基于人因工程学的高校图书馆自助检索机设计研究

宋桓翠 马广韬

摘要：为了增强目前高校图书馆自助检索机的使用效率，提升用户在图书检索过程中的使用体验。文章通过对高校图书馆自助检索机进行调研，发现其存在设备尺寸不符合人体工学、操作方式不符合人性化、界面设计不符合用户习惯等问题。文章充分考虑大学生的身体变化，运用人因工程学理论进行再设计。给出具体的高校图书馆自助检索机尺寸参数和界面设计策略。该设计研究可以为各大高校图书馆自助检索机设计的参考。

关键词：人因工程学；自助检索机；高校图书馆；大学生人体尺寸；界面设计

中图分类号：TB47 文献标识码：A文章编号：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

高校图书馆作为最基础的教育文化设施，是高校学生提升专业素养、增强自身本领的场所，理应提升服务效率和质量。图书馆自助检索机是一款用户可自助进行图书检索的设备，不仅可以帮助用户高效查询馆内图书信息，而且有效节省了人力成本。然而，目前高校图书检索机在设计过程中并没有充分考虑人因工程因素，忽略了人在使用设备时的舒适度。文章基于人因工程学，针对目前图书馆自助检索机存在的显示屏高度设计过低、操作台高度不合理、操作台空间小、按键设置不合理、显示屏文字大小不合理、界面信息不易取等问题进行再设计。

一、高校图书馆自助检索机调研分析

（一）调研目的：

通过调研了解用户对目前高校图书馆自助检索机的满意程度，了解用户在使用自助检索机过程中的问题点，为设计提供人因工程学的依据。

（二）调研方法：

通过现场调研和问卷调研的方法进行研究，笔者在沈阳某三所高校图书馆进行调研考察，并对200名用户发放调查问卷。由于高校内图书馆自助检索机的使用群体大多数为18-25岁的大学生，问卷发放对象即是大学生，调研其对于自助检索机的满意程度及所遇到的问题，分析其在使用图书馆自助检索机时遇到问题的产生原因。

（三）调研结论：

通过对目前高校图书馆自助检索机的研究和分析，主要发现以下人机问题，如图1、2：

1.显示屏高度设计过低。目前高校图书馆自助检索机的设计只考虑了设备的功能，忽略了人在立姿状态下的最佳视线范围。因此，用户不得不低头，甚至弯腰进行检索，很容易导致人体颈部和腰背部产生疲劳。

2.键盘和鼠标的操作台高度不佳。键盘和鼠标的操作人体尺度不匹配，用户在使用自助检索机时手部和肘部处于向下状态，在这种状态下操作时，用户不得不考虑身体前倾以准确按压键盘，不得不挤压手肘以顺利操纵鼠标。

3.操作台操作空间小。用户使用鼠标进行检索时，操作空间往往受到限制，不得不反复移动鼠标以重新确定初始位置，造成操作不便，降低了检索效率，且重复性的无关操作往往让用户感到烦躁。

4.键盘设置不合理。在公共环境中，用户更容易感到紧张。按键的尺寸大小与间距设计过小，在检索过程中很容易碰到其他不相关的按键，导致操作不正确，从而降低了检索图书的效率。

5.显示屏文字大小不合理。当前图书馆自助检索机显示屏字体大小主要是基于计算机自身设定的字体大小，用户处于公共空间，过小的文字容易产生心理烦躁感，需要更久的时间进行思考；另外，对于用户重要的文字信息大小层级不明显，文字无法有效被获取。

6.界面信息不易取。界面信息布局没有考虑到用户的易读性，导致用户短时间内很难从检索页面查找到所检索图书的位置信息，在馆信息被隐藏，大量的非必要信息阻碍用户的判断，例如出版社、出版日期、索书号等；且界面颜色设计不合理，没有突出信息的层次感。

二、大学生人体尺寸数据研究

尺寸设计是人因工程学中重要的一部分，合理的尺寸选择不仅体现了设计的科学性和准确性，而且可以给用户带来更舒适的情感体验，更能提高设备的易用性。因此，产品尺寸的设计必须以人体尺寸数据为基础[1]。高校图书馆自助检索机的各项尺寸都应符合人机要求。

考虑到图书馆自助检索机的使用群体主要为大学生群体，我国经济的快速发展使得大学生的生活质量和生活水平显著提高，目前高校大学生在身高、眼高、肘高、人体比例等方面发生改变，然而人体尺寸的数据标准严重滞后。因此，如果在产品设计时是基于我国第一次成年人人体尺寸参数调查的数据，即GB/T10000-1988《中国成年人人体尺寸》中的相关尺寸进行数据选择，显然已不符合目前大学生的生理特征需求。

（一）大学生人体尺寸的测量

在高校图书馆自助检索机的人机设计中，主要涉及大学生在立姿状态下的人体主要尺寸（眼高、肘高、最大肩宽、前臂长、手长）。因此，通过调研50名（男性25名、女性25名）在图书馆学习的大学生，将人体测量学和数学统计的相关方法融入到大学生人体尺寸的计算中，以计算出最新的大学生人体尺寸数据标准。对大学生立姿状态下的眼高和肘高的数据进行分析与统计，得出其均值x和标准差SD，如表1。

（二）大学生人体尺寸百分位数的计算

百分位数是人体测量数据的一种位置指标，对应等于或小于某一人体尺寸的人占总人数的百分比[2]。在产品设计过程中，应根据产品设计对象的不同，选择不同的百分位数据。考虑到高校图书馆自助检索机的安全性能和经济成本，最常用P5、P50、P95这3组百分位数。在统计学中，计算某一人体尺寸百分位数时可以利用均值x和标准差SD的数据。根据测得数据计算大学生主要尺寸（眼高、肘高、最大肩宽、前臂长、手长）的均值x、标准差SD，可根据以下公式计算百分位数X，得到大学生主要尺寸的P5、P50、P95百分位数，如表2。

X=x±（SD×K）

式中，1%～50%之间的数据取“-”，50%～99%之间的数据取“+”；K为变化系数，百分比与变换系数的关系，如表2。

（三）人体尺寸百分位数的选择

在进行尺寸设计时，主要依据人体百分位数进行数据计算，因此，需要首先确定产品类型进行相应的百分位数选择。根据GB/T12985-91的标准，产品尺寸设计按产品功能分类分为3种：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型产品尺寸设计，如表3。

（四）尺寸的修正

为保证产品设计的科学性和准确性，需要对产品尺寸的设计依据进行尺寸修正。由于人体数据是在被测者脱鞋、少衣的情况下进行采集的，然而日常生活中用户是正常穿鞋、穿衣甚至带帽的，因此必须考虑加入适当的着装尺寸修正量；其次，在测量过程中，被测者精神紧张，站姿处于挺直状态，而在日常操作时用户身心放松，因此，必须充分考虑加入适当的姿势修正量。基于心理学理论，为了克服用户的“高度恐惧感”“空间压抑感”等不良心理情绪，考虑在产品最小功能尺寸的基础上加入适当的心理修正量。

（五）产品尺寸的确定

最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量

最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量

三、人因工程学与高校图书馆自助检索机的尺寸参数设计

（一）设备终端的尺寸设计

1.显示屏的高度设计

为保证用户在查看屏幕时不低头并且不弯腰，保持放松状态下的直立站姿，显示屏中心距地高度应与人体眼高位置保持一致。考虑到产品的定位人群是大学生群体，显示屏要保证大多数人的正常使用，属于男女通用的Ⅲ型产品尺寸设计（平均尺寸设计）。因此，选择男女50百分位的平均值作为参考依据。

根据最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量，所以有：G1=（H150+J150）/2+A1-B1

式中：G1—按用户“视线与显示屏中心位置一致”要求确定的显示器中心高度的最佳功能尺寸；H150—男子眼高的50百分位数，查表得1594mm；J150—女子眼高的50百分位数，查表得1472mm；A1—站姿眼高的穿鞋修正量，设取36mm；B1—心理修正量，考虑到人在设备面前的压抑感，设取10mm。

将以上数值代入式中，得到G1=1559mm。因此，显示屏中心距地高度的最佳人机尺寸为1559mm，如图3。

2.操作台的高度设计

考虑到用户在操作时肘部处于水平状态下是最舒适的，操作台的高度要保证用户肘部刚好与操作台处于同一水平线上，即要满足肘高群体不过于低位操作，又要满足肘低群体够得着，属于Ⅰ型产品尺寸设计（双限值设计）。因此，综合衡量安全因素和经济因素，选择男子95百分位作为尺寸的上限依据，选择女子5百分位作为尺

寸的下限依据[3]。

根据最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量，所以有：G2≦H295+A2 、G2≧J25+A3

式中：G2—按用户“肘部与操作台处于同一水平面”要求确定的操作台高度的最小功能尺寸；H295—男子肘高的95百分位数，查表得1102mm；J25—女子肘高的5百分位数，查表得912mm；A2—男子站姿高的穿鞋修正量，设取38mm；A3—女子站姿高的穿鞋修正量，设取24mm。

将以上数值代入式中，得到936mm≤G2≤1140mm。平衡取舍，考虑肘高和肘低群体的综合体验，取中间数据，操作台的高度应为1038mm。但因键盘和鼠标操作需要一定的余量空间，计算出的操作台高度实际为键盘和鼠标的操作高度和操作台自身高度的总和。因此，在实际的操作台高度设计中，应减掉键盘和鼠标的操作高度，设取20mm，实际操作台高度应为1038mm-20mm=1018mm，如图3。

3.操作台的长度设计

为避免反复拖拽鼠标以重新定位，造成重复操作，用户在使用鼠标时需要有足够的操作空间。在操作台长度设计中，若是满足了大尺寸用户的需求，小尺寸群体的需求也得到了满足，属于ⅡA型产品尺寸设计（大尺寸设计）。因此，平衡安全因素和经济成本，选择男子95百分位数作为参考数据。

根据最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量，所以有：G3=H395+（H495+H595）*sin60°+A4+B2

式中：G3—按用户“在水平方向上需要足够的操作空间”要求确定的操作台长度的最佳尺寸；H395—男子最大肩宽的95百分位数，查表得477mm；H495—男子前臂长的95百分位数，查表得263mm；H595—男子手长的95百分位数，查表得203mm；考虑到人体前臂和手部的活动角度，选60°即可；A4—男子手部活动的修正量，设取10mm；B2—考虑到人体面临操作台边缘时的心理恐慌感，设取10mm。

将以上数值代入式中，得到操作台长度尺寸参数为901mm，如图3。

4.操作台的深度设计

在纵向设计上，需要考虑到用户操作时的纵深空间，过小的操作台深度会导致用户手臂悬空，进而导致肢体疲劳。按用户肘部刚好与操作台边缘平齐考虑，既可以给予用户手臂操作支撑，也可以节省经济成本。该深度设计属于ⅡA型产品尺寸设计（大尺寸设计），满足大尺寸用户的需求即可，选择男子95百分位数作为操作台深度设计的参考数据。

根据最佳根据最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量，所以有：G4=H695+H795+A5

式中：G4—按用户“肘部刚好与操作台边缘平齐”考虑确定的操作台深度尺寸；H695—男子前臂长的95百分位数，查表得263mm；H795—男子手长的95百分位数，查表得203mm；A5—男子手部活动的修正量，设取10mm。

将以上数值代入式中，得到操作台深度尺寸参数为476mm，如图3。

（二）键盘操作的尺寸设计

用户在操作键盘时处于公共空间，更易神经紧张，键盘设计应遵循人机尺度的规范。

1.按键的尺寸设计

按键尺寸应大于人体手指指球肌，考虑到人手按压按键时主要涉及到食指、中指、无名指和小指，参考GB/T16252—1996的线性回归方程，无名指和小指宽一定小于食指，因此，在计算中只需对比食指和中指即可。因操作台的产品设计需要满足安全需求，同时需要衡量经济因素，选用男女50百分位数作为产品尺寸设计的上限依据。

根据GB/T16252—1996查得男子食指近位指宽的回归方程，所以有：Y1=6.89+0.14X

式中：Y1—男子食指近位指关节宽；X—男子手宽的95百分位，数值为92mm。将以上数值带入式中，得到19.77mm。

根据GB/T16252—1996查得男子中指近位指宽的回归方程，所以有：Y2=8.65+0.12X

式中：Y2—男子中指近位指关节宽；X—男子手宽的95百分位，数值为92mm。将以上数值带入式中，得到19.69mm。

由上述计算可知，男子95百分位食指宽大于中指宽，以食指宽数据19.77mm为准。

根据最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量，所以有G5=H895+A6

式中：G5—按键宽度的最小功能尺寸；H895—男子食指宽的95百分位数，得19.77mm；A6—男子戴手套的修正量，设取3mm。

将以上数值代入式中，平衡取舍，得到按键宽度尺寸参数为20mm。由于人手主要利用指尖按压按键，因此，按键长度依照宽度参数即可，如图4。

2.按键的间距设计

为了使人的手部活动灵活、操作便捷，按键等操纵装置在空间位置的设计中，应保证适当的间距。按键的间距要根据人体手部的操作状态、操作方式以及键盘本身的操作区域考虑，应保证操作过程中的精确性和舒适性[4]。当然，按键之间的间距不能过小，小的间距虽操作方便，但过小的间距会增加用户的误操作。因此，在设计中选择手指按钮间距的最小尺寸10mm，如图4。

（三）显示屏文字的尺寸设计

1.人体视线和视野

显示屏中所呈现出来的文字大小与人眼和屏幕的间距有密切关系，视角是瞳孔到产品两端连线所形成的夹角，在产品设计中作为尺寸大小设计的依据，用视角α表示，和显示屏两端间距D成正比，和可视距离L成反比，关系式为：α=D/L（以弧度为单位），如图5。将上面公式中的α弧度值换算成度（°），则推导出α=57.3 D/L，可得到屏幕的可视距离和文字的间距大小[5]。

视野是人的眼部直视前方产品所形成的视觉范围，分为直接视野、注视视野和观察视野3种类型，如图6，三者关系如下：

注视视野最佳值=直接视野最佳值+眼球可轻松偏转的角度（头部不动）

观察视野最佳值=注视视野最佳值+头部可轻松偏转的角度（躯干不动）

2.文字大小的尺寸设计

文章设计的显示屏是22寸显示屏（屏幕尺寸为487mm×273mm ），当用户在立姿状态下查看屏幕时，人的眼睛到显示屏中心的连线在视平线下15°-45°，也就是上下最佳视角为30°，

根据公式视角大小与观察距离与显示屏上下两端点的直线距离关系式α=57.3 D/L变化，得：L1=D1/α1*57.3

式中：L1—直接视野下的最佳可视距离；α1—由瞳孔中心到显示屏两侧的直接视野最佳值，α1=30°；D1—显示屏上下高度，D1=273mm。将以上数值带入式中，可计算得出屏幕最佳可视距离L1=521.43mm。根据注视视野最佳值=直接视野最佳值+眼球可轻松偏转的角度，当人眼查看屏幕上下视角α2为50°时，可计算出可视距离L2为312.858mm，则查看屏幕得可视距离为310-520mm。

在图书馆自助检索机的显示屏字体大小的设计中，处于室内状态，光线条件较好，根据字符尺寸=1/200视距-1/300视距，取其1/200视距。所以有：D=L/200

式中：D—字符的高度尺寸；L—查看屏幕的可视距离，范围为310-520mm。将数值带入式中，得出字体高度范围应该在1.55mm-2.6mm之间。字符的其他尺寸可以根据高度D确定，最小间距为D/5，宽度为2D/3，粗细为D/6。

3.文字大小的层次选择

在界面设计中，通过界面各个元素尺寸大小的变换，可以创建更清晰的视觉层级，方便用户简单快速地识别信息。因此，对于用户更有价值的信息应选用字体的较大值，例如书名、在馆信息等，选择字体高度在2.6mm的相应字体大小；非重要信息选择字体最小值，即1.55mm字体高度对应的大小。

四、人因工程学与高校图书馆自助检索机的检索界面设计

（一）界面的颜色设计

色彩是人的视觉最直接感知到的设计要素。人眼对不同颜色的感觉刺激不同，所看到的视野范围也不同，如图7。

在图书检索页面中，用户需要容易获取最重要的信息，同时眼睛不能产生强烈的刺激，因此，字体色选择黑色和绿色，绿色字体作为提示性信息给予用户可选择的图书信息，黑色字体显示常规信息；背景色选择白色，既使用户获得较大的色觉视野，也避免了用户视野的分散[6]。

（二）界面的信息设计

根据人因工程学的目光巡视特性，用户在浏览界面时，习惯方向为为左到右、从上到下，且在水平方向的浏览速度快于垂直方向，而且不宜产生疲劳感。因此，对于用户来说最需要的信息应当放置于左方、上方。在查询某本图书的界面设计中，应将图书式样和借阅状态设置在左侧和上侧，方便用户第一时间了解到该图书在馆或是已借出，如图8。

结论

文章基于人因工程学理论，给出图书馆自助检索机的尺寸设计和界面设计策略，主要是以下几点：（1）为避免颈背部的疲劳，显示屏中心距地高度设计应为1559mm；（2）为方便用户手部处于舒适位置，操作台高度应为1018mm；（3）为保证用户有足够的操作空间，操作台长度为901mm，深度为476mm；（4）当按键宽为20mm，按键间距为10mm时操作最佳；（5）易识别的字体大小范围应在1.55mm-2.6mm之间；（6）为避免注意力分散，界面字体色选择黑色和绿色，背景色选择白色。（7）为使用户易取得图书信息，界面设计应将图书式样和借阅状态置于第一序列。图书馆自助检索机是连接用户与高校图书馆之间的现代化桥梁，良好的人机设计不仅起到提高检索效率，而且可以给用户带来更舒适的使用体验。

参考文献

[1]马广韬.人因工程学与设计应用[M].北京：化学工业出版社，2013：15-37

[2]阮宝湘.工业设计人机工程[M].第3版.北京：机械工业出版社，2017：42-57

[3]周文超. 高校图书馆内部设计人因评价研究[D].中北大学，2017：12-16.

[4]马广韬，张微涵.人机交互与银行自助终端系统设计研究[J].设计，2017（03）：137-139.

[5]马广韬，郭芷若.沈阳现代有轨电车5号线站台信息显示屏设计研究[J].设计，2020，33（05）：140-142.

[6]王培基，陈妍.工业4.0和设计3.0视野下的人机交互[J].设计，2017，264（09）：62-63.