人机工程学考试论文_人机工程学论文
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人机工程学考试论文
关于鼠标设计的人机应用 [摘要] 人机工程学是一门关于技术和人的协调关系的学科，而手握式工具是其中一项重要内容。在这个信息时代，鼠标的设计尤为重要，它既要符合人手的结构，还要考虑符合可持续发展方针。
[关键词]人机工程学；人性化设计；高效率；低消耗；绿色；虚拟。[正文]
一、人机工程学简介
1.人机工程学(Human Engineering)是研究“人—机—环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。
2.人—机—环境之间的关系：相互依存；相互作用；相互制约。人机工程学研究对象：人—机—环境系统的整体状态和过程。人机工程学的任务：使机器的设计和环境条件的设计适应于人，以保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适，心情愉快，充分发挥人、机效能，使整个系统获得最佳经济效益和社会效益。3．人机工程学的国内外发展状况
美国21世纪信息技术计划中的基础研究内容为4项：软件、人机交互、网络、高性能计算机。日本也提出了FPIEND21计划，其目标就是要开发21世纪个性化的信息环境。在中国，人机工程学的研究在20世纪30年代开始即有少量和零星的开展，但系统的深入和开展则在“*”以后。当前，随着我国科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求正逐步提高，对产品的人机工程特性也会日益重视。一些厂商把“以人为本”、“人体工学”的设计作为产品的卖点，也正是出于对这种新的需求取向的意识。
4．人机工程学研究的主要内容：（1）工作系统中的人：
人体尺寸；信息的感受和处理能力；运动的能力；学习的能力；生理及心理需求；对物理环境的感受性；对社会环境的感受性；知觉与感觉的能力；个人之差；环境对人体能的影响；人的长期、短期能力的限度及快适点；人的反射及反应形态；人之习惯与差异（民族、性别等）；错误形成的研究。
（2）工作系统中直接由人使用的机械部分如何适应人的使用。这些部分分为以下几类：显示器、操纵器、机具、环境控制。
5.目前的应用领域：人机关系、人与环境关系、人与生态、人的特性模型、人机系统的定量描述、人际关系、直至团体行为、组织行为、心理状态等方面的研究。
二、手握式工具设计
工具是人类四肢的扩展，人们在工作、生活中一刻也少不了工具，长期使用设计不良的工具和设备，回造成身体不适、损伤和疾患，因此工具的适当设计成了人机工程学中一项重要的内容。下面，就以鼠标设计中为例，做人机工程学分析：
除了我们常见的造型设计外，人体工学实际上还包括了如按钮的位置安排、说明文字的设计等多种方面。所谓人机工程学，在本质上就是使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。而要研究鼠标的人机工程学设计，首先需要研究人手的自然结构。
人手的自然形态
人手的结构中，与鼠标相关的部分向上包括前臂，而向下则有手腕、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。
这些结构的自然形态应该是什么样呢？
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—多彩曾经推出过一款“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。
而对于手腕结构来说，多次的试验证明，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，鼠标的造型设计实际上就是要尽量贴合这个形态。分解开来，它包括三个概念：
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，因为下面是手主要动脉和神经的必经之地，时间长了以后会导致手缺氧。
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。
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。
正确的人体工学设计，需要了解东西方人手型的差异。
人机工程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。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。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的顶盖和右侧面，这款笔者购于2000年初的鼠标已经严重磨损，而从磨损中正好可以看出其设计的不合理。笔者的手在中国人来说已经不能算小，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。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。
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。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。
三、未来鼠标设计的发展方向
如同任何现有的技术一样，鼠标在技术发展过程中也持续地演进，光学技术取代了过去非常容易沾上尘埃的机械滚轮，而今在照明光源和影像处理方面也进一步改善，使用户在使用鼠标时更能精确定位。如：微软公司新近发布的Blue Track系列鼠标，蓝光照明取代了传统光学鼠标一般所发出的红光或雷射光，非雷射蓝光光源和专利的光电技术以取代传统的红光/红外线LED。采用CMOS影像传感器和影像处理器ASIC，能降低功耗，并可能在特定的功耗条件下提高讯框处理速率。
光学技术在滚轮中导入了另一项鼠标设计的关键功能──用于滚动控制的塑模‘滚轮’(wagon wheel)形成一个光学斩波器，并应用于LED/光电晶体管的滚轮动作感应。其它的鼠标输入功能也相当丰富，但就 如同平常左/右鼠标键激活的简单表面装贴开关，以及按压和倾斜滚轮以实现特殊功能等动作一样。
该设计在鼠标和计算机主机之间采用了最受欢迎的无线链路，而不必使用混乱的连接线。收发器单芯片中内建EEPROM，因而也不需使用额外的内存。
总之，低功耗与高性能是当今鼠标设计发展的一大目标。人体工学设计概念的广泛传播，旧的传统鼠标弊端在使用日益暴露，使设计师们开始考虑设计出一款全新的突破旧的模式的鼠标外型。电子技术的迅猛发展，使IC更小更精准，这就使垂直鼠标渐渐浮出水面，越来越多的出现在我们的视线中。我们相信随着IC技术的发展以及使用要求的提高，鼠标的外型会有更进一步的演变！
四、展望二十一世纪的人机工程学
二十一世纪人类步入了信息时代，人机工程学的发展必然向着绿色设计、虚拟设计、信息化设计、数字化设计、智能化设计、网络化设计的方向发展，更加人性化、高效能的设备、工具和日常生活用品是努力的目标。
下一个世纪技术人性化的最大体现将在于计算机虚拟现实技术的实用化。从人机工程学的角度来说，虚拟现实技术把人类的空间感、行走等感觉和行为功能纳入到人机交互之中，使得人与信息的交流变得更加自然和没有阻碍。
现在人们一提上网就想到电脑，其实人们需要的并不是计算机，而是一个可以帮助人们工作的助手。人们希望能和电脑对话，用身体语言和它交流，甚至希望它能理解你的每一个暗示。计算机将从以机器为中心的界面转向更为人性化的界面。
随着人机工程学的应用和实践，我们相信这种情况就是不久的将来我们的生活中的场景。
【参考文献：丁玉兰《人机工程学》】
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