人机工程学课程第二章人的感知与心理特征

人机工程学课程第二章人体测量参数与数据应用2．1人体测量的基本知识2．1．1工业设计与人体尺度问题引入概念：同学们：我们学习的专业是工业设计，我们将来是要为消费者设计产品的。消费者的需求是设计的出发点，也是设计的目的和归宿。我们设计的产品，不仅是要赋予它一个好的外观形态，使其形态新颖，色彩协调从而满足消费者的精神需求，同时，更重要的是要赋予产品良好的使用功能，使其结构合理，性能良好，使用舒适。从而满足消费者的物质需求，也就是说：我们设计的产品不光是看的，更重要的是要用的，两者缺一不可。而且在很多情况下外观造型和使用性能两者之间本身就是紧密联系的，大家想一想，实际上所有的造型形态本身都是有一系列点、线、面组成的，而这些点线面都是有一定尺度的，我们在确定一个外观造型的形态时其实就是确定了一系列尺度，而这些尺度可能就和产品的结构和功能相关。大家现在环顾一下你们的教室，其实这里也有许多产品，比如你们所用的桌椅，老师的讲台、这些灯开关、这些门窗等等，你们天天都坐在这里上课，可能已经熟视无睹，习以为常了，认为它们本来就该是这样子的，但是老师现在请你们再看看这些产品，体会一下它们，想一想，这些产品为什么这样设计，桌椅的尺寸为什么会是这样的？这些开关的位置为什么这样布置，他们设计的合理吗？你们或老师在使用过程中，感觉方便舒适吗？如果你来设计能不能设计的更好一些？比如：我们先从这扇门说起，为什么他设计的高度尺寸是这样的，是不是凭空而来，它的依据是什么？它的尺度和人体尺度有什么关系呢？（门是让人进出的，门的高度和人的身高有最直接的关系。但是人的身高差异很大，到底应该选谁的尺寸做参照呢？）我们再看看你们用的课桌椅，它们的宽度和高度为何要这样设计呢？你们认为设计的合理吗？还有这些灯开关它们布置的高度依据在哪里。大家思考讨论3分钟，然后我请你们来谈一谈。（给3分钟让同学们自由思考讨论，然后用5分钟请两三个同学发言，谈谈他们对这些问题的看法。）大家都说的非常好，我们学工业设计，首先是要培养一种工业设计的思维方式，其很重要的一点就是能够在寻常的事物中发现问题，只有发现问题了，才可能谈到去解决问题。发现问题比解决问题更重要。从我的这门课开始你们开始真正接触到工业设计专业，你们也应该从这门课开始培养一种工业设计的思维方式。今后你们在这个专业上能够走多远，达到什么样的造诣，关键看你的思维方式好不好。现在我先不对你们的回答做具体的评价，请大家带着这些问题，和我一起进入这节课学习，当你们学习完这节课后，心中自然会有正确答案。为了使各种与人体尺度有关的设计对象能符合人的生理特点，合与人的形态和功能范围的限度，让人在使用时处于舒适的状态和适宜的环境之中，就必须在设计中充分考虑人体的各种尺度，一切操作装置都应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应；而且其布置应尽可能设在人操作方便、反应最灵活的范围之内。因而也就要求设计者能了解一些人体测量学方面的基本知识，并能在设计过程中正确使用这些尺寸。这节课我们就来学习人体测量参数和数据应用的知识，这节课内容本身是相对比较枯燥，但确是非常重要的一个环节，让我们一起努力把它学好，你会发现这些内容其实也很有意思。2．1．2人体测量学简介FoudamentalsofAnthropometry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。2．1．2．人体测量的主要方法1.普通测量法p16 2.摄影法，见图2-23.三维数学测量法，见图2-32．1．3．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)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。被测者裸体或尽量穿着少量内衣5、基本测点及测量项目（GB3975—83）（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。（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。2．2常用人体静态测量参数工业产品的造型设计要符合人的使用与操作要求，必须考虑到产品在造型尺度方面符合正常人体各部分的结构尺寸及关节运动所能达到的范围，以及肌肉力的大小、人体在不同姿势下操作活动所需要的工作空间等。否则，设计出的产品可能造成操作者使用不便、工作效率低或影响身心健康。人体测量学是通过测量人体各部位尺寸确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用来研究人的形态特征，为工业产品造型设计和工程设计提供人体测量数据。人体测量数据包括两类：人体构造尺寸---静态尺寸人体功能尺寸---动态尺寸（肢体活动范围角度距离）2．2．1人体构造测量尺寸介绍人体尺寸是人体测量学工作者辛勤劳动的结晶，它对工业产品设计，作业空间设计以及各类机具设计都有重要意义。我国于1988年12月10日发布了《中国成人人体尺寸》标准(GBl0000-88)。该标准提供了7个类别共47项人体尺寸基础数据，包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部尺寸和足部尺寸，并按性别列表。我国地域辽阔，又是多民族国家，不同地区的人体尺寸差异较大。东北、华北地区的人身材较高，西南、华南地区的人身材较小。为了能选用合乎各地区的人体尺寸，国家标准中提供了各地区成年人身高、胸围、体重三项主要人体尺寸的均值和标准差，可以通过公式推导出各百分位数。请大家把课本翻至P23页，看图2-8和表2-2人体主要尺寸（板书下列内容）表2-6六个区域的体重、身高、胸围、的均值X和标准差SD项目东北华北区华南区均值X标准差SD均值X标准差SD男（18~60岁）身高/mm169356.6165057.1女（18~55岁）身高/mm大家看到这几个表后一定会对下面的名词感到困惑：什么是百分位数、什么是标准差和均值？这就要先学习一些人体测量中的主要概念和统计参数的意义。2．2．2人体测量中的主要概念和统计参数人体尺寸是千变万化的，因而一件用品的某一项设计，可能有的人使用起来很方便，而有的人则感到难以使用，为了使产品适合于一个群体的使用，设计中需要的是一个群体的测量尺寸。然而，全面测量群体中每个个体的尺寸又是不现实的。通常人体测量学工作者都是在测量群体中以一定的抽样方法测量较少量个体的尺寸，经过数据处理后而获得较为精确的所需群体尺寸。在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，因而可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。2．2．2．1基本概念和统计参数1．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。2．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。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。3．均值表示全部被测数值的算术平均值，用“平均值”来决定基本尺寸。它是测量值分布最集中区，也是代表一个被测群体区别于其它群体的独有特征。按平均值设计的产品尺寸只能适合于50％的人使用，另有50％的人不适合。4．标准差表明一系列变化数距平均值的分布状况或离散程度。用“标准差”作为尺寸的调整量。标准差大，表示各变数分布广，远离平均值；标准差小，表示变数接近平均值。一般只能根据需要按-部分人体尺寸进行设计，这部分尺寸占整个分布的一部分，这部分被称为适应度又叫满足度。例如，适应度90％是指设计适应90％的人群范围，而对5％身材矮小和5％身材高大的人则不能适应百分位表示在某一人体尺寸范围内，使用者中有百分之几等于或小于该给定值。例如，中国成人男子身高95百分位为1775mm，它表示这一年龄组男性成人中身高等于或小于1775mm者占95％，大于此值的人只占5％。通常情况下，紧急出口的尺寸应取95百分位或99百分位，以便个子大的人能出得去，而公共汽车上拉手的高度尺寸则应取5百分位或2.5百分位，以便个子小的人能够得着。6．百分位数表示人体尺寸的等级，一个百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分，K%的测量值等于和小于它,，而其余的百分之几(100-K%)的测量值大于它。。最常用的有P5、P50、P95三个百分位数。其中P5被称为小百分为数，P95被称为大百分位数，P50其实就是均值，代表中百分位数。以身高为例：例如，中国成人男子身高第5百分位为1583mm它表示这一年龄组男性成人中身高等于或小于1583mm者占5％，大于此值的人只占95％。第95百分位为1775mm，它表示这一年龄组男性成人中身高等于或小于1775mm者占95％，大于此值的人只占5％。第50百分位为1678mm，它表示这一年龄组男性成人中身高的均值为1678mm。思考：通常情况下，紧急出口的尺寸应取95百分位或99百分位，以便个子大的人能出得去，而公共汽车上拉手的高度尺寸则应取5百分位或2.5百分位，以便个子小的人能够得着。弄清这些概念后我们在来看一下这些人体尺寸表，（看书P23）请2-3位学生举例说明百分位数的含义2．2．2．2求某百分位数人体尺寸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X和标准差SD百分位数来表示，人机工程学中可以根据均值和标准差来计算某个百分位数人体尺寸PK求1%~50%之间的数据时：Pk=X－(SD×K)（Pk-百分位数X-均值SD-标准差K-变换系数）求50%~99%之间的数据时：Pk=X+(SD×K)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：求华南区男性身高的30百分位数：由表中查到X=1650，SD=57.1，K=0.524P30=X－(SD×K)=1650-57.1X0.524=1620课堂练习：求华南区男性身高的70百分位数P70=X－(SD×K)=1650+57.1X0.524=1679.9即有70%的人身高小于等于1679.9cm。例2：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X=1693mm，标准差SD=56.6m