行动电话相关手部运动人因工程1

摘要 根據交通部電信總局統計，截至民國八十八年初，國內行動電話用戶總數已突破五百萬戶；而就電信市場行動電話銷售統計，光在去年一年台灣就銷售了三百萬台以上；民營電信業務的開放，造成用戶的快速成長，無形中已漸漸改變了人類的生活型態、工作方式以及消費行為等，與你我的生活息息相關。 通訊產品在現代生活上儼然已成為最便捷且不可或缺的溝通工具，加上全球通訊技術的快速發展，導致各種通訊產品不斷的推陳出新。資料科技的發展快速，使得人們在生活訊息傳遞方式上有很大的變化；從書信往來到有線電話再邁進無線通訊產品和個人化的行動電話，人們希望彼此溝通不受時間及空間的限制，不論是靜止時或行動中，都能隨時、隨地、迅速、方便、直接、經濟地進行資訊的傳遞與交流。本研究的主要目的，在於讓使用者在未來使用行動電話時，能結合各方面人因與產品設計中的要素，而有更舒適的操作尺寸及介面。行動電話在未來是個不可擋的通訊趨勢，為了讓使用者能使用的更方便，更輕鬆，也為了避免一些長期的運動傷害，當行動電話之類的產品在未來興盛之時，是現今設計所需研究的存在問題。本研究中製作了個由不同變因而成的行動電話草模來提供計測，並實地的調查了位的歲的可能使用族群，包括學生、上班族等。經由問卷調查、統計、回歸分析而求出舒適操作手機尺寸如下：手機寬度CM長度CM最佳角度通話手臂操作角度未來的行動電話設計，將可參考相關數據，以期能讓使用者更舒適的操作。導論（一） 背景分析 在人類悠久的歷史中，一直為萬物的領導者。在文明的開發中，人類之所以會頗於其它的物種，其主要的條件即是大腦、雙手和語言。但是即使在現今科技發達的社會中，自動化的昌盛以及器物的進步，仍然是需要透過雙手來達到其控制和處理的目的。因此人類所賴以為生的環境大部份然是離不開雙手的。人類之所以雙手萬能當然有其基礎。大腦皮層主管手部的知覺與運動的區域為廣大，因此手部結構之複雜，更是無以倫比。雙手關節與人體脊椎以外的其他部位關節總數一樣多。人類手部也有這樣的特色：各指可獨自運動，故具有多軸性運動的可能性；拇指能對立運動，並有運用自如的靈巧性；拱狀的手掌斷面，使能抓握的範圍更大也更穩；感覺與運動神經的發達，可根據作業內容或對象物的柔軟度，施以對應的力氣予以操控。關於手機介面的人因研究，最基礎的應是手部各動測計之測定：第二順位的，當推與手部動作有關的問題之釐清為關鍵。因為前者，尺寸，涉及產品設計的一些有關物理量之規格的設定；而後者影響到對物佛操控或介面式之選擇，以達到方便與省力等的需求。此外，手部動作的研究，所獲得的知識對於醫學上手部機能檢查、測定復健效果或其餘的機能，對於設計殘障者適用的手工具，或者義肢的開發，當有所助益。常言道雙手萬能那麼人類手部到底能做些什麼？最簡單而尋常的答案，是用途性的陳述或者是拿取食物就口、製造工具、橾作機器、藝術表演、照顧子女或意思表達等。然而進一步分析，人的手之所以能做事，底下的基礎條件，是估為它能夠產生動作，且施出力量而改變物體的位置、狀態、或性質。因此，基於上述的文章內表示手的功用與動作，所以在此研究手部動作是本研試圖探討的課題。根據前述考量與發現，本研究乃經由文獻探討、問卷調查、及活動觀察、模型測試來收集、分析與識別動作項目。探討的手部動作，係以手物介面時的動作為範圍，而非徒手動作。而所謂的手物介面，係指手部對物作作用，而引起人員或物作產生效應的歷程。所分析的對象，只限於手掌、手腕、手肘所構成的上支動作；再者所考量的主要是單手動作，即使在唯有雙手同時運用始能完成的情況下，仍然以單手動作的特色為測量基準。運動機能學發展出一套以身體部位的運動方向的不同，來區分運動或動作的類別。如：區曲、內收、外旋等。若將這些動作分類與描述，運用於前臂及手指的運作，最少可以區分出種之多是狹義的手部象作。如手腕之掌屈、背屈、伸展、內旋、外旋、橈屈、尺屈或手指之屈曲、伸展、外展內收。人體各部位的特定動作，可藉此基本動作來描述。如按鍵係食指做出屈曲動作，手腕做出掌屈動作。其實它最主要的用途乃測定各部位各動作的移動範圍及施力大小。在人因設計上，這種數據當然是應該考量在內，產品才具可用性及易操作性。通常，在操作活動的描述，人們較偏好使用較具意圖性的動作分類及其術語。如：定位動作、連續動作、操控動作、反覆動作、序列動作、靜態調節等。工作研究的動作分析或操作分析旨在釐清作業或操作時，身體各部位所運用的是些什麼動作，再設法消減無效的動作。這類研究所探討的，也幾乎屬於手擘手指的動作。因為人機介面，是人員對機具的施加控制，主要是由手部來執行。動行範圍與動作耗力可分成五個級次：手指動作為一級：手腕的動作為二級：前臂為三級：上臂為四級：身體其它部位為五級。（二） 問題討論本研究其間異同與關係，目的在於發展一套手部動作分類系統，不過由於市面上所有的手機眾多，因此討論的方向僅以經過調查後所存在的共通問題點。經過調查後可以統計出一問題來達成此次計測的研究目的。欲達成此一目的即需解決有下列問題；、 由於日趨改革，使得手機尺寸越來越簡小，是否適合一般攜帶。、 手機尺寸越來越小，使得按鍵越來越小，是否能完全符合手指使用操作時的需求。、 功能鍵多，與數字鍵的位置安排上是否容易瞭解操作。、 聽筒與話筒長度設計是否恰當，機構是否適合行動操作。、 手機外型設計是否適合手掌的握持。 以上五點為本研究中所提出較共通性的問題點但就這些問題點，還必須經過所謂的調查研究、統計分析。因此在在救一步驟內所討論歸納出的問題點，在下幾項要點研究中也必需注意到下列幾點，這些為本研究中就手部動作的研究探討時所必需注意的要素。手部動作分析的考量因素如下：1.動作目的：手持行動電話是否移動，移動方向和速度。2.施力性質：持握行動電話時之施力方向、手部和行動電話間之相對運動方向，開敞或封閉的施力迴路。3.參與部位：抓握行動電話時，手部與行動電話間所接觸的部位，及運動部位。二、方法（一） 計測型態在導論內，研究有關手部的操作中，就針對本研究所討論的題目：行動電話之手部相關研究方面，裡面提出了五頁問題點。針對各問題點，必須經過市場調查後始以得知，現有的產品上何者為已解決問題，何者為待研究問題。然後再針對現有存在未處理的問題點進行討論研究。 在計測之前必須先注意到人體尺寸的大小，常會受到很多因素的影響。一般會影響身體尺寸的因素陳述如下：、 年齡：從出生到成年的這段期間，身體各部份均不斷成長，由於其生長速率不同身體的各部位也將會不同。、 性別：一般而言，男性在身材尺寸各方面的條件比起女性大都是比較大。、 年代：由於生活品質的提高，不論哪一人種，在身高體重方面均逐漸提昇的長期趨勢。、 職業：從事不同的職業的人，其體型上也常有顯著的不同。、 其它：如地域、運動、飲食、健康、穿著等。 在以上五點，每一項對於計測均有或大或小的影響，因此在計測時必需先針對計測的族群定統一的規定。就年齡層、性別、職業、穿著或姿勢，都必需先統一定訂規範，以期計測出的結果能在人為因素影響內減為最低。計測族群規範將在後面報告內容提出。（二） 量測技術 人體物理尺寸的計測，大致可以分為下下兩類、 靜態人體計測：靜態人體計是指受測者在靜止的標準化穩定的姿勢下，依事前設定的測定點所測得的人體各部位尺寸。根據以上，本研究可以先定義靜態動動作項目，如下圖表所示：項目定義1.手掌長度此項計測係屬本研究中最重要的一環。研究中必須先測量受測者的手掌長度，其目的是為了瞭解手掌長度對於手機長度的影響，測量受測者的手掌係指受測者的中指頂端到手腕骨中間的直線距離，如圖一。項目定義2.手掌與手臂之間的角度第二項靜態計測係數手腕彎曲角度。在人的使用狀態下，應該是可以不用考慮背屈的問題。在計測使用的角度時，必須從前端手臂之延伸線與當時手掌位置的交角，如圖二。項目定義3.手掌與手機之間的寬度第三項靜態計測關係到行動電話操作時的本體機身界面與手掌大小的舒適性。因此測量方法須分為兩部份，其一為手掌握著手機時，其姆指到小指的直線距離；另一方面則為手機本身的寬度。綜合上述兩者數據後，再加以比較研究其兩者的相關性，如圖三。、 動態人體計測： 動態人體計測又稱為機能人體計測，係指人體執行各種操作或進行各動活動時處於活動狀態下的各部位尺寸之測量。在一般工作或生活清況下，人並非靜止不動，因此在進行本研究時即需注意到手臂彎曲、手掌彎曲、手臂彎曲等相關因素影響。下列個圖所表達讀即為不同使用者就會產生出不同的動作方式。（三） 計測項目 根據之前的導論，共分析出五項問題點，但經過調查資料的分析後，發現在現有的市埸上，發現有些問題已經改善，因此本研究進一步的縮小研究範圍，以利研究更細部的問題點。經過小組研究過後，本研究統整出三個研究計測方向。、 手肘彎曲角度：根據研究，一般大眾在使用行動電話時，手肘彎曲的角度與身體的姿勢有著很大的關係。因此本研究在定義使用問題的計測規範時必須先將身體影響手肘彎曲角度的因素排除。、 手腕彎曲角度：一般使用者在使用行動電話時，其手腕彎曲角度也和手肘的角度有關。因此承接第一項研究計測時，先計測手肘的角度，而後再接著進行手腕的彎曲角度。、 機身與手掌；此項研究偏向行動電話本身造型的影響。由於行動電話日趨精細，所製造出的外觀形狀更趨玲瓏。在外觀的日益改變之時，是否考慮到機身本身和手的關係適應性。在計測手掌時，也必須考慮到受測者本身的性別為何。在之前的第點計測型態內有提過，性別的不同所研究出來的結果也會大大的不同。因此在這一項的研究討必須先考慮受測者的性別。（四） 計測方法在第點量測技術中有提到，本研究的靜態人體計測分為三類，而計測結果也將做為研究過程中所需製作草模的一個依據。在針對人的計測方法上，製作的草模調查可分為四類：、 手機長度針對目前市面上的現有尺寸，調查整理後，設定其調查的範圍尺寸，範圍為CM CM。、 手機寬度設定的寬度先以現有手機做為參考，再依掾調查使用者的掌寬，做為設定手機寬度的依據。以中指的第二指節至掌中心的距離，範圍設定在4.5CM 6.5CM。、 手機弧度所謂的手機弧度主要是要適應機器與人的舒適性。因此為要瞭解一般人的使用中的情形，必須測定一般手機所需要的基本弧度。其測量的角度範圍即為臉頗至下巴底端彎曲度。、 手機按鍵與LCD位置在這一項的測定中，最主要是要瞭解使用在使用行動電話時，對於按鍵的偏好性。因為使用者的慣用性對於一般手機的設計有其基本的影響。因此先由問卷調查來調查使用者偏好於那幾種搭配。計測過程首先，在本研究的市場問卷調查表中，共統整出四項靜態計測，一項動態計測。 靜態計測方面：項目內容尺寸1.手機長度(固定寬度)10CM、11CM、12CM、13CM、14CM2.手機寬度(固定長度)4.5CM、5.0CM、6.0CM、6.5CM3.手機角度5、30、45、60、754.原件位置共有六種位置面板 動態計測則有：、 手臂彎曲角度：藉由工具測量計測過程：第一項的靜態計測為受測者的掌寬及掌長第二項的靜態計測為手機寬度第三項的靜態計測為手機長度第四項的靜態計測為手機彎曲角度第五項的靜態計測為手機面版配置第六項為動態計測的手臂彎曲角度在受測者資料上共計五種基本調查資料：性別、年齡、身高、手掌寬、手掌長。本研究的市場調查著重於個人的習慣使用，因此在問卷的調查需以實際的模型來達到所要求的結果。計測市調結果如後。三、 統計 在做完實際的戶外調查後，本研究將得到的數據予以統一整理並統計。期望能在統計過後的結果找出最佳的行動電話大小，提供未來行動電話所設計的方向。 首先本研究將使用者手部寬度的資料與本研究用來計測的五種寬度計測模型做個比較整理，運用單因子變異數分析來確定兩者間（使用者手掌寬度與手機寬度）是否有確切的關係。（一） 數據統計手機長度的五種尺寸別如下：固定寬度為6cmA-10cmB-11cmC-12cmD-13cmE-14cm手機寬度的五種尺寸分別如下：固定長度為12cmA-4.5cmB-5.0cmC-5.5cmD-6.0cmE-6.5cm手機彎曲角度的五種尺寸分別如下：15度30度45度60度75度經過位的受測者操作後，其統整結果如下： 男女各位平均年齡22.5歲平均身高167 CM平均掌寬10.36 CM平均掌長18.64 CM手機寬度A-2B-8C-8D-2E-0手機長度A-5B-6C-4D-4E-1手機角度A-1B-4C-9D-5E-1手件位置A-0B-2C-4D-3E-6F-5手臂角度平均47男生資料群平均年齡22.7歲平均身高172.2 CM平均掌寬11.17 CM平均掌長119.40 CM手機寬度A-0B-4C-4D-2E-0手機長度A-0B-3C-2D-4E-1手機角度A-1B-2C-2D-4E-1手件位置A-0B-1C-1D-3E-2F-3手臂角度47424846454850475246女生資料群平均年齡22.2歲平均身高161.8 CM平均掌寬9.55 CM平均掌長17.88 CM手機寬度A-2B-4C-4D-0E-0手機長度A-4B-4C-2D-0E-0手機角度A-0B-2C-7D-1E-0手件位置A-0B-1C-3D-0E-3F-3手臂角度51435046484548464746（註：英文字母代表尺寸的樣式一數字表示選擇的次數） 這次研究的目的，就在於是否能找出行動電話最適合操作的大小形式。因此已知數據的參考方法及統計方式是本研究後半段研究的重點。本研究最後在數據的計算，先採用選定有效範圍的樣本，再取其眾數自最大值者為最終的選擇。先說明本研究最後統計的公式：、 算出取樣位使用者的平均數，標準差，再以其平均數加減標準差為眾數統計的上下限。、 找出範圍內最多人選擇的樣本，即為市調中數據所穫得的最佳值。、 LCD分佈的數據因沒有找出參考的變因，因此直接找出眾數最大為值為統計結果。動態方面的計測結果因數據無太大的差異，因此不採用此種取範圍樣本的方式來統計。接下來就是經計算過所歸類出的最佳大小，過程如下：手機寬度使用者手寬手機長度使用者手長手機角度使用者身高B10D19.5D170D12D21C182C10.5C19D166C11.5D19.5E172C11D19B176C11E18.5A168B11.5B18B165B10.8B19.1C173D12.2C20.8D183B11.2B19.6D167A8.5B16.5C158B9.8C18.2B167B9.2B17.4C160A8.2A17C156B9.6A17.6C159C9.9A18.6B161C10.8B19.4C164C10.3C19.1C170B9B17C161C10.3A18D162平均數10.36平均數18.64平均數167標準差1.104726687標準差1.203241237標準差7.497368範圍下限9.255273313範圍下限17.43675876範圍下限159.5026範圍上限11.46472669範圍上限19.84324124範圍上限174.4974範圍有效樣本15範圍有效樣本13範圍有效樣本14眾數最高值C*7眾數最高值B*4眾數最高值C*5编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第33页 共33页（二） 變異數分析1.下列為手寬對於機身寬度使用時的舒適影響度手寬8.28.9手寬9.09.7手寬9.810.5手寬10.611.3手寬11.412.1手寬12.212.94.5555.556.54.5555.55.555.565.55.55.55.5單因子變異數分析組個數總和平均變異數(一)294.50(二)21050(三)631.55.250.075(四)4225.50(五)316.55.50.25(六)16.56.5#DIV/0!ANOVA變源SS自由度MSFP-值臨界值組間3.19444450.6388888.7619047620.00106793.105874669組內0.875120.0729166總和4.06944417經過分析的結果，由於F值大於臨界值甚多，以及P值小於基本值0.05甚多，因此確定了使用者本身手部的寬度，對其使用者手機寬度的舒適度，有者很大的關係。同樣的情形我們一樣將其運用在手機長度，與手機角度上的份析，如下列第項與第項內。發現了手長與手機本身設計長度時，經過變異數分析發現F值大於臨界值，因此手長與手機本身的長度設計也有絕對的關係。而手機角度跟使用者本身的身高的變異數分析後發覺F值大於臨異值，因此可以證明使用者的身與使用者使用機身時，手臂所構成的角度並無太大的關係。至於在另外兩個計測上（面板分佈析與動態操分析的數據），則因性質上的不同與數值上的過於相似，因此省略其變異數方面的運算參考。2.手長與機身本身長度設計的影響度手長16.517.2手長17.318.0手長18.118.8手長18.919.6手長19.720.4手長20.521.21010101112101012111311111411111212131313單因子變異數分析組個數總和平均變異數欄133110.333330.333333欄244210.50.333333欄3336124欄4896120.857143欄500#DIV/0!#DIV/0!欄622512.50.5ANOVA變源SS自由度MSFP-值臨界值組間6553556553565535#NUM!2.958245組內655351465535總和29193.身高與使用者使用時手臂所構成的角度的關係身高156160身高161165身高166170身高171175身高176180身高1811854530154545454530307560454545454560606060單因子變異數分析組個數總和平均變異數(一)4180450(二)521042157.5(三)627045360(四)212060450(五)14545#DIV/0!(六)210552.5112.5ANOVA 變源SS自由度MSFP-值臨界值組間562.55112.50.5263160.7527852.958245組內2992.514213.75總和355519統計的結果為最佳手機寬度C（5 CM），手機長度B（10 CM），手機最佳角度C（45度）。至於手機的面板LCD分佈，則取其眾數選出E組為建議參考值。四：結果在受測者平均數據內，平均掌寬10.36CM，在對選擇手機寬度，使用者多偏向在B、C兩種尺寸，因此可以得知一點就是一般人對於手機寬度握持的舒適性只要其掌寬的一半即可。另在手機彎曲角度統計上，使用者的族群偏向於45度；而手臂的彎曲角度為47度，因此也是接近於一般使用者在使用手機的角度。在男生受測者資料方面，平均掌寬11.7CM，在手機寬度調查其族群偏向於B、C兩種寬度，其原因也跟上述相同。另外其長度的族群偏向於D和B，手機角度偏向於D（60度）；手臂彎曲的平均角度為47.1度。 在女生受測者資料方面，平均掌寬9.55CM，在手機寬度調查其族群偏向於B、C兩種寬度。另外其長度的族群偏向於A和B；手機角多數集中於C，手臂彎曲的平均角度為47度。建議：總合分析報告的研究分析過程，事實上還有很多應該修改的地方，例如研究方向的更明確規範，相關手部運動的資料了解，計測的方向與方式，統計的重點及方式，都是可以加強甚至完全改正的地方。這些，都是本研究在實際研究分析時的經驗不足所造成，也提供給想做相關研究的單位做為參考：、 確定所欲分析舒適部位的範圍。、 確定分析要點與舒適度的關係。、 利用更精準的分析計測方式量測。、 更有效的有說服力的數據分析方式。相信把握這些要點，就能將整個分析做的更完整精確。結論經過漫長的計測與統計，本研究可以由結果找出一些使用上可能的最佳設定值及實際操做上的問題，這些資料，在未來行動電話的設計時，都可以加以運用，做為人因設計上的一個參考要素而不是一味只朝向造形上的變化、體積上的縮小，舒適的操做將會是的個行動電話設計中不可或缺的重點。這是本研究做完計測與統計分析後的最大感想。雖然整個研究到了最後並沒有如預期能獲得完整的數據與資料，但仍然在市調中發現了許多可能再設計相關產品時所忽略的細節。在今日，以市場為導向的商業環境中，必須確實地掌握消費者的喜好趨向，才能創造最佳的市場利基，尤其在成熟期的產品中，工程及製造技術愈來愈穩定與普遍，產品間的同質性也相對的提升，在無法輕易地以工程技術及製造成本獲取有利的情勢下，相對的產品造型在引發消費者的感性認同及激發購買行為的機制中，就佔有一個非常重要的地位。 到目前為止，行動電話一直都朝著輕薄短小發展，消費形態也朝多方面進行；在行動電話上市初期，一般都被視為貴族的消費產品，對一般人而言幾乎是遙不可及。隨著人民消費能力及產品普遍性的提高，儼然成為生活中不可或缺的工具。而消費者在選舉購買行動電話時，其外形通常為優先考量，行動電話體積大小亦是另一個考慮因素。正因如此，還沒有任何一家廠商以人因工程為訴求，強烈推銷及廣告自己的產品，簡單的例子：並非體積最小的機種就是最適和當做行動電話的設計。參考資料：第 33 页 共 33 页