孫林輝，朱鵬燁，張 偉，袁曉芳

(西安科技大學 1.管理學院；2.人因與管理工效學研究中心，陜西 西安 710054；3.清華大學 工業(yè)工程系，北京 100084)

互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)的發(fā)展極大地改變了辦公場所的作業(yè)模式，出現(xiàn)越來越多的VDT(visual display terminal)作業(yè)，即作業(yè)人員利用計算機系統(tǒng)的視覺顯示終端進行數(shù)據(jù)、文字、圖像等信息處理工作的總稱[1]。而作業(yè)人員在使用計算機進行辦公操作時有50%～60%的時間是通過鼠標完成的[2]。鼠標最基本的操作移動和點擊對于VDT人員必不可少。伴隨著鼠標和鍵盤的頻繁使用，大多數(shù)作業(yè)人員習慣性將鍵鼠置于工作桌面上進行操作，且操作鍵盤和鼠標所用時間長，頻率高，腕部、肘部關(guān)節(jié)需要反復(fù)活動，腕肘又長時間處于無支撐狀態(tài)，所以極易導(dǎo)致腕肘出現(xiàn)不適的癥狀[3]，會對VDT作業(yè)人員產(chǎn)生不同的影響。這種影響是潛在的，最直接影響的是工作人員的主觀使用感受，進而影響到其工作效率。協(xié)調(diào)的“人-計算機-環(huán)境”是提高工作績效的重要基礎(chǔ)，其中工作所必備的辦公座椅就是勞動環(huán)境中的重要組成部分。

辦公座椅作為坐姿工作中與人體接觸最為密切的家具之一，它與人體的功能結(jié)構(gòu)、尺寸形態(tài)等有著密切的關(guān)系[4]。辦公座椅的研究日益引起人們的重視，對座椅而言最重要的就是舒適度，座椅舒適度可以通過作業(yè)人員的主觀多方位評價體現(xiàn)，具有個體差異性[5]。座椅材質(zhì)、腰背支撐和可調(diào)節(jié)性等因素是座椅舒適度的重要指標[6]。設(shè)計合理的座椅可以將人體部位重量分散傳遞，減少身體能耗，避免腰椎頸椎疾病的發(fā)生，同時可以降低不舒適感，提升工作績效[7-9]?？梢姡酝鶎τ谧鳂I(yè)人員坐姿體態(tài)、座椅腰背支撐的研究較為廣泛，此類指標如不合理都會改變座椅整體的舒適度，可能引起不同程度的疲勞或是肌骨不適感，進而影響工作績效。有研究指出，高度、方向可調(diào)的扶手支撐會影響VDT作業(yè)的鍵盤和鼠標操作[10]，該研究采用肌電、坐姿及量表分析人員的不舒適感，但并未說明扶手支撐對鼠標操作績效的具體影響是什么。

綜上所述，本文為探討辦公座椅扶手支撐對鼠標操作的具體影響，設(shè)置有無扶手支撐作為對照組進行實驗研究，采用Aim booster軟件測試被試鼠標操作的績效輸出。旨在為提高VDT作業(yè)人員工作舒適性和工作效率提供理論依據(jù)，為企業(yè)人-機-工作環(huán)境優(yōu)化提供管理建議，并為研究不同特征辦公座椅對員工作業(yè)績效的影響關(guān)系提供一種新的研究思路和方法。

1 理論基礎(chǔ)及研究假設(shè)

1.1 肘部(扶手)支撐的影響研究

肘部支撐是一種比較簡單有效的預(yù)防肌骨損傷的措施[11]。上肢部位的支撐可以有效地降低主觀不舒適感，可以減輕肩頸及上肢部位的疼痛[12-14]。同時有學者研究發(fā)現(xiàn)肘部支撐比腕部支撐可以更好地降低肩部酸痛發(fā)生率，肘部支撐時可以降低肩部肌肉以及斜方肌的肌肉負荷，不易造成疲勞[15]。也有研究探討了不同肘部支撐高度對于打字活動時相關(guān)肌群的AEMG水平具有顯著影響[16]。而座椅扶手作為提供肘部支撐的一種有效手段，絕大部分辦公座椅均具有扶手。本文將有無扶手支撐設(shè)置為本研究的不同情境，提出假設(shè)H1有無扶手支撐情境下，VDT作業(yè)人員的鼠標操作績效具有顯著差異。

1.2 鼠標操作績效的研究

圖形用戶界面(GUI)區(qū)別于以往的命令行界面，是目前操作形式的主流。而在這一形式下指點操作成為了人機交互中最為主要的操作元素，指點操作細微提升也會對用戶的工作效率產(chǎn)生極大的影響[17]。

菲茨定理(Fitts Law)被廣泛應(yīng)用于人機交互領(lǐng)域，菲茨通過設(shè)計往復(fù)敲擊、圓盤移動及插針實驗，得出如果目標與當前位置距離(D)越遠，或是目標尺寸(W)較小，從當前移動到目標位置的時間就會越長[18]，具體公式為MT=a+b log2(D/W+1)。其中，MT (movement time)為移動時間，a、b為常數(shù)。

基于菲茨定理，部分學者[17,19-21]設(shè)計了不同類型的鼠標指點實驗研究點擊績效，其測量變量均有點擊精確度、平均反應(yīng)時間，并驗證了不同情境變量水平下的鼠標操作績效變化規(guī)律。據(jù)此提出，假設(shè)H1a有扶手支撐時的鼠標點擊精確度高于無扶手支撐時；H1b有扶手支撐時的鼠標點擊平均反應(yīng)時間低于無扶手支撐時。

2 實驗設(shè)計與實施

2.1 實驗設(shè)計

對辦公座椅扶手與鼠標操作影響的實驗研究，主要包括有扶手支撐和無扶手支撐2種狀態(tài)。被試執(zhí)行鼠標精度實驗，利用Aim booster軟件進行記錄數(shù)據(jù)(精確度、擊中次數(shù)、平均反應(yīng)時間)，使用Spss 22.0導(dǎo)入數(shù)據(jù)進行分析。

實驗采用單因素2水平的設(shè)計方案。首先，選擇一款桌面高度固定的普通辦公桌和Dxracer FE0辦公座椅，該座椅可對扶手支撐進行調(diào)整。其次，安排被試坐在座椅中部，眼睛距離屏幕為50 cm，軀干保持挺直，背部輕靠在椅背，雙手手肘自然下垂，同時避免身體的大幅擺動，保證穩(wěn)定測試，如圖1、2所示。

實驗過程易于操作，即被試通過搜索-移動-點擊3步來完成測試。在正式實驗前，先對被試進行指導(dǎo)說明，讓被試對軟件操作熟悉了解。實驗分2天進行，第1天隨機選出2組，每組15人，一組測試有扶手支撐的鼠標操作，另外一組測試無扶手支撐的鼠標操作。第2天對換測試，測試結(jié)束后對被試人員進行訪談，包括一些基本信息以及主觀的實驗感受。

圖 1 有扶手支撐的座椅圖示Figure 1 The seat with armrest support

圖 2 無扶手支撐的座椅圖示Figure 2 The seat without armrest support

2.2 實驗實施

1) 實驗環(huán)境。

實驗場地選擇只需符合實際VDT人員的辦公環(huán)境即可，光線良好，為順利進行實驗還需保證環(huán)境穩(wěn)定無干擾因素，室溫恒定在26 ℃左右。

2) 實驗設(shè)備。

準備一臺Lenovo電腦，型號為G510，鼠標選擇rival 310，一把Dxracer FE0辦公座椅，如圖3所示。

Dxracer FE0辦公座椅的座面、座高和扶手等參數(shù)均符合國家標準GB/T14774-93工作座椅的一般人類工效學要求，同時滿足VDT座椅主要尺寸的標準化設(shè)計參數(shù)[22]。另外，此款座椅還具有扶手可升降調(diào)節(jié)的優(yōu)勢，實驗時控制其他參數(shù)一致，設(shè)置扶手支撐有無即可。

Aim booster是一款鼠標訓(xùn)練與測試軟件，其設(shè)置及測試界面如圖4所示。目標持續(xù)時間指的是圖中橙色目標出現(xiàn)的時間，目標大小是指圖中橙色目標的大小，網(wǎng)格大小則指的是目標隨機出現(xiàn)的測試區(qū)域，即灰黑色背景網(wǎng)格的大小。整個測試區(qū)域被均勻分成24×16=384個邊長6 mm的正方形，目標在此區(qū)域隨機出現(xiàn)，被試需及時作出反應(yīng)進行點擊。

圖 3 Dxracer FE0辦公座椅Figure 3 Dxracer FE0 office chair

圖 4 Aim booster測試設(shè)置界面Figure 4 The Aim booster test setup interface

結(jié)合本次實驗的需求，通過預(yù)實驗對該軟件諸多功能及參數(shù)進行篩選確定。網(wǎng)格大小為系統(tǒng)默認值600×420 px，實驗點擊次數(shù)參考Twiddle點擊績效評估實驗中的30次[20]，避免點擊次數(shù)不足或是點擊時間過長影響準確率。預(yù)實驗被試14名，其中男女各7名。選定軟件中的Precision功能模塊來進行測試。被試按照設(shè)計參數(shù)進行鼠標點擊，不斷調(diào)整實驗參數(shù)目標持續(xù)時間及目標大小，并及時記錄數(shù)據(jù)進行預(yù)先分析，直至被試測得的點擊精度及反應(yīng)時長呈正態(tài)分布。預(yù)實驗最終所確定的測試參數(shù)，如表1所示。

表 1 Aim booster測試參數(shù)Table 1 Aim booster test parameters

3) 被試人員。

在西安市中小企業(yè)選取了30名VDT作業(yè)人員作為被試，其中男性18人，女性12人，男女比例為3∶2，年齡范圍為23～46歲，平均年齡33.4歲。所選被試人員從事VDT作業(yè)至少在5年及以上，且不是從事專業(yè)的鍵鼠操作的人員(如打字員、電競玩家等)，排除對鼠標操作熟悉程度對本實驗結(jié)果的影響。被試均為右利手，無脊柱病史，身體狀況良好，可正常完成坐姿實驗。

3 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

每位被試測試后的結(jié)果都會呈現(xiàn)在軟件的界面上(見圖5)，會顯示被試點擊時長、擊中次數(shù)、精確度以及平均反應(yīng)時長。將每位被試測試結(jié)果數(shù)據(jù)錄入Excel軟件，再將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入Spss軟件中，進行描述性分析、差異性分析。

圖 5 被試Aim booster測試結(jié)果界面(無支撐)Figure 5 Target booster test result interface (unsupported)

3.1 描述性分析

在進行整體描述性分析前，對各組數(shù)據(jù)中的測定值與平均值的偏差進行分析(見表2)。經(jīng)過異常值檢驗后發(fā)現(xiàn)各組數(shù)據(jù)中無異常數(shù)據(jù)，說明被試的鼠標操作無異常水平，被試選取合理。

表 2 總體描述統(tǒng)計量Table 2 Population description statistics

1) 有支撐精確度的均值高于無支撐精確度的均值(高出約15.55%)；無支撐精確度的極差明顯大于有支撐精確度的極差。

2) 有支撐擊中次數(shù)的均值高于無支撐次數(shù)的均值(高出約5次)；無支撐擊中次數(shù)的極差明顯大于有支撐擊中次數(shù)的極差。

3) 有支撐平均反應(yīng)時間的均值高于無支撐平均反應(yīng)時間的均值(高出約20 ms)；有支撐平均反應(yīng)時間的極差大于無支撐平均反應(yīng)時間的極差。

3.2 差異性分析

3.2.1 成對樣本T檢驗

為了解有無扶手支撐與鼠標操作的影響關(guān)系，從精確度、擊中目標數(shù)、平均反應(yīng)時間3方面的顯著性差異進行分析檢驗，如表3所示。

表 3 有無支撐時精確度、擊中次數(shù)、平均反應(yīng)時間成對樣本T檢驗Table 3 Paired sample T tests for accuracy, number of hits, and mean response time with or without support

對有無支撐時精確度、擊中目標數(shù)、平均反應(yīng)時間進行成對樣本T檢驗，通過成對差分，可以顯示差的大小。精確度T= -7.961，說明無支撐精確度＜有支撐精確度。Sig值=0.000遠遠小于0.05，所以拒絕原假設(shè)，即座椅有無支撐對鼠標點擊的精確度差異顯著，且有支撐的精確度遠高于無支撐的精確度；擊中次數(shù)的T= -8.294，說明無支撐擊中次數(shù)＜有支撐擊中次數(shù)。Sig值=0.000遠遠小于0.05，所以拒絕原假設(shè)，即座椅有無支撐對鼠標擊中次數(shù)差異顯著，且有支撐擊中次數(shù)遠高于無支撐的擊中次數(shù)；平均反應(yīng)時間的T= -4.484，說明無支撐反應(yīng)時間＜有支撐反應(yīng)時間。Sig值=0.000遠遠小于0.05，所以拒絕原假設(shè)，即座椅有無支撐對平均反應(yīng)時間差異顯著，且有支撐的平均反應(yīng)時間遠高于無支撐的平均反應(yīng)時間。

據(jù)此，可以驗證假設(shè)H1、H1a成立，H1b不成立。

3.2.2 單因素(性別)方差分析

為了解不同性別與鼠標操作的影響關(guān)系，從精確度(有無支撐)、擊中目標數(shù)(有無支撐)、平均反應(yīng)時間(有無支撐)3方面進行單因素方差分析，在5%的顯著性水平下進行了單因素方差分析。

首先進行方差齊性檢驗，分析發(fā)現(xiàn)有無支撐情況下精確度、擊中目標數(shù)、平均反應(yīng)時間6種情況的P值分別為0.597、0.255、0.591、0.245、0.899、0.554，均大于0.05，說明方差是齊的，可以使用單因素方差分析法。

從表4中可以看到，有支撐時精確度的P=0.027，有支撐時擊中目標數(shù)的P=0.027，均小于0.05，說明組間是存在顯著性差異的，即不同性別對有支撐時的鼠標點擊精確度、擊中目標數(shù)量是存在影響的。

表 4 單因素方差分析Table 4 ANOVA

無支撐時的精確度、無支撐時的擊中目標數(shù)、有無支撐時平均反應(yīng)時間的P值分別為0.787、0.856、0.745、0.096，均大于0.05，說明組間是不存在顯著性差異的，即不同性別對無支撐時的鼠標點擊精確度、擊中目標數(shù)量、平均反應(yīng)時間以及有支撐時的平均反應(yīng)時間是不存在影響的。

4 討論與建議

為了探討辦公座椅扶手對VDT作業(yè)人員鼠標操作的影響，實驗后的訪談記錄結(jié)果為，認為有扶手支撐操作更加舒適的28人，認為有無扶手支撐對操作舒適無影響的2人。實驗結(jié)果表明座椅有無扶手支撐時鼠標點擊的精確度差異顯著，且有支撐時的精確度遠高于無支撐時的精確度；座椅有無扶手支撐時鼠標擊中目標次數(shù)差異顯著，且有支撐時的擊中目標次數(shù)遠高于無支撐時的擊中次數(shù)。以往研究中[23]就使用“擊中”+“正確率”作為測量績效指標，鼠標操作點擊就是一種績效輸出表現(xiàn)，也可說明有扶手支撐時的鼠標操作績效更高。實驗階段驗證了目標大小對點擊效果的影響，印證了菲茨定律也同樣適用于鼠標操作，這與前人研究[17,19-21]具有一致性。另外，目標出現(xiàn)的持續(xù)時長也會影響鼠標操作績效，這也是對之前研究的一種有效補充。

雖然座椅有無扶手支撐時鼠標點擊的平均反應(yīng)時間差異顯著，但有支撐時的平均反應(yīng)時間遠高于無支撐的平均反應(yīng)時間，這與H1b假設(shè)相悖。從運動生理學[24]的角度分析原因，由于手肘部分有了依托，減少了日常工作時的肱二頭肌、肱三頭肌的肌緊張和靜力性運動。靜力性運動肌和緊張反射是維持身體姿勢的重要因素。但是由于手肘依托的限制，肌肉處于一個放松的狀態(tài)，靜力性運動和肌緊張反射存在的條件將不再存在。當感受器將受到的刺激信號通過傳入神經(jīng)到達中樞神經(jīng)，中樞神經(jīng)重新再將電信號從傳出神經(jīng)傳達到效應(yīng)器當中，就需要在這最后一步重新將肌肉的運動單位募集，實現(xiàn)神經(jīng)-肌肉接頭的興奮傳遞，興奮-收縮偶聯(lián)，粗肌絲牽引細肌絲滑動和骨杠桿運動的限制，都導(dǎo)致肌肉啟動時間變長，最終反應(yīng)時間有所上升。

基于本文研究結(jié)論，現(xiàn)代辦公場所應(yīng)當引入有扶手支撐的辦公座椅，因個體差異性，扶手支撐最好具備調(diào)節(jié)功能，VDT作業(yè)人員應(yīng)當結(jié)合自身特點調(diào)節(jié)座椅以滿足舒適度需求。樹立“人-機-環(huán)”協(xié)調(diào)理念，結(jié)合久坐、頻繁鍵鼠操作等特點，提升座椅整體舒適度。根據(jù)不同的操作任務(wù)選擇是否需要依靠扶手支撐，如要求快速反應(yīng)，而對點擊精度要求不高時，可以擺脫扶手支撐進行快速操作。合理安排工作時間，根據(jù)工作任務(wù)盡量錯峰安排工作，減少VDT作業(yè)人員工作負荷。工作間隙起身活動肩頸、手肘等部位以減少不適感，同時多做手指操，可以提神緩解疲勞，增強手部協(xié)調(diào)性。

5 總結(jié)與展望

本文探討了座椅扶手支撐對VDT作業(yè)人員鼠標操作的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，座椅有支撐時鼠標點擊精確度和擊中目標數(shù)量顯著高于無支撐時，有支撐的平均反應(yīng)時間顯著高于無支撐的。扶手支撐可以提升個體使用舒適度，同時可以提升鼠標操作效率。

然而，實驗仍存在一些不足，需進一步探討與研究。通過對被試者的訪談得知，個別被試人員在進行實驗測試時，興奮度提高，出現(xiàn)一種挑戰(zhàn)自我或與他人競爭的心態(tài)，致使部分實驗結(jié)果出現(xiàn)偏差，以至于數(shù)據(jù)不可用，直至被試者興奮水平下降或心理狀態(tài)趨于平靜，完成測試。另外，不同性別對鼠標點擊精確度和擊中目標數(shù)量的具體影響關(guān)系，仍有待研究補充。最后，座椅扶手與座面、桌面相對高度不同時的鼠標操作水平可作具體的深入探討，也可對座椅材質(zhì)、靠背等其他指標進行拓展研究。