基于动作分析（MS）的计算机键盘问题思考

杜战其，曹守启，王建玲，杨 颖

（上海海洋大学工程学院，上海 201306）

0 引 言

随着越来越多的人使用计算机，出现越来越多的人患上了腱鞘炎、腕管综合症等职业病，故从基础工业工程、人因工程，尤其是其中的动作分析（Motion Study,MS）理论，对台式计算机键盘布局等进行优化是目前亟需解决的问题。正是基于这一热点问题，重点对计算机键盘问题做些思考分析，主要围绕人因工程和动作分析，辅以基础工业工程技术，指出当前键盘存在的缺陷不足，以对键盘进行优化改进、设计一款高效率、更舒适的台式计算机键盘。

1 整体布局的问题及其分析

1）两手距离偏近。当双手放置在基准键位时，食指间距约45 mm，与自然姿态相比，容易导致前臂内旋、两肘两肩内收、屈前臂肌紧张，短时间内就可造成肩颈部酸痛，以至影响整个输入过程的正常进行。按键呈水平直线排列：操作时，手腕向下弯曲并内旋，双手呈正放姿态，同时前臂内旋，处在肌肉强迫状态。整个运动过程中，上肢近乎直线运动，一直处在高度紧张状态中。导致了与手在自然状态下的运动路线不相符，特别是左手指操作的各键，其纵向排列方向与左手指自然屈伸运动方向成正交。这样左手操作的主要动作是运腕动作，手指灵活运用能力得不到发挥；既不符合动作经济原则中尽量使用较低级次动作的要求，也不符合人手的生物力学特征，左手更易疲劳。现行标准键盘的设计，没有考虑到手的支撑点问题，使人手在操作时常常处于悬腕状态，整个手臂都处于紧张状态，这是产生疲劳和误操作等现象的主要原因。如果长期或者频繁操作这种键盘，就会造成腕腱组织劳损，甚至导致忍受丧失感觉能力等严重的电脑职业病[1]。

2）现有的人因工程键盘，也存在布局问题。虽其右侧键盘符合人体右手运动的自然方向，然而左手操作的按键，其纵向排列方式与左手手指自然屈伸方向成正交，见图1，图中1号箭头为左手自然运动时的方向，2号箭头为按其他行按键时左手的运动方向。笔者发现，操作中左手存在大量的运腕动作，同时左手姿势偏向持久的尺侧偏。如此一来，手指灵活运用能力得不到发挥，久而久之，容易导致手的疲劳，并易导致手部肌肉及神经的累计性损伤。

图1 左手运动方向示意图

2 主键盘区字母键的布局问题及其分析

字母键盘区是电脑键盘的主键盘区，使用率最高。QWERTY键盘虽为使用拉丁字母语言的国际标准，但排列并非最科学、最高效。字母键盘的基准键为F键及J键。一般认为QWERTY的依据为：将经常连击的键在空间上分开，以降低击键的速度，防止键杆卡住。实践中思考的缺点是：1）左手的负担过重─约57%的击键由左手完成，而大多数人的左手是非优势手。2）各手指负荷的分配与手指的力量和灵活性不匹配，比如小手指的负荷过大。3）各行键负荷的分配不合理，各手指停歇之上的主行(home-row)各键的利用率过小，只有32%的击键由主行键完成，而2行键的利用率为52%。4）第2行键和第4行键来回切换的频率过高。5）很多常用词完全由左手输入，比如was、were、extra、address[2]。6）随着技术改革，计算机的轻便代替了打字机的笨重，键盘的反应速度已可跟上打字员的输入速度，从而凸显QWERTY键盘的缺陷。

3 功能键及编辑定位键区的布局问题及其分析

1）许多键盘加大回车键的尺寸以便敲击，却忽略了Back Space键，将其放置在键盘主键区最右上角，该键键帽大小只有12 mm×14 mm。由于Back Space键被设计在远离J键的角落，使用者在进行文本输入时经常误按成其邻近的键。击键时右手被迫腾起，食指离开基准键位，这导致了敲击速度和正确率大大下降。实际作业中，Back Space键的使用频率比回车键要高4倍以上，所以此键改进设计是个重点。再者，Enter键的敲击也需右手食指离开J键，否则敲击成功率极低。Delete键的设计偏离J键更远。与此同时，拇指的作用被忽视了；实际上拇指的力度、空间方位的判断能力、活动速度都是可以信赖的，而且位置居中、动作范围大，单独动作能力强，发挥拇指的作用是减少小指压力的重要思路。此外，空格键的键长太大，浪费了键盘上宝贵的空间。

2）传统键盘的编辑与定位键区设计在键盘中部偏右位置。右手操作鼠标若按这些键时，要么右手放下鼠标操作后、又返回点击鼠标，要么需左手伸到键盘右部来进行此操作，这使操作极不方便。左右手的分工不尽合理，一般情况下右手基本上需要“包揽”主键盘区中线以右的敲击任务，约占整个键盘的2/3，而此键区没有一个起定位作用的基准键位，操作时几乎无法实现盲打。再者，键位排列不够科学，定位键与编辑键的配合脱节，定位键与定位键之间的配合也不方便[3]。

4 数字辅助键盘区的布局问题及其分析

数字辅助键盘区提供专门数字录入人员的操作方便性，却忽视了“=”键的重要性。用户在编写程序或进行计算时，习惯将“=”与“+”、“-”、“*”、“/”等联系在一起。而传统设计未将“=”键集中在数字辅助键盘区，用户输入时需从数字辅助区“跳跃”至主键盘区寻找“=”键，并再次回到数字辅助区输入，多次往返降低作业效率。当考虑到一些用户惯用左手，以及一些游戏中的需求，有时要让左手穿过右手来使用数字辅助键，或以不灵活的右手来操作按键，也感不便。因此，将数字辅助键固定于键盘最右端未必合适。

[1] 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．

[2] 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．

[3] 杨明朗，袁桃.基于人机工程学的键盘设计[J].包装工程，2005（5）：168-170．