人機工程學在計算器設計中的應用

楊夢穎 李文熙

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714015

摘要：本文結合人機工程學，基于CASIO fx82ES計算器的整體結構設計，從該產品按鍵、字體大小及機體設計三方面分析了其中應用的人機工程學原理，得出了符合人機工程學原理的計算器設計的基本思路，對未來可能的計算器創新設計提供了人機工程學基礎依據。

關鍵詞：人機工程學；計算器；鍵盤設計

人機工程學是研究人及其與人相關的物體、系統及其環境，使其符合人體的生理、心理及解剖學特性，從而改善工作與休閑環境，提高舒適性和效率的邊緣學科。計算器作為常用的數字運算工具，是必備的辦公用品之一。計算器結構設計、外形設計以及鍵盤設計是否合理，與使用者使用舒適性、工作效率息息相關。因此研究計算器設計中的人機工程學原理具有重要意義，但目前針對計算器中的人機工程學原理還鮮有學者研究。

1 計算器設計中的人機工程學

1.1 按鍵設計的人機工程學

CASIO fx82ES計算器按鍵可分為模式區、方向控制區、功能區、數字區。根據人機工程學中對操縱裝置的特征編碼與識別，操作按鍵的編碼方式有位置編碼、形狀編碼、大小編碼、操作方法編碼、顏色編碼、標志編碼。該產品按鍵設計中，體現出位置編碼、形狀編碼、顏色編碼的形式。

1.1.1 位置編碼

模式區“ON”鍵置于計算器按鍵面板的右上角，符合開機操作的習慣。由于人手向各個方向的反應時間不同，大量試驗表明，右手向右前方動作的反應時間最短、動作最迅速，故將“ON”鍵置于右上角利于快速開機，提高工作效率。模式區左上角“SHIFT”鍵與其他按鍵配合，能實現由常用模式向非常用模式切換。人機工程學研究表明，人的觀察順序為：左上→右上→左下→右下，且沿觀察順序方向注意力降低。“SHIFT”鍵起到總控作用，將其置于按鍵面板的左上方能最先吸引操作者注意。數字區布置一般沿用計算機小鍵盤的布置。

1.1.2 形狀編碼

方向控制區按鍵的形狀和其他區域有明顯不同，該按鍵外形為圓形，集成四個方向的控制于一體，左右上下四個方向分別指示光標左右上下移動，該按鍵的設計符合操縱顯示的運動方向相合性原理。

1.1.3 顏色編碼

計算器功能區和部分數字區的按鍵顏色不同，除了在按鍵上用白色標識的常用功能以外，多數按鍵在其上方用土黃色還標識了其非常用功能。這種用顏色編碼來區別按鍵不同功能的方式不僅能有效區分同一按鍵的不同功能，更能使不同功能集成于同一按鍵，從而大大減少按鍵數量，顯著減小計算器體積。

1.2 字號設計的人機工程學

正常使用時將計算器置于桌面，人眼與計算器顯示屏的距離最大不超過50cm，該產品最小字號為7號，高度為2mm。對于視力為1.0的使用者，能分辨視覺對象的最小視角為1，在距顯示屏50cm處能看到的最小刻度為0.145mm，該產品最小字號能夠使使用者清晰的辨認出LCD顯示屏上的數字，符合人機工程學原理。

1.3 機體設計的人機工程學

1.3.1 尺寸設計

CASIO fx82ES計算器整身尺寸為78mm×160mm，根據成年人人體尺寸國家標準GB/T10000—1988，成年男性95百分位手掌尺寸為89mm×196mm，成年女性95百分位手掌尺寸為81mm×183mm。不難看出該產品外形尺寸和手掌相近，方便操作便于攜帶，符合人機工程學原理。

1.3.2 蓋板設計

蓋板采用滑軌設計，將蓋板向下沿直線滑動即可將蓋板和機身分離，分離后蓋板可反向沿滑軌固定在機身后部，不影響使用。該產品的滑軌設計能有效減少翻蓋時的動態包絡體積，避免蓋板打到使用者面部，減少計算器所占空間。

1.3.3 蓋板取下設計

在蓋板兩側位置及下部，各有一段凹曲線設計。在滑動取下蓋板的過程中發現，該凹曲線的設計能使使用者在打開蓋板時一指推動內部機身、其余四指推動蓋板，從而更加容易的將蓋板滑開。

2 考慮人機工程學的計算器設計基本思路

計算器是與人關系最為密切的辦公用品之一，其設計的合理性直接影響到人使用的舒適性及工作效率，設計時要考慮其物理結構是否符合人機工程學原理，具體來講需要考慮以下內容：

①鍵盤分區是否合乎人的使用習慣。一般來講，應根據計算器的適用人群，與市面上大多數功能相近的計算器分區一致，因此一般不在計算器功能分區上進行創新設計。

②按鍵的方向控制是否符合操縱顯示相合性原理。按下“向左”鍵時，計算器光標應向左跳動，按右鍵時同理。

③計算器結構設計是否與該計算器的應用環境相適應。如學生用計算器一般于桌面上使用，在設計時應考慮計算機在平面上的平穩性問題。對于工程應用的計算器，應考慮其防污、防水、防沖擊的性能要求。

④當多種功能集成于同一計算器時，應考慮常用功能與非常用功能是否易于區分，并應使非常用功能的形狀編碼盡量符合人的常識與邏輯，最好與該非常用功能有一定的邏輯關系，方便理解。

⑤外形尺寸應盡可能與人手形狀相似，使用更加方便。

3 小結

隨著科技的進步，人們對于計算器功能要求不斷提高，計算器正向著功能集成化、小型化、輕量化發展，隨著計算器技術的不斷成熟，越來越多的廠家謀求在提升產品性能的同時加入更多的人性化設計，使自己的產品在紛繁浩雜的市場中獨樹一幟，故人機工程學原理的應用就顯得尤為重要，不光在計算器等辦公用品的設計中，人機工程學也必將會為所有與人們生活息息相關的工業產品的設計所重視！

參考文獻：

[1]李文彬，朱守林.建筑室內與家居設計.中國林業出版社，2012.

[2]段天宏.計算機鍵盤的人機工程學設計研究[J].中國礦業大學，2007.

[3]趙英新.人機工程鍵盤的設計與研究[J].山東大學機械工程學院，2001.

[4]Armand，Redick，Poulsen.Taskspecific performance effects with different numeric keypad layouts[J].APPLIED ERGONOMICS，2014，45（4）：917922.