人机工程学第二章人体测量及数据应用.ppt

第二章第二章 人体测量及数据应用人体测量及数据应用人机工程学人机工程学1第二章第二章 人体测量及数据应用人体测量及数据应用(3)(3)第一节第一节 人体测量人体测量简介简介 第二节第二节 人体测量的人体测量的数据处理数据处理 第三节第三节 常用人体测量数据常用人体测量数据第四节第四节 人体各部分结构参数的计算中心人体各部分结构参数的计算中心 第五节第五节 人体人体测量数据的应用测量数据的应用 2第一节第一节 人体测量简介人体测量简介人的特性可分为形态特征和机能特征人的特性可分为形态特征和机能特征一、概念一、概念1.1.人体测量：人体测量：指借助人体测量仪器，按照人体测量方法，指借助人体测量仪器，按照人体测量方法，对人体身体各方面数据特征（主要是尺寸）的度量。对人体身体各方面数据特征（主要是尺寸）的度量。2.2.人体测量学人体测量学：是指测量人体各部分尺寸或比例来研究：是指测量人体各部分尺寸或比例来研究人体的形态特征的方法。人体的形态特征的方法。33.3.人体测量数据人体测量数据1）人体构造尺寸）人体构造尺寸，即，即静态尺寸静态尺寸，人在静止的状态，人在静止的状态下，即站立不动、坐着不动或静卧等情况下测量的下，即站立不动、坐着不动或静卧等情况下测量的尺寸尺寸(静态人体测量静态人体测量)2）人体功能尺寸）人体功能尺寸，即，即动态尺寸动态尺寸，它包括在工作姿态，它包括在工作姿态下或在某种操作活动下测量的尺寸下或在某种操作活动下测量的尺寸(动态人体测量动态人体测量)4567二、人体（尺寸）差异因素二、人体（尺寸）差异因素 1/41/23/4EF人体（尺寸）差异因素人体（尺寸）差异因素 民族因素民族因素地区因素地区因素性别因素性别因素年龄因素年龄因素时代因素时代因素8 例如：例如：美国按男子身美国按男子身高设计的飞机，美国男子高设计的飞机，美国男子的适应范围将为的适应范围将为9090，对，对法国人将为法国人将为8080，对日本，对日本人将为人将为4343。泰国人为。泰国人为2424。设计时要考虑民族因。设计时要考虑民族因素和多民族的适应性。素和多民族的适应性。1.1.民族因素民族因素 每个民族都有自己的人体数据，不能套用其他民每个民族都有自己的人体数据，不能套用其他民族的测量结果设计本民族的机具。族的测量结果设计本民族的机具。9 2.2.地区因素地区因素 一个国家由于地区不一个国家由于地区不同，人体数据也有所差异，同，人体数据也有所差异，我国我国身材较高的地区身材较高的地区为河为河北、山东、辽宁、吉林等北、山东、辽宁、吉林等省；省；中等身材的地区中等身材的地区为浙为浙江、江苏、湖北等省；江、江苏、湖北等省；较较矮身材的地区矮身材的地区为四川、云为四川、云南、贵州、广西等省。设南、贵州、广西等省。设计要考虑地区因素及地区计要考虑地区因素及地区适应性。适应性。103.3.性别因素性别因素u 对于大多数人体尺寸（对于大多数人体尺寸（平均身高平均身高），），男性比女性男性比女性高高100mm100mm左右左右；u 同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽；头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽；u 皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别；有明显差别；u 在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。114.4.年龄因素年龄因素 采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄组，要注意不采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄组，要注意不同年龄组尺寸数据的差异同年龄组尺寸数据的差异例如：例如：人体尺寸增长过程：男人体尺寸增长过程：男2020岁、女岁、女1818岁（结束）岁（结束）手的尺寸：男手的尺寸：男1515岁、女岁、女1313岁（达到一定值）岁（达到一定值）脚的大小：男脚的大小：男1717岁、女岁、女1515岁（基本定型）岁（基本定型）身高的增长，在身高的增长，在2222岁之前呈上升趋势，岁之前呈上升趋势，3030岁以后呈下降趋势。岁以后呈下降趋势。成年人：身高随年龄增长而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、胸成年人：身高随年龄增长而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄增长而增长围却随年龄增长而增长125.5.时代因素时代因素 在使用人体测量数据时，要考虑其测量年代，然后在使用人体测量数据时，要考虑其测量年代，然后加以适当修正。加以适当修正。一组数据：一组数据：欧洲居民每隔欧洲居民每隔1010年年身高增加身高增加1-1.4cm1-1.4cm；美国城市男性青年在美国城市男性青年在1973197319861986年的年的1313年间身高增加年间身高增加2.3cm2.3cm；日本男；日本男性青年在性青年在1934193419651965年的年的3131年间身高增加年间身高增加5.2cm5.2cm，体重增加，体重增加4.0kg4.0kg，胸，胸围增加围增加3.1cm3.1cm；我国原广州中山医学院男性在；我国原广州中山医学院男性在1956195619791979年的年的2323年间年间身高增加身高增加4.38cm4.38cm，女性身高增加，女性身高增加2.67cm2.67cm。13三、应用人体数据设计产品的步骤三、应用人体数据设计产品的步骤 在应用人体尺寸来设计产品（或设备）时，应先确定使在应用人体尺寸来设计产品（或设备）时，应先确定使用对象并收集相应的统计数据，然后根据人体尺寸来确定产用对象并收集相应的统计数据，然后根据人体尺寸来确定产品（或设备）的尺寸。品（或设备）的尺寸。例如：应用人体测量设计工作台时，可以遵循以下步骤：例如：应用人体测量设计工作台时，可以遵循以下步骤：1 1、分析任务，确定工作台有关的功能要求。、分析任务，确定工作台有关的功能要求。2 2、设立调查表，找出与工作台有关的其他人机工程值。、设立调查表，找出与工作台有关的其他人机工程值。3 3、确定使用者和相应的数据，如性别、种族、使用者年龄。、确定使用者和相应的数据，如性别、种族、使用者年龄。144 4、确定适应人群所占的比率，即工作台要使多大比例、确定适应人群所占的比率，即工作台要使多大比例的使用者满意。的使用者满意。5 5、确定基本的人体测量指标，如小腿高，坐高。、确定基本的人体测量指标，如小腿高，坐高。6 6、确定与功能指标相应的工作台的尺寸有哪些。、确定与功能指标相应的工作台的尺寸有哪些。7 7、确定人体尺寸。、确定人体尺寸。8 8、利用人体测量的数据设计计算工作台的尺寸。、利用人体测量的数据设计计算工作台的尺寸。9 9、建立实体模型。、建立实体模型。1010、进行合适的实验。、进行合适的实验。15四、人体测量的术语及方法四、人体测量的术语及方法1 1、GB397583GB397583规定了人机工程学使用的成年人和青年规定了人机工程学使用的成年人和青年人的人体测量术语。该标准规定，只有在被测量者姿势、人的人体测量术语。该标准规定，只有在被测量者姿势、测量方向、测点等符合要求的前提下，测量数据才是有测量方向、测点等符合要求的前提下，测量数据才是有效的。效的。2 2、GB570385GB570385规定了人机工程学使用的人体参数的测规定了人机工程学使用的人体参数的测量方法。这些方法适合成年人和青少年的人体参数测量，量方法。这些方法适合成年人和青少年的人体参数测量，凡需要进行测量时，必须按照该标准规定的测量方法进凡需要进行测量时，必须按照该标准规定的测量方法进行测量，其测量结果方为有效。行测量，其测量结果方为有效。16第二节人体测量的数据处理第二节人体测量的数据处理在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，所以要根据概率论与数理统计理论对测最数据进量，所以要根据概率论与数理统计理论对测最数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。征参数。均值均值方差方差标准差标准差百分位数百分位数171.1.均值均值表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，该值称为表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，该值称为平均值，简称平均值，简称均值均值。均值是描述测量数据位置特征的值，。均值是描述测量数据位置特征的值，可用来衡量一定条件下的测量水平和概括的表现测量数据可用来衡量一定条件下的测量水平和概括的表现测量数据的集中情况。对于有的集中情况。对于有n n个样本的测量值：个样本的测量值：x1x1，x2,.xnx2,.xn其其均值为：均值为：182.2.方差方差描述测量数据在中心位置描述测量数据在中心位置(均值均值)上波动程度差异上波动程度差异的值叫均方差，通常称为的值叫均方差，通常称为方差方差。193.3.标准差标准差它是方差的平方根，它是方差的平方根，表明一系列测量值对均值的表明一系列测量值对均值的波动情况波动情况 小反映正态分布曲线陡，数据集中小反映正态分布曲线陡，数据集中 大反映正态分布曲线缓，数据分散大反映正态分布曲线缓，数据分散 204.4.百分位数百分位数人体测量的数据常以百分位数人体测量的数据常以百分位数P Pk k来表示人体尺来表示人体尺寸等级，最常用的是以寸等级，最常用的是以第第5%、第、第50%、第、第95%三种百三种百分位数来表示。分位数来表示。百分位数百分位数P Pk k是一种位置指标、一个界值。一个是一种位置指标、一个界值。一个百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分，百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分，有有K%的测量值等于和小于它，有（的测量值等于和小于它，有（100-K）%大于它。大于它。21P P5 5（第第5 5百分位数百分位数）表示）表示“小小”身材，是指有身材，是指有5%5%的人群身材的人群身材尺寸小于此值，而有尺寸小于此值，而有9595的人群身材尺寸大于此值；的人群身材尺寸大于此值；P P5050（第第5050百分位数百分位数）表示）表示“中中”身材，是指大于和小于此身材，是指大于和小于此值的人群身材尺寸各为值的人群身材尺寸各为5050；P P9595（第第9595百分位数百分位数）表示）表示“大大”身材，是指有身材，是指有9595的人群的人群身材尺寸小于此值，而有身材尺寸小于此值，而有5 5的人群身材尺寸大于此值。的人群身材尺寸大于此值。22XY235.5.百分率的计算百分率的计算在一般的统计方法中，并不一一罗列出所有百分位在一般的统计方法中，并不一一罗列出所有百分位数的数据，而往往以均值和标准差数的数据，而往往以均值和标准差s s来表示。虽然人体来表示。虽然人体尺寸并不完全是正态分布，但通常仍可使用正态分布曲尺寸并不完全是正态分布，但通常仍可使用正态分布曲线来计算。因此，在人机工程学中可以根据均值线来计算。因此，在人机工程学中可以根据均值 和标和标准差准差s s来计算来计算:求某百分位数值求某百分位数值 求数据所属的百分率求数据所属的百分率24 1 1）求某一百分位数的人体尺寸）求某一百分位数的人体尺寸 当已知某项人体测量尺寸的均值为当已知某项人体测量尺寸的均值为 ，标准差为标准差为s s ，需要求任一百分位的人体测量尺寸，需要求任一百分位的人体测量尺寸x x时，时，可用下式计算：可用下式计算：求求1 15050之间的数据，式中取之间的数据，式中取“”号；号；求求50509999之间的数据，式中取之间的数据，式中取“”号号。25表表1 1 百分位数与变换系数百分位数与变换系数k k之间的关系之间的关系百分比百分比%k k百分比百分比%k k1 12.3262.32680800.8420.8425 51.6451.64590901.2821.28210101.2821.28295951.6451.64550500.0000.00099992.3262.32626例例1 1：已知某一男性职工人群，其身高尺寸的均值：已知某一男性职工人群，其身高尺寸的均值 标准差标准差 求求 和和 的人体测量尺寸。的人体测量尺寸。解：已知解：已知 求求 、的人体尺寸的人体尺寸272 2）求数据所属百分率）求数据所属百分率当已知某项人体测量尺寸为当已知某项人体测量尺寸为 ，其均值，其均值 ，标准差为，标准差为时，需要求该尺寸时，需要求该尺寸 所处的百分率所处的百分率 P 时，可按时，可按下列步骤求得：下列步骤求得：计算出正态分布表中的计算出正态分布表中的 Z 值值 根据根据 Z 查正态分布表，求主概率数值查正态分布表，求主概率数值 p计算百分率计算百分率P。P0.5+0.5+p28例例2 2：若一名男性职工的身高为：若一名男性职工的身高为1700mm1700mm，求有百分之多少，求有百分之多少的中国人超过他的身高？的中国人超过他的身高？已知：已知：求：所处的百分率求：所处的百分率解：解：计算：计算：查查正态分布表正态分布表：29表表2 2 正态分布表正态分布表z z0 01 12 23 34 45 50.00.00.10.10.20.20.30.30.00000.00000.03980.03980.07930.07930.11790.11790.00400.00400.04380.04380.08320.08320.12170.12170.00800.00800.04780.04780.08710.08710.12550.12550.01200.01200.05170.05170.09100.09100.12930.12930.01300.01300.05570.05570.09480.09480.13310.13310.01990.01990.05970.05970.09870.09870.13680.1368Z=0.14430计算百分率计算百分率P P=0.5+0.057P P=0.5+0.0570.5570.557答：身高在答：身高在1700mm1700mm以上的有以上的有44.344.3，身高在，身高在1700mm1700mm以下的有以下的有55.755.7插值计算插值计算31第三节第三节 常用人体测量数据常用人体测量数据一、一、我国成年人人体结构尺寸我国成年人人体结构尺寸 GB10000GB1000019881988是是19891989年年7 7月开始实施的月开始实施的中国成中国成年人人体尺寸年人人体尺寸国家标准，适用于工业产品的设计、国家标准，适用于工业产品的设计、建筑设计、军事工业及工业的技术改造，设备更新及建筑设计、军事工业及工业的技术改造，设备更新及安全保护。该标准共提供安全保护。该标准共提供7 7类类4747项人体尺寸基础人体数项人体尺寸基础人体数据，（男性据，（男性18186060岁，女性岁，女性18185555岁），并按男、女岁），并按男、女性别分开列表。性别分开列表。321.1.人体主要尺寸：人体主要尺寸：GB10000GB100008888给出身高、体重、上臂长、给出身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项人体主要尺寸数据。前臂长、大腿长、小腿长共六项人体主要尺寸数据。2.2.立姿人体尺寸：该标准提供成年人立姿人体尺寸有眼高、立姿人体尺寸：该标准提供成年人立姿人体尺寸有眼高、肩高、肘高、等六项人体尺寸数据。肩高、肘高、等六项人体尺寸数据。3.3.坐姿人体尺寸：标准中的成年人坐姿人体尺寸包括坐高、坐姿人体尺寸：标准中的成年人坐姿人体尺寸包括坐高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高等共小腿加足高等共1111项。项。4.4.人体水平尺寸：（人体水平尺寸：（GB10000GB100008888标准中提供），该标准标准中提供），该标准中提供的人体水平尺寸是指胸宽、胸厚、肩宽、等中提供的人体水平尺寸是指胸宽、胸厚、肩宽、等1010项。项。335.5.各大区域人体尺寸的均值和标准差：各大区域人体尺寸的均值和标准差：项目项目东北、华北东北、华北西北西北东南东南华中华中华南华南西南西南S SS SS SS SS SS S体体重重/kg/kg男男64648.28.260607.67.659597.77.757576.96.956566.96.955556.86.8女女55557.77.752527.17.151517.27.250506.86.849496.56.550506.96.9身身高高/mm/mm男男1693169356.656.61684168453.753.71686168655.255.21669166956.356.31650165057.157.11647164756.756.7女女1586158651.851.81575157551.951.91575157550.850.81560156050.750.71549154949.749.71546154653.953.9？结合自己的身高，体重，计算自身所处百分位数结合自己的身高，体重，计算自身所处百分位数34GB10000-1988GB10000-1988中国成年人人体尺寸中国成年人人体尺寸等系列人体尺寸国等系列人体尺寸国家标准家标准 存在的问题存在的问题一是不含未成年人的人体尺寸一是不含未成年人的人体尺寸 二是二是20多年过去了，随着人民群众生活水平的提高，体貌特征已经发多年过去了，随着人民群众生活水平的提高，体貌特征已经发生巨大变化，许多数据已经不能适应生产生活设计的需要。生巨大变化，许多数据已经不能适应生产生活设计的需要。采用了先进的三维人体扫描技术，数据多达采用了先进的三维人体扫描技术，数据多达150150多多项，比项，比19861986年多出一倍。可在不到年多出一倍。可在不到1010秒的时间内，秒的时间内，获得完整的获得完整的1111的人体三维模型，然后通过测量软的人体三维模型，然后通过测量软件在模型上提取立姿、坐姿、头部、足部等件在模型上提取立姿、坐姿、头部、足部等150150多多个人体尺寸，准确度个人体尺寸，准确度1 1毫米左右。毫米左右。35二、我国成年人人体功能尺寸（动态测量尺寸）二、我国成年人人体功能尺寸（动态测量尺寸）1.1.人在工作位置上的活动空间尺度：人在工作位置上的活动空间尺度：A A、立姿的活动空、立姿的活动空间；间；B B、坐姿的活动空间；、坐姿的活动空间；C C、仰卧的活动空间。、仰卧的活动空间。2.2.常用的功能尺寸：常用的功能尺寸：GB/T13547GB/T135479292工作空间人体尺寸工作空间人体尺寸标准提供了我国成年人立、坐、卧、爬、等常用取姿标准提供了我国成年人立、坐、卧、爬、等常用取姿势功能尺寸数据。势功能尺寸数据。男性（男性（18601860岁）岁）女性（女性（18551855岁）岁）参参 数数立姿双手上举高立姿双手上举高197119712108210822452245184518451968196820892089坐姿双手上举高坐姿双手上举高124912491339133914261426117311731251125113281328表表2 上肢功能尺寸表（单位：上肢功能尺寸表（单位：mm）36第四节第四节 人体各部分结构参数的计算人体各部分结构参数的计算一、由身高计算各部分尺寸一、由身高计算各部分尺寸37二、由体重计算体积和表面积二、由体重计算体积和表面积 1.1.人体体积的计算：人体体积的计算：2.2.人体表面积的计算：人体表面积的计算：（K=72.46K=72.46中国人中国人）其中：其中：V体积（体积（L）；）；W体重（体重（kg）；）；H身高（身高（cm）；）；S表面积（表面积（m2）383.3.由身高、体重、体积计算生物力学参数由身高、体重、体积计算生物力学参数 手掌长手掌长L1L10.109H 0.109H 手掌体积手掌体积V1V10.0056V 0.0056V 手掌中心位置手掌中心位置O1O10.506L10.506L1 手掌重量手掌重量W1W10.006W0.006W39第五节人体测量数据的应用第五节人体测量数据的应用一、人体尺寸的应用原则一、人体尺寸的应用原则1.1.通常设计原则：通常设计原则：必须符合必须符合90%90%以上的人适用（即以上的人适用（即5%-95%5%-95%）之间的）之间的数据。有时当身体尺寸超出界限以外会危害其健康，可扩大至（数据。有时当身体尺寸超出界限以外会危害其健康，可扩大至（1%-1%-99%99%），如：紧急出口），如：紧急出口P P9999，紧急制动杆的距离，紧急制动杆的距离P P1 1。2.2.极限设计原则：极限设计原则：设计最大尺寸应考虑人体尺寸的低百分位，如椅子高，设计最大尺寸应考虑人体尺寸的低百分位，如椅子高，P P5 5。设计最小尺寸应考虑人体尺寸的高百分位，如门高，设计最小尺寸应考虑人体尺寸的高百分位，如门高，P P9595。3.3.可调原则：可调原则：设计时优先选择可调结构，可调范围设计时优先选择可调结构，可调范围5%-95%5%-95%。4.4.平均尺寸原则：平均尺寸原则：设计时以设计时以P P5050为依据，如门铃为依据，如门铃40二、人体测量尺寸的修正二、人体测量尺寸的修正1 1、有关人体尺寸标准中所列的数据是根据裸体或着、有关人体尺寸标准中所列的数据是根据裸体或着单薄内衣的条件测得的，测量时不穿鞋或穿拖鞋。单薄内衣的条件测得的，测量时不穿鞋或穿拖鞋。而设计中所涉及的人体尺度应该是在穿衣服、穿鞋而设计中所涉及的人体尺度应该是在穿衣服、穿鞋条件下此的人体尺寸，因此条件下此的人体尺寸，因此考虑有关人体尺寸时，考虑有关人体尺寸时，必须增加适当的着装修正量。（必须增加适当的着装修正量。（见下表）见下表）412.2.人体测量时要求躯干挺直姿势，而人在正常作业时，躯干则人体测量时要求躯干挺直姿势，而人在正常作业时，躯干则为自然放松姿势，为此应考虑姿势不同而引起的变化量。为自然放松姿势，为此应考虑姿势不同而引起的变化量。项目项目尺寸修正量尺寸修正量修正原因修正原因站姿高站姿高25253838鞋高鞋高坐姿高坐姿高3 3裤厚裤厚站姿眼高站姿眼高3636鞋高鞋高坐姿眼高坐姿眼高3 3裤厚裤厚肩宽肩宽1313衣衣立姿时的身高、眼高减立姿时的身高、眼高减10mm，坐姿时的身高、眼高减，坐姿时的身高、眼高减44mm。42三、人体身高在设计中的应用方法三、人体身高在设计中的应用方法高度与人体身高的比例关系高度与人体身高的比例关系代号代号定义定义设备高与身高之比设备高与身高之比1 1举手达到的高度举手达到的高度4/34/32 2可随意取放轴的搁板可随意取放轴的搁板7/67/63 3楼梯的顶棚高度（最小值，地面倾斜度为楼梯的顶棚高度（最小值，地面倾斜度为25253535）1/11/14 4办公桌高度（不包括鞋）办公桌高度（不包括鞋）7/177/175 5桌下的空间（高度最小值）桌下的空间（高度最小值）1/31/36 6工作椅的高度工作椅的高度3/133/137 7采用直立姿势时工作面的高度采用直立姿势时工作面的高度6/116/1143四、人体模板四、人体模板二维人体模板；三维人体模板二维人体模板；三维人体模板坐姿人体模板：坐姿人体模板：GB/T14779GB/T1477993 93 标准规定了成年人坐姿标准规定了成年人坐姿模板的功能设计基本条件、功能尺寸、关节功能活模板的功能设计基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用条件。动角度、设计图和使用条件。人体外形模板人体外形模板：GB/15759GB/1575995 95 标准提供了设计人体外标准提供了设计人体外形模板的尺寸数据及其图形。形模板的尺寸数据及其图形。4445人体模板用于人体模板用于拖拉机驾驶室拖拉机驾驶室设计设计 46人体模板用人体模板用于小车驾驶于小车驾驶室设计室设计 47思考与复习题思考与复习题1 1、什么是人机工程学？叙述它的应用范围，并举例说明。、什么是人机工程学？叙述它的应用范围，并举例说明。2 2、什么是人体测量？人体测量分几类？、什么是人体测量？人体测量分几类？3 3、有一位女同学，她的身高是、有一位女同学，她的身高是1598mm 1598mm 请说明有百分之请说明有百分之几的人超过了她的身高？又有百分之几的人比她矮？几的人超过了她的身高？又有百分之几的人比她矮？（平均身高（平均身高1586mm 1586mm 标准差标准差51.8mm51.8mm）4 4、试研究自行车主要尺寸与人体尺寸的对应关系。、试研究自行车主要尺寸与人体尺寸的对应关系。48495051