修正量，設取10mm；B2—考慮到人體面臨操作臺邊緣時的心理恐慌感，設取10mm。

將以上數(shù)值代入式中，得到操作臺長度尺寸參數(shù)為901mm，如圖3。

4.操作臺的深度設計

在縱向設計上，需要考慮到用戶操作時的縱深空間，過小的操作臺深度會導致用戶手臂懸空，進而導致肢體疲勞。按用戶肘部剛好與操作臺邊緣平齊考慮，既可以給予用戶手臂操作支撐，也可以節(jié)省經(jīng)濟成本。該深度設計屬于ⅡA型產(chǎn)品尺寸設計（大尺寸設計），滿足大尺寸用戶的需求即可，選擇男子95百分位數(shù)作為操作臺深度設計的參考數(shù)據(jù)。

根據(jù)最佳根據(jù)最小功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量，所以有：G4=H695+H795+A5

式中：G4—按用戶“肘部剛好與操作臺邊緣平齊”考慮確定的操作臺深度尺寸；H695—男子前臂長的95百分位數(shù)，查表得263mm；H795—男子手長的95百分位數(shù)，查表得203mm；A5—男子手部活動的修正量，設取10mm。

將以上數(shù)值代入式中，得到操作臺深度尺寸參數(shù)為476mm，如圖3。

（二）鍵盤操作的尺寸設計

用戶在操作鍵盤時處于公共空間，更易神經(jīng)緊張，鍵盤設計應遵循人機尺度的規(guī)范。

1.按鍵的尺寸設計

按鍵尺寸應大于人體手指指球肌，考慮到人手按壓按鍵時主要涉及到食指、中指、無名指和小指，參考GB/T16252—1996的線性回歸方程，無名指和小指寬一定小于食指，因此，在計算中只需對比食指和中指即可。因操作臺的產(chǎn)品設計需要滿足安全需求，同時需要衡量經(jīng)濟因素，選用男女50百分位數(shù)作為產(chǎn)品尺寸設計的上限依據(jù)。

根據(jù)GB/T16252—1996查得男子食指近位指寬的回歸方程，所以有：Y1=6.89+0.14X

式中：Y1—男子食指近位指關節(jié)寬；X—男子手寬的95百分位，數(shù)值為92mm。將以上數(shù)值帶入式中，得到19.77mm。

根據(jù)GB/T16252—1996查得男子中指近位指寬的回歸方程，所以有：Y2=8.65+0.12X

式中：Y2—男子中指近位指關節(jié)寬；X—男子手寬的95百分位，數(shù)值為92mm。將以上數(shù)值帶入式中，得到19.69mm。

由上述計算可知，男子95百分位食指寬大于中指寬，以食指寬數(shù)據(jù)19.77mm為準。

根據(jù)最小功能尺寸=人體尺寸百分位數(shù)+功能修正量，所以有G5=H895+A6

式中：G5—按鍵寬度的最小功能尺寸；H895—男子食指寬的95百分位數(shù)，得19.77mm；A6—男子戴手套的修正量，設取3mm。

將以上數(shù)值代入式中，平衡取舍，得到按鍵寬度尺寸參數(shù)為20mm。由于人手主要利用指尖按壓按鍵，因此，按鍵長度依照寬度參數(shù)即可，如圖4。

2.按鍵的間距設計

為了使人的手部活動靈活、操作便捷，按鍵等操縱裝置在空間位置的設計中，應保證適當?shù)拈g距。按鍵的間距要根據(jù)人體手部的操作狀態(tài)、操作方式以及鍵盤本身的操作區(qū)域考慮，應保證操作過程中的精確性和舒適性[4]。當然，按鍵之間的間距不能過小，小的間距雖操作方便，但過小的間距會增加用戶的誤操作。因此，在設計中選擇手指按鈕間距的最小尺寸10mm，如圖4。

（三）顯示屏文字的尺寸設計

1.人體視線和視野

顯示屏中所呈現(xiàn)出來的文字大小與人眼和屏幕的間距有密切關系，視角是瞳孔到產(chǎn)品兩端連線所形成的夾角，在產(chǎn)品設計中作為尺寸大小設計的依據(jù)，用視角α表示，和顯示屏兩端間距D成正比，和可視距離L成反比，關系式為：α=D/L（以弧度為單位），如圖5。將上面公式中的α弧度值換算成度（°），則推導出α=57.3 D/L，可得到屏幕的可視距離和文字的間距大小[5]。

視野是人的眼部直視前方產(chǎn)品所形成的視覺范圍，分為直接視野、注視視野和觀察視野3種類型，如圖6，三者關系如下：

注視視野最佳值=直接視野最佳值+眼球可輕松偏轉的角度（頭部不動）

觀察視野最佳值=注視視野最佳值+頭部可輕松偏轉的角度（軀干不動）

2.文字大小的尺寸設計

文章設計的顯示屏是22寸顯示屏（屏幕尺寸為487mm×273mm ），當用戶在立姿狀態(tài)下查看屏幕時，人的眼睛到顯示屏中心的連線在視平線下15°-45°，也就是上下最佳視角為30°，

根據(jù)公式視角大小與觀察距離與顯示屏上下兩端點的直線距離關系式α=57.3 D/L變化，得：L1=D1/α1*57.3

式中：L1—直接視野下的最佳可視距離；α1—由瞳孔中心到顯示屏兩側的直接視野最佳值，α1=30°；D1—顯示屏上下高度，D1=273mm。將以上數(shù)值帶入式中，可計算得出屏幕最佳可視距離L1=521.43mm。根據(jù)注視視野最佳值=直接視野最佳值+眼球可輕松偏轉的角度，當人眼查看屏幕上下視角α2為50°時，可計算出可視距離L2為312.858mm，則查看屏幕得可視距離為310-520mm。

在圖書館自助檢索機的顯示屏字體大小的設計中，處于室內(nèi)狀態(tài)，光線條件較好，根據(jù)字符尺寸=1/200視距-1/300視距，取其1/200視距。所以有：D=L/200

式中：D—字符的高度尺寸；L—查看屏幕的可視距離，范圍為310-520mm。將數(shù)值帶入式中，得出字體高度范圍應該在1.55mm-2.6mm之間。字符的其他尺寸可以根據(jù)高度D確定，最小間距為D/5，寬度為2D/3，粗細為D/6。

3.文字大小的層次選擇

在界面設計中，通過界面各個元素尺寸大小的變換，可以創(chuàng)建更清晰的視覺層級，方便用戶簡單快速地識別信息。因此，對于用戶更有價值的信息應選用字體的較大值，例如書名、在館信息等，選擇字體高度在2.6mm的相應字體大?。环侵匾畔⑦x擇字體最小值，即1.55mm字體高度對應的大小。

四、人因工程學與高校圖書館自助檢索機的檢索界面設計

（一）界面的顏色設計

色彩是人的視覺最直接感知到的設計要素。人眼對不同顏色的感覺刺激不同，所看到的視野范圍也不同，如圖7。

在圖書檢索頁面中，用戶需要容易獲取最重要的信息，同時眼睛不能產(chǎn)生強烈的刺激，因此，字體色選擇黑色和綠色，綠色字體作為提示性信息給予用戶可選擇的圖書信息，黑色字體顯示常規(guī)信息；背景色選擇白色，既使用戶獲得較大的色覺視野，也避免了用戶視野的分散[6]。

（二）界面的信息設計

根據(jù)人因工程學的目光巡視特性，用戶在瀏覽界面時，習慣方向為為左到右、從上到下，且在水平方向的瀏覽速度快于垂直方向，而且不宜產(chǎn)生疲勞感。因此，對于用戶來說最需要的信息應當放置于左方、上方。在查詢某本圖書的界面設計中，應將圖書式樣和借閱狀態(tài)設置在左側和上側，方便用戶第一時間了解到該圖書在館或是已借出，如圖8。

結論

文章基于人因工程學理論，給出圖書館自助檢索機的尺寸設計和界面設計策略，主要是以下幾點：（1）為避免頸背部的疲勞，顯示屏中心距地高度設計應為1559mm；（2）為方便用戶手部處于舒適位置，操作臺高度應為1018mm；（3）為保證用戶有足夠的操作空間，操作臺長度為901mm，深度為476mm；（4）當按鍵寬為20mm，按鍵間距為10mm時操作最佳；（5）易識別的字體大小范圍應在1.55mm-2.6mm之間；（6）為避免注意力分散，界面字體色選擇黑色和綠色，背景色選擇白色。（7）為使用戶易取得圖書信息，界面設計應將圖書式樣和借閱狀態(tài)置于第一序列。圖書館自助檢索機是連接用戶與高校圖書館之間的現(xiàn)代化橋梁，良好的人機設計不僅起到提高檢索效率，而且可以給用戶帶來更舒適的使用體驗。

參考文獻

[1]馬廣韜.人因工程學與設計應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013：15-37

[2]阮寶湘.工業(yè)設計人機工程[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2017：42-57

[3]周文超. 高校圖書館內(nèi)部設計人因評價研究[D].中北大學，2017：12-16.

[4]馬廣韜，張微涵.人機交互與銀行自助終端系統(tǒng)設計研究[J].設計，2017（03）：137-139.

[5]馬廣韜，郭芷若.沈陽現(xiàn)代有軌電車5號線站臺信息顯示屏設計研究[J].設計，2020，33（05）：140-142.

[6]王培基，陳妍.工業(yè)4.0和設計3.0視野下的人機交互[J].設計，2017，264（09）：62-63.