座椅扶手支撑对VDT作业人员鼠标操作的影响研究

孙林辉，朱鹏烨，张 伟，袁晓芳

(西安科技大学 1.管理学院；2.人因与管理工效学研究中心，陕西 西安 710054；3.清华大学 工业工程系，北京 100084)

互联网和计算机技术的发展极大地改变了办公场所的作业模式，出现越来越多的VDT(visual display terminal)作业，即作业人员利用计算机系统的视觉显示终端进行数据、文字、图像等信息处理工作的总称[1]。而作业人员在使用计算机进行办公操作时有50%～60%的时间是通过鼠标完成的[2]。鼠标最基本的操作移动和点击对于VDT人员必不可少。伴随着鼠标和键盘的频繁使用，大多数作业人员习惯性将键鼠置于工作桌面上进行操作，且操作键盘和鼠标所用时间长，频率高，腕部、肘部关节需要反复活动，腕肘又长时间处于无支撑状态，所以极易导致腕肘出现不适的症状[3]，会对VDT作业人员产生不同的影响。这种影响是潜在的，最直接影响的是工作人员的主观使用感受，进而影响到其工作效率。协调的“人-计算机-环境”是提高工作绩效的重要基础，其中工作所必备的办公座椅就是劳动环境中的重要组成部分。

办公座椅作为坐姿工作中与人体接触最为密切的家具之一，它与人体的功能结构、尺寸形态等有着密切的关系[4]。办公座椅的研究日益引起人们的重视，对座椅而言最重要的就是舒适度，座椅舒适度可以通过作业人员的主观多方位评价体现，具有个体差异性[5]。座椅材质、腰背支撑和可调节性等因素是座椅舒适度的重要指标[6]。设计合理的座椅可以将人体部位重量分散传递，减少身体能耗，避免腰椎颈椎疾病的发生，同时可以降低不舒适感，提升工作绩效[7-9]。可见，以往对于作业人员坐姿体态、座椅腰背支撑的研究较为广泛，此类指标如不合理都会改变座椅整体的舒适度，可能引起不同程度的疲劳或是肌骨不适感，进而影响工作绩效。有研究指出，高度、方向可调的扶手支撑会影响VDT作业的键盘和鼠标操作[10]，该研究采用肌电、坐姿及量表分析人员的不舒适感，但并未说明扶手支撑对鼠标操作绩效的具体影响是什么。

综上所述，本文为探讨办公座椅扶手支撑对鼠标操作的具体影响，设置有无扶手支撑作为对照组进行实验研究，采用Aim booster软件测试被试鼠标操作的绩效输出。旨在为提高VDT作业人员工作舒适性和工作效率提供理论依据，为企业人-机-工作环境优化提供管理建议，并为研究不同特征办公座椅对员工作业绩效的影响关系提供一种新的研究思路和方法。

1 理论基础及研究假设

1.1 肘部(扶手)支撑的影响研究

肘部支撑是一种比较简单有效的预防肌骨损伤的措施[11]。上肢部位的支撑可以有效地降低主观不舒适感，可以减轻肩颈及上肢部位的疼痛[12-14]。同时有学者研究发现肘部支撑比腕部支撑可以更好地降低肩部酸痛发生率，肘部支撑时可以降低肩部肌肉以及斜方肌的肌肉负荷，不易造成疲劳[15]。也有研究探讨了不同肘部支撑高度对于打字活动时相关肌群的AEMG水平具有显著影响[16]。而座椅扶手作为提供肘部支撑的一种有效手段，绝大部分办公座椅均具有扶手。本文将有无扶手支撑设置为本研究的不同情境，提出假设H1有无扶手支撑情境下，VDT作业人员的鼠标操作绩效具有显著差异。

1.2 鼠标操作绩效的研究

图形用户界面(GUI)区别于以往的命令行界面，是目前操作形式的主流。而在这一形式下指点操作成为了人机交互中最为主要的操作元素，指点操作细微提升也会对用户的工作效率产生极大的影响[17]。

菲茨定理(Fitts Law)被广泛应用于人机交互领域，菲茨通过设计往复敲击、圆盘移动及插针实验，得出如果目标与当前位置距离(D)越远，或是目标尺寸(W)较小，从当前移动到目标位置的时间就会越长[18]，具体公式为MT=a+b log2(D/W+1)。其中，MT (movement time)为移动时间，a、b为常数。

基于菲茨定理，部分学者[17,19-21]设计了不同类型的鼠标指点实验研究点击绩效，其测量变量均有点击精确度、平均反应时间，并验证了不同情境变量水平下的鼠标操作绩效变化规律。据此提出，假设H1a有扶手支撑时的鼠标点击精确度高于无扶手支撑时；H1b有扶手支撑时的鼠标点击平均反应时间低于无扶手支撑时。

2 实验设计与实施

2.1 实验设计

对办公座椅扶手与鼠标操作影响的实验研究，主要包括有扶手支撑和无扶手支撑2种状态。被试执行鼠标精度实验，利用Aim booster软件进行记录数据(精确度、击中次数、平均反应时间)，使用Spss 22.0导入数据进行分析。

实验采用单因素2水平的设计方案。首先，选择一款桌面高度固定的普通办公桌和Dxracer FE0办公座椅，该座椅可对扶手支撑进行调整。其次，安排被试坐在座椅中部，眼睛距离屏幕为50 cm，躯干保持挺直，背部轻靠在椅背，双手手肘自然下垂，同时避免身体的大幅摆动，保证稳定测试，如图1、2所示。

实验过程易于操作，即被试通过搜索-移动-点击3步来完成测试。在正式实验前，先对被试进行指导说明，让被试对软件操作熟悉了解。实验分2天进行，第1天随机选出2组，每组15人，一组测试有扶手支撑的鼠标操作，另外一组测试无扶手支撑的鼠标操作。第2天对换测试，测试结束后对被试人员进行访谈，包括一些基本信息以及主观的实验感受。

图 1 有扶手支撑的座椅图示Figure 1 The seat with armrest support

图 2 无扶手支撑的座椅图示Figure 2 The seat without armrest support

2.2 实验实施

1) 实验环境。

实验场地选择只需符合实际VDT人员的办公环境即可，光线良好，为顺利进行实验还需保证环境稳定无干扰因素，室温恒定在26 ℃左右。

2) 实验设备。

准备一台Lenovo电脑，型号为G510，鼠标选择rival 310，一把Dxracer FE0办公座椅，如图3所示。

Dxracer FE0办公座椅的座面、座高和扶手等参数均符合国家标准GB/T14774-93工作座椅的一般人类工效学要求，同时满足VDT座椅主要尺寸的标准化设计参数[22]。另外，此款座椅还具有扶手可升降调节的优势，实验时控制其他参数一致，设置扶手支撑有无即可。

Aim booster是一款鼠标训练与测试软件，其设置及测试界面如图4所示。目标持续时间指的是图中橙色目标出现的时间，目标大小是指图中橙色目标的大小，网格大小则指的是目标随机出现的测试区域，即灰黑色背景网格的大小。整个测试区域被均匀分成24×16=384个边长6 mm的正方形，目标在此区域随机出现，被试需及时作出反应进行点击。

图 3 Dxracer FE0办公座椅Figure 3 Dxracer FE0 office chair

图 4 Aim booster测试设置界面Figure 4 The Aim booster test setup interface

结合本次实验的需求，通过预实验对该软件诸多功能及参数进行筛选确定。网格大小为系统默认值600×420 px，实验点击次数参考Twiddle点击绩效评估实验中的30次[20]，避免点击次数不足或是点击时间过长影响准确率。预实验被试14名，其中男女各7名。选定软件中的Precision功能模块来进行测试。被试按照设计参数进行鼠标点击，不断调整实验参数目标持续时间及目标大小，并及时记录数据进行预先分析，直至被试测得的点击精度及反应时长呈正态分布。预实验最终所确定的测试参数，如表1所示。

表 1 Aim booster测试参数Table 1 Aim booster test parameters

3) 被试人员。

在西安市中小企业选取了30名VDT作业人员作为被试，其中男性18人，女性12人，男女比例为3∶2，年龄范围为23～46岁，平均年龄33.4岁。所选被试人员从事VDT作业至少在5年及以上，且不是从事专业的键鼠操作的人员(如打字员、电竞玩家等)，排除对鼠标操作熟悉程度对本实验结果的影响。被试均为右利手，无脊柱病史，身体状况良好，可正常完成坐姿实验。

3 数据分析与结果

每位被试测试后的结果都会呈现在软件的界面上(见图5)，会显示被试点击时长、击中次数、精确度以及平均反应时长。将每位被试测试结果数据录入Excel软件，再将这些数据导入Spss软件中，进行描述性分析、差异性分析。

图 5 被试Aim booster测试结果界面(无支撑)Figure 5 Target booster test result interface (unsupported)

3.1 描述性分析

在进行整体描述性分析前，对各组数据中的测定值与平均值的偏差进行分析(见表2)。经过异常值检验后发现各组数据中无异常数据，说明被试的鼠标操作无异常水平，被试选取合理。

表 2 总体描述统计量Table 2 Population description statistics

1) 有支撑精确度的均值高于无支撑精确度的均值(高出约15.55%)；无支撑精确度的极差明显大于有支撑精确度的极差。

2) 有支撑击中次数的均值高于无支撑次数的均值(高出约5次)；无支撑击中次数的极差明显大于有支撑击中次数的极差。

3) 有支撑平均反应时间的均值高于无支撑平均反应时间的均值(高出约20 ms)；有支撑平均反应时间的极差大于无支撑平均反应时间的极差。

3.2 差异性分析

3.2.1 成对样本T检验

为了解有无扶手支撑与鼠标操作的影响关系，从精确度、击中目标数、平均反应时间3方面的显著性差异进行分析检验，如表3所示。

表 3 有无支撑时精确度、击中次数、平均反应时间成对样本T检验Table 3 Paired sample T tests for accuracy, number of hits, and mean response time with or without support

对有无支撑时精确度、击中目标数、平均反应时间进行成对样本T检验，通过成对差分，可以显示差的大小。精确度T= -7.961，说明无支撑精确度＜有支撑精确度。Sig值=0.000远远小于0.05，所以拒绝原假设，即座椅有无支撑对鼠标点击的精确度差异显著，且有支撑的精确度远高于无支撑的精确度；击中次数的T= -8.294，说明无支撑击中次数＜有支撑击中次数。Sig值=0.000远远小于0.05，所以拒绝原假设，即座椅有无支撑对鼠标击中次数差异显著，且有支撑击中次数远高于无支撑的击中次数；平均反应时间的T= -4.484，说明无支撑反应时间＜有支撑反应时间。Sig值=0.000远远小于0.05，所以拒绝原假设，即座椅有无支撑对平均反应时间差异显著，且有支撑的平均反应时间远高于无支撑的平均反应时间。

据此，可以验证假设H1、H1a成立，H1b不成立。

3.2.2 单因素(性别)方差分析

为了解不同性别与鼠标操作的影响关系，从精确度(有无支撑)、击中目标数(有无支撑)、平均反应时间(有无支撑)3方面进行单因素方差分析，在5%的显著性水平下进行了单因素方差分析。

首先进行方差齐性检验，分析发现有无支撑情况下精确度、击中目标数、平均反应时间6种情况的P值分别为0.597、0.255、0.591、0.245、0.899、0.554，均大于0.05，说明方差是齐的，可以使用单因素方差分析法。

从表4中可以看到，有支撑时精确度的P=0.027，有支撑时击中目标数的P=0.027，均小于0.05，说明组间是存在显著性差异的，即不同性别对有支撑时的鼠标点击精确度、击中目标数量是存在影响的。

表 4 单因素方差分析Table 4 ANOVA

无支撑时的精确度、无支撑时的击中目标数、有无支撑时平均反应时间的P值分别为0.787、0.856、0.745、0.096，均大于0.05，说明组间是不存在显著性差异的，即不同性别对无支撑时的鼠标点击精确度、击中目标数量、平均反应时间以及有支撑时的平均反应时间是不存在影响的。

4 讨论与建议

为了探讨办公座椅扶手对VDT作业人员鼠标操作的影响，实验后的访谈记录结果为，认为有扶手支撑操作更加舒适的28人，认为有无扶手支撑对操作舒适无影响的2人。实验结果表明座椅有无扶手支撑时鼠标点击的精确度差异显著，且有支撑时的精确度远高于无支撑时的精确度；座椅有无扶手支撑时鼠标击中目标次数差异显著，且有支撑时的击中目标次数远高于无支撑时的击中次数。以往研究中[23]就使用“击中”+“正确率”作为测量绩效指标，鼠标操作点击就是一种绩效输出表现，也可说明有扶手支撑时的鼠标操作绩效更高。实验阶段验证了目标大小对点击效果的影响，印证了菲茨定律也同样适用于鼠标操作，这与前人研究[17,19-21]具有一致性。另外，目标出现的持续时长也会影响鼠标操作绩效，这也是对之前研究的一种有效补充。

虽然座椅有无扶手支撑时鼠标点击的平均反应时间差异显著，但有支撑时的平均反应时间远高于无支撑的平均反应时间，这与H1b假设相悖。从运动生理学[24]的角度分析原因，由于手肘部分有了依托，减少了日常工作时的肱二头肌、肱三头肌的肌紧张和静力性运动。静力性运动肌和紧张反射是维持身体姿势的重要因素。但是由于手肘依托的限制，肌肉处于一个放松的状态，静力性运动和肌紧张反射存在的条件将不再存在。当感受器将受到的刺激信号通过传入神经到达中枢神经，中枢神经重新再将电信号从传出神经传达到效应器当中，就需要在这最后一步重新将肌肉的运动单位募集，实现神经-肌肉接头的兴奋传递，兴奋-收缩偶联，粗肌丝牵引细肌丝滑动和骨杠杆运动的限制，都导致肌肉启动时间变长，最终反应时间有所上升。

基于本文研究结论，现代办公场所应当引入有扶手支撑的办公座椅，因个体差异性，扶手支撑最好具备调节功能，VDT作业人员应当结合自身特点调节座椅以满足舒适度需求。树立“人-机-环”协调理念，结合久坐、频繁键鼠操作等特点，提升座椅整体舒适度。根据不同的操作任务选择是否需要依靠扶手支撑，如要求快速反应，而对点击精度要求不高时，可以摆脱扶手支撑进行快速操作。合理安排工作时间，根据工作任务尽量错峰安排工作，减少VDT作业人员工作负荷。工作间隙起身活动肩颈、手肘等部位以减少不适感，同时多做手指操，可以提神缓解疲劳，增强手部协调性。

5 总结与展望

本文探讨了座椅扶手支撑对VDT作业人员鼠标操作的影响。研究结果发现，座椅有支撑时鼠标点击精确度和击中目标数量显著高于无支撑时，有支撑的平均反应时间显著高于无支撑的。扶手支撑可以提升个体使用舒适度，同时可以提升鼠标操作效率。

然而，实验仍存在一些不足，需进一步探讨与研究。通过对被试者的访谈得知，个别被试人员在进行实验测试时，兴奋度提高，出现一种挑战自我或与他人竞争的心态，致使部分实验结果出现偏差，以至于数据不可用，直至被试者兴奋水平下降或心理状态趋于平静，完成测试。另外，不同性别对鼠标点击精确度和击中目标数量的具体影响关系，仍有待研究补充。最后，座椅扶手与座面、桌面相对高度不同时的鼠标操作水平可作具体的深入探讨，也可对座椅材质、靠背等其他指标进行拓展研究。