人机工程学鼠标设计.doc

安全人机工程学课程设计班级学号 姓名 课程设计报告目 录摘要(1)、前言(2)、关键词1、人机工程学简介1.1、人机工程学定义1.2、人机工程学应用2、鼠标的分析与设计2.1、手部结构分析2.2、手臂分析2.3、手腕分析2.4、鼠标的人机工程学分析和设计3、鼠标使用过程中出现的问题4、总结5、附录5.1、指导教师5.2、参考文献6、小组成员分工摘要 通过对人性产品设计具体实例来说明人性化设计中所包含的人机工程学因素，指出中国未来的产品设计必以创新和革新为首要条件，人机工程学，使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关心，是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐结合。社会的发展，技术的进步，产品的更新等等都与人，机，环境有密切的联系，所以要实现“以人为本”人性化设计思想，必定以人机工程学为参照。 （1）、前言 人机工程学是我们专业课，从这门课程中我们必须理解，明白，并且深切的感悟出人体工程学与我们专业，设计的相关性。使我们在产品设计过程中应充分考虑人和所设计的产品及他们所处的环境的协调及统一，提高产品与人之间的和谐关系，尽量满足舒适和安全的使用要求，以实现 “ 以人为本 ” 的人性化设计思想，使我们在设计方面得到了启迪和发展，使我们对我们的专业的认识也加深了一步。特别是计算机和家具等与人体直接接触的产品更为突出。实际上，让机器及工作和生活环境的设计适合人的生理心理特点，使得人能够在舒适和便捷的条件下工作和生活，人机工程学就是为了解决这样的问题而产生的一门工程化的科学。所以，根据我自身的实践体验，深深感受到从事计算机行业的人员，可能会有一点点的职业病，如：颈椎、尾椎、膝盖等部位的麻木和酸痛！最令人们忽视的还有手腕，由于长期使用普通鼠标带来的手腕僵硬等不适症状。因此，我想从人机工程学论述一下，鼠标的设计和应用。 （2）、关键词 人机工程学；人性化设计；鼠标设计；舒适健康。1、人机工程学简介 1.1、人机工程学定义所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。 1.2、人机工程学应用人机工程学的范围是很广泛的，其基础学科是研究人的生理、心理。就是实用科学，把技术科学直接应用的实际的操作之中，也是人体工程的本源之处。人机工程学以人为最根本、最直接的研究、服务的对象，所以一切信息必须从人的自身中去获得，综合了这些信息才能做出判断。人类工程学是与人相关的科学信息在对对象、体系和环境进行设计中的应用，它涉及到人类生活的方方面面。理想的设计应当在工作体系、运动、休闲、健康和安全等诸多方面充分体现人类工程学的原理。2、鼠标的人机学设计和应用 2.1、手部结构分析 鼠标的人体工学设计，主要就是鼠标的造型设计。要研究这个问题，首先需要研究人手的自然结构。 图2-1手腕弯曲曲度 人手的结构中，与鼠标相关的部分向上包括前臂，而下则有手腕、手掌手指等结构。前臂内部包括尺骨、桡骨等主要的骨骼人就是依靠这两根骨头的交错来完成手腕的旋转的。而手腕结构中主要是一快腕骨，它的转动使得人的手腕可以仰俯。而人的手掌则主要由两组肌肉组成，一个是拇指屈肌和外展肌组成的肌群，一个是小指屈肌及展肌组成的肌群，在两个肌群指间有一条沟壑。对于不同的人，这条沟的深度和宽度是不同的。而这条沟内部，则是人手主要神经和血管所走的地方。手指的结构则相对比较简单，每个手指包括三个指节，并在一定范围内可以作横向的展开。 2.2、手臂分析 首先，对于上臂来说，它的自然形态应该是使尺骨和桡骨接近平行的状态，这种状态，也就是当上臂和手掌平放桌上的时候，上臂和手掌呈接近垂直的倾斜状态，使用掌外侧触及桌面的形态。 因为这种形态下，上臂的主要肌肉和血管不会发生扭曲，所以即便长时间保持这个姿势，也不会出现肌肉疲劳和缺氧情况曾经推出过一款“竖着”使用的鼠标，虽然由于和大多数人的使用习惯不合而没有普及开来，但这种设计思路的确是符合人体工学要求的。 2.3、手腕分析对于手腕结构来说，多次试验证明，当人的手腕呈“仰起”状态时，则“仰起”的夹角在15度30度之间的时候，是最舒适的状态，超出这个范围，会导致前臂肌肉处于拉伸状态，而且也会导致血流的不畅。而对于手掌来说，其最自然的形态就是半握拳状态。而鼠标的造型设计，实际上就是要尽量贴合这个形态。图2-2手腕弯曲曲度2.4、鼠标的人机工程学分析和设计 （1）要使鼠标外壳紧密贴紧人手掌的两个主要肌群拇指肌群和小指肌群。使它们能够贴紧而又不受压迫。受压迫会导致手掌处于疲劳状态，而贴不紧又有握不住的感觉。 （2）要使鼠标外壳紧贴掌弓而又不压迫它。也就是鼠标外壳要贴紧手掌中间的那条“沟”。如果它不能贴紧，那么手心就会有“悬空”的感觉，而如果压迫了它，因为下面是手的主要动脉和神经的必经之地，时间长了会导致手缺氧。 图2-3普通鼠标 图2-4 护腕鼠标垫（3）鼠标的最高点应该位于手心而不是后部的掌浅动脉弓，否则会造成手掌产生压迫感。（4）对于手指，手指的自然形态应该是五个手指都不悬空，而且处于呈150度左右的自然伸展状态。而对于鼠标设计来说，手指部分的一个特别要求，就是当手指自然伸展时，第三指节的指肚应该正好处于鼠标按键的微动开关上，这样才能获得最佳的按键手感。 图2-5 典型的人机学鼠标（5）对于手腕，还要搭配带有护腕功能的鼠标垫，以避免手腕长期与坚硬的桌面摩擦带来的不适感。而且鼠标垫也要用健康环保的材料制作，这样才会更全面的保护我们的健康。（6）另外，还可以设计更多类型、更多功能的鼠标或者无线鼠标，以满足不同类型的用户的需求。3、鼠标使用过程中出现的问题 问题1 “鼠标手”是现在白领一族高发的病症，因长时间使用电脑而形成的职业病。由于每天重复着在键盘上打字和移动鼠标，手腕关节反复、过度地活动，导致周围神经损伤或受压迫，造成手掌、手部麻木、灼痛、腕关节肿胀、手部动作不灵活甚至无力。每天持续2小时到6小时手持电脑鼠标工作或玩电脑游戏的人，都会有不同程度的腕部损伤。解决方案：设计符合人手掌走势外设，提高舒适度，参考鼠标周边产品（鼠标垫）的优点集成在一体，更适合便携 问题2由于长时间是用鼠标会出现手指变形、肩周炎等。所以为了健康需要设计出相对健康的鼠标。解决方案：由于我们使用鼠标最常见，最频繁的就是点击。当我们在玩第一人称射击游戏时，食指和中指都长期保持紧张状态，导致平时食指和中指不自觉地弯曲，就象随时要扣动扳机一样，导致手指变形，因此根据人机工程学理论设计一款使用鼠标时使手指和手掌保持同一水平线并且不需手指弯曲用力的鼠标。 问题3市面上鼠标产品大部分都是针对年轻男性而设计，缺少女性，小孩，老人等有针对性的鼠标设计。解决方案：注重产品的人群使用细分，推出多样针对各类人群的使用的鼠标。根据人机工程学理论在设计鼠标时根据不同年龄，不同性别设计适合每个年龄段的尺寸并根据小孩，成年人，男性与女性个人的力度不同设计与之相适应鼠标。另外，正确的人体工学设计，其实还要考虑到东西方人手型的差异。并不是看起来外形不太规则的鼠标就是“人体工学”了，这种徒有虚名的“人体工学”暂不论，就是真正的人体工学鼠标，也并不是适合每个人。人体工学造型本身的设计思想就决定了针对某一种人设计的产品可能完全不适应于另一部分人。这里面最明显的例子就是东西方人手型的差别。图2-6 适合西方人手型的鼠标其实说东西方并不确切，更清楚的说一点，其实是所谓蒙古利亚人种和雅利安人种在手型上的差异。蒙古利亚人也就是像我们这样的黄皮肤东亚人，而大多数欧美鼠标则都是针对西方人中一部分的雅利安人种设计的。图2-7 更适合东方人手型的鼠标与我们这样的东方人相比，雅利安人的手有这样几个主要特点1、雅利安人的手比较大，一方面，普遍的，雅利安人的手的绝对尺寸就要大，这是因为他们的平均身高要比蒙古利亚人高得多。欧美男士的身高在180以上的占了60%以上的比例，女士身高在170以上的占了55%以上的比例；而亚洲男士身高在175以下的占65%以上的比例，亚洲女士身高在165以下的占了70%比例。另一方面，按照四肢和身长的比例看，雅利安人的比例也要高得多，换句话说，即便身高相同的中国人和英国人，英国人的手也要比中国人的大。2、同等的手掌尺寸下，蒙古利亚人的掌要比雅利安人更平，具体的说，雅利安人的掌弓要比蒙古利亚人的更宽、更深。3、同等的手掌尺寸下，雅利安人的手指要比蒙古利亚人的更长，而且蒙古利亚人具有一个独有的特点，在蒙古利亚人中，有相当比例的人小指明显较短，而大部分雅利安人的小指与其他手指的比例要高得多。正是这些差别，导致按照雅利安人手型设计的鼠标，并不能适应中国人的应用。这一点，我们用四代微软IE鼠标的造型变化来说明IE1和IE2的外壳造型是非常接近的，这两款鼠标的造型是最为典型的欧美式手型造型，对于中国人，这样的“人体工学”可以算是一场恶梦。 图2-8 IE1 图2-9 IE2IE1的顶盖和右侧面，这款购于2000年初的鼠标已经磨损，而从磨损中正好可以看出其设计的不合理。中国人的手已经不能算小，但握持的部位明显靠后，按键磨损处在根部而不是微动开关所在的前部 首先，IE1和IE2的尺寸极大，这样为了能够正常的按键，就需要手的位置向前移，但这样就带来了两个后果是此时手腕随之前移变成了悬空状态，而且手腕的夹角超过了30度。而另一个后果就是此时鼠标的最高点处于了浅动脉弓的位置，压迫了主血管。 而如果将手的位置后移，使得手腕降到桌子上，又会带来另一个问题IE1和IE2的外壳太高，当手腕降到桌子上的时候，手腕和前臂的夹角变得非常大，这样的使用方法更加容易疲劳。 IE1和IE2的第三个问题，是它的设计没有在右侧为小指提供“安放”的位置。雅利安人种的小指比较长，可以自然蜷缩，“搭”在鼠标上，而对于蒙古利亚人种，由于小指不够长，结果，就“找不到地方放”了。 在IE3上，微软对于外壳的人体工学设计做了修改。最大的两个变化就是缩小了鼠标的尺寸和降低了鼠标的高度。但是，从各种方面来看，这种改变更多还是针对西方人中的女士或个头矮的人的因为IE1即便对于雅利安人中的个儿矮者也太大了。 图2-10 IE13 图2-11 IE4 IE3的顶盖和右侧面，可以看出，IE3的高度和尺寸有所降低，但相对来说，后部明显显得过宽，这是它握起来感觉偏大的主要原因 IE3的尺寸和高度缩小了，解决了IE1和IE2的两个主要问题，但是，对于个头矮的西方人来说，问题解决了，而对于蒙古利亚种的东方人来说，还没有。 前面说过，蒙古利亚种的一个特点，是手掌较窄、较平，而IE3在降低高度的同时，依然保留了很宽的鼠标后部，对于掌弓明显的雅利安人种来说，较宽的后部可以很好的贴合手掌，而对于蒙古利亚人种来说，则主要的压力都由两个手掌肌群承受了，长时间的手掌肌群压迫导致对于持握感不敏感，而且由于掌后部不能很好的持握，所以更多的持握要靠手指控制，导致有手心的空心感。其实IE3的尺寸并不真的大于很多欧美鼠标，但很多用户反应有握不住的感觉，主要就是这样造成的。 现在，IE已经发展到第四代。应该说，IE4的造型设计是最为适合蒙古利亚人种的一代，它的尺寸是四代IE中最小的，而且高度适中，不像IE1那么高也不像IE3那么平。特别是在后部采取了缩进的设计，在右侧设计了延出部以放置小指和无名指，这都是非常适合我们中国人的。 IE4的造型明显收缩了后部的宽度，并提供了小指的“平台”，使之成为四代IE中最适合中国人的一款，但“脊背”却依然是不太合中国人的手型的 但是，并不是说IE4的造型就完美了，IE4最大的缺陷就是在其后部有一条明显的“脊背”，这条脊背正好可以贴合雅利安人种较为深的掌弓，而对于蒙古利亚人较浅而窄的掌弓来说，它就正好压在了尺动脉上。 问题4 长时间使用鼠标手臂会应为持续的施力支撑，而感到酸痛。 解决方案：据人机工程学原理分析通常我们使用鼠标和键盘都是通过移动前臂和腕部，倘若操作时间过长，休息时间不够，就容易使手臂的伸缩肌因过度使用导致手臂酸痛从而引发肩周炎等疾病。因此在设计时降低鼠标的放置位置，达到手臂自然下垂的状态，较少疲劳操作。 问题5 无线鼠标电量续航性不足。 解决方案：使用太阳能充电，或移动转化成机械能，避免了材料的浪费，也能环保。 问题6 手握鼠标长时间操作会出汗。解决方案：使用散热材料，增加透气孔。问题7：除了游戏鼠标，其他方面设计的专一性不够，比如办公软件操作的，设计绘图以及生活休闲娱乐方面的鼠标产品。解决方案：设计使用人群细分化，追求专业性。4、总结人机工程学，在本质上就是让工具的使用方式尽量适合人体的自然形态，这样就可以使用工具的人在工作时，身体和精神不需要任何主动适应，从而尽量减少使用工具造成的疲劳。随着机械化、自动化和信息化的高度发展，人的因素在产品设计与生产中的影响越来越大，人机和谐发展的问题也就越来越显得重要，人机工程学在产品设计的地位与作用愈显出其的重要性。所以，对于从事计算机行业的人员来说，一款舒适方便的人机工程学鼠标会带给我们跟多的舒适和健康。5、附录 5.1、指导教师： 5.2、参考文献： 1 人机工程学丁玉兰主编北京理工大学出版社 2 人机工程学设计应用严扬编著中国轻工业出版社 3 世界著名设计公司卷蔡军徐邦跃黑龙江科学技术出版社 4 部分图片资源和资料来源于互联网6、小组成员分工成员分工