人体工程学-2人体测量应用

第二章人体测量及其应用主要内容二、人体测量的基本术语四、人体尺寸的应用三、常用的人体测量数据一、人体测量的基本知识一、人体测量的基本知识1、定义：人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。（如图2—1）一、人体测量学的基本知识2、人体测量数据的种类：类型静态尺寸动态尺寸人体构造上的尺寸人体功能上的尺寸（包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸）二、人体测量的基本术语1、被测者姿势：（1）立姿：挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45角，体重均匀分布于两足。见图2—6。（2）坐姿：挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。见图2—7。2、测量基准面人体基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。人体测量中设定的轴线和基准面如图2—2。矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面；眼耳平面。3、测量方向(1)在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。(2)在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。3、测量方向(3)在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，将远离四肢附着部位的称为远位。（4）对于上肢，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。（5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。4、支承面和衣着立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。5、基本测点及测量项目（GB3975—83）术语（GB3975—85)测量方法测点头部测点（16个）躯干和四肢部位测点（22个）测量项目头部测量项目（12项）躯干和四肢部位测量项目（69项）6、人体测量的主要仪器(1)人体测高仪:主要用来测量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人体各部位高度尺寸。（2）人体测量用直角规：主要用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径。如耳、脸、手、足。6、人体测量的主要仪器（3）用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。7、人体测量中的主要统计函数（术语）总体、样本均值、标准差术语适应域百分位百分位数总体统计学中，把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。人体尺寸测量中，总体是按一定特征被划分的人群。因此，设计产品时必须了解总体的特性，并且对该总体命名，例如，中国成年人、中国飞行员等。样本统计学中，把从总体取出的许多个体的全部称为“样本”。各种人体尺寸手册中的数据就是来自这些样本，因此，设计人员必须了解样本的特点及其表达的总体。均值描述一个分布，必须用两个重要的统计量：均值和标准差。前者表示分布的集中趋势；后者表示分布的离中趋势。均值的计算公式为：标准差标准差的计算公式为：NXMNKk1为相加，N为测量次数，为各单独测量值，M为均值。KX1)12NMXSnKKS为标准差，其他符号与（1）相同。适应域一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只考虑整个分布的一部分“面积”，称为“适应域”，适应域是相对设计而言的，对应统计学的置信区间的概念。适应域可分为：对称适应域、偏适应域。对称适应域对称于均值；偏适应域通常是整个分布的某一边。百分位百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。例如，50%称为第50百分位。百分位数百分位数是百分位对应的数值。例如，身高分布的第5百分位数为1543，则表示有5%的人的身高将低于这个高度。在人体测量资料中，常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。在设计中，当需要得到任一百分位数值时，则可按下式求出：1%-50%之间的数值：P=M-（SK）50%-99%之间的数值：P=M+（SK）M为标准值；S为标准差；K为百分比变换系数。选择测量数据时要注意根据设计内容和性质来选用合适的百分数据。以下几点原则可以参考：•够得着的距离，一般选用第5百分位的尺寸•容得下的距离，一般选用第95百分位的尺寸•常用高度，一般选用地95百分位的尺寸•可调节尺寸，若确定百分位大小有一定困难，条件许可时，可增加一个调节尺寸人体尺寸的区域划分东北、华北区西北区东南区华中区华南区西南区黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东、北京、天津、河北。甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁夏、河南、新疆。安徽、江苏、上海、浙江。湖南、湖北、江西。广东、广西、福建。贵州、四川、云南。东北、华北区西北区东南区华中区华南区西南区各地区身高、体重的M、S值身高:M=1693（1586）；S=56.6(51.8)体重:M=64（55）；S=8.2(7.7)身高:M=1684(1575);S=53.7(51.9)体重:M=60(52);S=7.6(7.1)身高:M=1686(1575);S=55.2(50.8)体重:M=59(51);S=7.7(7.2)身高:M=1669(1560);S=56.3(50.7)体重:M=57(50);S=6.9(6.8)身高:M=1650(1549);S=57.1(49.1)体重:M=56(49);S=6.9(6.5)身高:M=1647(1546);S=56.7(53.9)体重:M=55(50);S=6.8(6.9)百分比对应的变换系数K5%———1.64510%———1.28220%———0.84225%———0.67450%———0.00075%———0.67480%———0.84290%———1.28295%———1.645例1设计适用于90%华北男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？•解：由表查知华北男性身高平均值•M=1693mm，标准差S=56.6mm.要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95百分位确定尺寸的界限值，由表查得变换系数K=1.645；•即第5百分位数为：P=1693-（56.6*1.645）=1600mm•第95百分位数为：P=1693+（56.6*1.645）=1786mm•结论：按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%的华北男性。•讨论：平均值是作为设计的基本尺寸，而标准差是作为设计的调整量的。注意：例中被排除的10%的人，是10%的矮小者还是高大者或者大小各排除5%即取中间值，取决于排除后对使用者的影响和经济效果。•当需要得到某项人体测量尺寸M1所处的百分率P时，可按下列步骤及公式求得：Z=（M1-M）/S•然后根据Z值查表得小p的值，再按下列公式求百分率P；即P=0.5+p•以下列例题说明：例2已知男性A身高1720mm,试求有百分之多少的西北男性超过其高度？•解：由表查得西北男性身高平均值M=1684mm，标准差S=53.7mm那么•Z=（1720-1684）/53.7=0.670•再根据Z=0.670查表得p=0.2486(0.249)即P=0.5+0.249=0.749•结论：身高在1720mm以下的西北男性为74.9%，超过男性A身高的西北男性则为25.1%。•影响人体测量数据差异的因素：三、常用人体测量数据（见教材）年龄性别年代地区与种族职业年龄注意：在采用人体尺寸时，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。例如：人体尺寸增长过程：男20岁、女18岁。（结束）手的尺寸：男15岁、女13岁。（达到一定值）脚的大小：男17岁、女15岁。（基本定型）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。男女之间的差异：1、对于大多数人体尺寸，男性比女性大些；（但有四个尺寸—胸厚、臀宽、臂部及大腿周长正相反）2、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；3、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；4、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。性别年代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。一组数据：欧洲居民每隔10年身高增加1—1.4cm;美国城市男性青年在1973—1986年的13年间身高增加2.3cm;日本男性青年在1934—1965年的31年间身高增加5.2cm、体重增加4kg、胸围增加3.1cm;我国原广州中山医学院男性在1956—1979年的23年间身高增加4.38cm、女性身高增加2.67cm。地区与种族注意点：由于不同国家、不同地区、不同种族的人体尺寸的差异，即使是同一国家，不同地区的人体尺寸也有差异。因此，在设计中考虑产品的多民族的通用性。职业不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异。例如，一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些。•(一）主要人体尺寸的应用原则之一•1、极限设计原则：主要内容包括设计的最大尺寸参考人体尺寸的低百分位；设计的最小尺寸参考人体的高百分位。•2、可调原则：设计优先采用可调式结构。一般调节范围应从第5百分位到第95百分位。•3、平均尺寸原则：设计中采用平均尺寸计算。（多数专家不主张按平均尺寸设计）四、人体尺寸的应用（二）人体作业空间设计之一•立姿活动空间：•立姿时人的活动空间•不仅取决于身体的尺•寸，而且也取决于保•持身体平衡的微小平•衡动作和肌肉松弛、•脚的站立平面不变时，•为保持平衡必须限制•上身和手臂能达到的•活动空间。（二）人体作业空间设计之二»坐姿活动空间（二）人体作业空间设计之三•单腿跪姿的•活动空间•仰卧活动•空间（三）人体各部分结构参数的计算•人体体积计算V=1.01W-4.937•(V为人体体积L，W为人体体重Kg)•人体表面积计算•42246.002350.0HB51456.0由身高计算各部分尺寸（见下图）W•由•身•高•计•算•各•部•分•尺•寸一、座姿舒适性的概念1、概述人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分体重。座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力最少。坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感。（四）坐椅设计的人机要求2、舒适座椅的探讨舒适座椅可分下列各部分来探讨：座椅的硬度及形状；背垫的硬度及形状；背垫与座垫的关系；身体支撑的舒适度和座面的舒适度；座椅的通气程度等。•要把人的坐姿与座椅的样式和尺寸联系起来；•座椅的尺寸应适宜于就坐者的人体尺寸；•座椅要适于就坐者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；•靠背的结构和形状要尽量减少就坐者背部和脊柱疲劳；•座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布。二、座椅的设计原则三、座椅的尺寸设计•人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；•上身应保持稳定；•座位的高度应不使大腿肌肉受压；•可以变换或调节坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽量减少身体的不舒适感。1、座椅尺寸设计应遵循以下原则：定义：座高是指地面至就坐后面上坐骨支承处的高度。合适的座高应使臀部受力符合要求。2、座椅的主要尺寸设计座高讨论：座位过高，则不能使体重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，而且上、下腿和背部肌肉都会紧张。座高过低，则会使背部肌肉紧张，久而久之会产生背痛。因此，座高一般不宜超过小腿高（约为身高的1/4），按中国人的标准，可取为380—450mm。•讨论：•座深应使臀部得到全部的支撑，同时，要求座面的前沿不过分伸出，以防止挤压小腿，而且座面前沿应离开小腿一定的距离，以保证小腿的灵活性。•一般情况下，座深应取450mm。2、座椅的主要尺寸设计座深定义：座深是指座面的前后距离。2、座椅的主要尺寸设计座宽座宽应满足臀部就坐所需要的尺度，使人能自如地调整坐姿，一般取400—500m