摘 要

笔记本电脑的发明是出于人们对于便携性移动办公设备的需要。但一直以来，笔记本电脑键盘却没有与时俱进，依旧沿用传统QWERTY型标准键盘的设计，给笔记本电脑用户带来了诸多困扰。本文基于人因工程学的研究理论以及设计准则，对笔记本电脑键盘在设计上存在的问题以及缺陷进行了分析，同时根据人因工程学的设计准则，对笔记本电脑键盘的整体形状以及键位布局提出了新的优化设计构想，以期减轻当前大部分笔记本电脑操作者的身体肌肉疲劳（手部、肩部、颈部、腰部等）以及视觉疲劳，进而大幅提高笔记本操作者的输入效率。

关键词：人因工程；电脑键盘；优化设计

Abstract

The invention of the laptop computer is to meet of the portable mobile office equipment for people. But for a long time, the notebook computer keyboard has never been improved, which still use the traditional standard keyboard design, brought a lot of trouble to laptop users. This article analyzes the existing problems and defects on the design of the laptop keyboard, which is based on the study of human factors engineering theory and design principles. Meanwhile, according to the design of human factors engineering principles, the article puts forward new optimization design for the overall shape and layout of the notebook computer, which is in order to alleviate the laptop computer operators’ muscle fatigue(hand, shoulder, neck, waist, etc.) and visual fatigue, thus to improve the input efficiency of laptop operators.

Keywords：Human factors engineering; Computer keyboard; Optimization design

目录

第一章 绪论 1

1.1 笔记本电脑键盘优化设计的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 优化设计的基本内容 3

1.4 拟采用的技术方案 3

第二章 标准键盘以及笔记本电脑的事先研究 4

第三章 目前笔记本电脑键盘存在的问题 5

第四章 应用的人因工程学原则及理论 8

4.1 手的生物学理论以及手与工具使用有关的疾病 8

4.2 解剖学因素、光环境、声环境以及人体疲劳消除的设计 9

4.3 动作经济性原则 10

4.4 作业姿势与动作设计原则 10

4.4.1 作业姿势与人体机能的关系 11

4.4.2 肢体活动范围的选择原则 11

4.5 人机匹配及控制器设计原则 12

第五章 笔记本电脑键盘具体优化方案 14

5.1 键盘整体形状优化设计 14

5.2 键盘整体键位布局对称优化 14

5.3 增删键以及某些键的位置优化 15

5.4 增加隔温掌垫以及背光功能 15

第六章 优化后的效果及方案评价 17

总结与展望 18

参考文献 19

致谢 20

第一章 绪论

1.1 笔记本电脑键盘优化设计的目的及意义

随着科学信息技术的不断发展，21世纪以来人类已经开始全面步入信息化时代，电话、手机、电脑等信息化工具陆续被发明了出来。在目前的信息化时代中，电脑是人类快速传递信息的主要工具，而笔记本电脑因其本身具备的便携性，成为了人们移动办公的首选工具。笔记本电脑键盘作为当今笔记本电脑主要输入信息的设备，是人与笔记本电脑两者最主要也最常用的交互手段，可以说，人只要使用笔记本电脑，几乎全部的功能操作都要通过笔记本电脑键盘去完成。作为人与笔记本电脑联系的重要枢纽，笔记本电脑键盘的设计既要达到人们对输入效率的要求，也需要满足笔记本电脑用户在使用过程中对于舒适度的要求，只有这样才能是笔记本电脑键盘真正获得用户的认可和喜爱。

对于目前的笔记本电脑，人们在使用过程中通常会发现由于笔记本电脑键盘的设计不合理而导致笔记本电脑用户的输入效率低下，同时也会使人产生不舒适感，加快疲劳感的产生。而长期从事电脑打字工作的电脑用户更是会患上“键盘腕”，医学上称为“腕管综合症”，其主要的症状表现为手腕、拇指、食指及中指的疼痛感和麻木感，这很大程度上是因为目前的电脑键盘设计不合理所致，导致电脑用户执行打字输入工作时，长时间以错误的手部姿势去进行。

在现代电子产品设备的生产制造过程中，单凭传统的设计理念去设计产品是不足以俘获人心的，时代在发展，人性化的设计理念越来越受到人们的重视，产品的设计是否人性化已经成为了大众评判产品好坏的一个重要标准，在将来，人性化的设计理念也将会越来越盛行，因此对笔记本电脑键盘进行人性化的优化改善以解决当前笔记本电脑键盘给人们带来的困扰显得尤为重要。

人因工程学致力于研究分析人、机械及其工作环境三者之间的相互作用及关系。该学科是管理科学中工业工程专业的一个分支，运用人体测量学、心理学、生理学和生物力学，还有工程学等学科的研究方法及技术手段，综合地对人体结构、心理、功能、力学等问题进行分析研究，并依此来设计出能使操作者提高工作效率的机械、仪器等设备装置，使设计生产出的机器设备和环境系统符合人类的生理以及心理特点，以达到提高人的工作效率、安全感以及舒适度的目的。

文章以人因工程学的理论为基础，将对现行笔记本电脑键盘进行了分析研究，并得出切实可行的优化方案，以期达到设计出更为人性化的笔记本电脑键盘的目的。

1.2 国内外研究现状

纵观国内外电脑键盘的研究现状，已有很多设计者从人因工程学的角度对电脑键盘的优化设计取得了显著的成果。

在国内，张学成等^[1]设计的“A”型斜键键盘，改变了键盘按键的排列方式，调整了笔记本键盘的键位布局，使部分键的布局更为合理，同时使用户在长期打字的情况下仍能保持较为舒适状态。陆德谋等^[2]针对目前笔记本键盘的键位布局进行深入研究，根据击键次数重新布置了某些键的位置，并根据国内用户使用习惯对笔记本键盘各个区域分析，将笔记本键盘分成A、B、C三个区域，设计出符合本国笔记本用户的键位布局。赵英新等^[3]根据静态人体姿势的人机工程学角度，结合实践和美学理论重新优化设计了键盘的外形。李逦^[4]提出改变Backspace键的位置，对数字键区域提出拆分“ ”号键，增加“=”号的建议。刘旭辉等^[5]结合年轻人的心理需求和审美观，对键盘还有鼠标的形状、整体布局以及色彩元素等进行了新颖的设计。龙海雄^[6]就键盘的主键区域的斜向排列问题以及键盘平面是否应该弯曲进行了深入研究。杨明朗等^[7]对台式电脑键盘的各个键位区域进行了新的按键搭配，并针对键位布局和色彩等方面对台式电脑键盘进行了改善。段天宏等^[8]考虑电脑用户的心理特点，提出了新的分离式键盘的优化设计方案，以达到大幅提高用户输入效率的目的。吴小勇^[9]提出了名为“键盘操作板”的产品设计，键盘操作板的出现，可以达到防止腕部背屈、提供前臂支撑、加宽计算机工作台的目的。牟炜民等^[10]对中文键盘进行深入分析研究，结合键盘的多项工效学指标，以期减轻电脑用户的生理和心理负荷。TGSEVEN^[11]对QWERTY标准键盘进行了全面的剖解，深入地找寻出标准式键盘的各项缺陷。

在国外，早在1926年的时候，Klockenberg就设计出了最初的人因工程学键盘，也就是众所周知的K键盘，K键盘把键盘分离成了左右两块，两者以铰链相连接，左右手各使用一块，使用K键盘可使手腕保持自然伸直状态，不易产生疲劳感和麻木疼痛感。而在1983年的时候，Zipp等人使用分离式键盘研究不同上肢姿势与键盘操作之间的关系，结果发现使用分离式键盘在键盘与水平面成20°角的状态下，能明显减少肌肉张力，当夹角为13°时对减轻肌肉负荷的作用仍然十分明显。1990年，TONY键盘被Thompson等人用来进行测试实验，结果发现只有当分离式键盘在与水平面有夹角的情况下，肌肉疲劳信号才会下降^[12]。2006年由Shai Coleman提出的Colemak键盘,它没有改变原有快捷键(如Ctrl C等)的位置，同时提高了效率，是Qwerty和Dvorak键盘的整合。加拿大的 Keyboardio团队发布Model 01 分离式键盘，键盘能给用户带来非常出色的手感，即使长时间使用，也不会让手腕产生不适的感觉。Hsiao H C等^[13]为小型设备提出了不遵循传统一对一的字母数字符号键比规则的四个多字符键盘。虽然这些键盘减少了按键的数量，但它们仍保持着用户所熟悉的QWERTY布局。A İşeri等^[14]通过优化键盘布局以期提高电脑操作者的打字效率并减少电脑操作者上肢疾病的发生。O Ciobanu^[15]总结了多年来众多学者对于优化键盘的设计成果，但发现其中仍有缺点，他提出了一种新的方法来优化键盘布局和触摸打字，通过实验研究各种因素对图点击率的影响，以期达到提高用户输入效率以及降低用户的不舒适感。

1.3 优化设计的基本内容

本次针对笔记本电脑键盘优化设计的基本内容有以下几点：