人机工程学——人体测量及测量数据的应用

有七尺之骸、手足之异,戴发含齿,倚而食者,谓之人。——《列子·黄帝》第二章人体测量及测量数据的应用刘华伟刘华伟刘华伟•人体测量的基本知识•常用人体尺寸数据•人体测量数据的应用•人体主要参数的计算•设计用人体模板在中国二千多年前的《内经－灵柩》之《骨度篇》中，对人体测量就有了较详细而科学的阐述。古埃及在公元前3500--2200年之间，也有类似人体测量的方法存在，并提出人体可分为十九个部位。古希腊、罗马雕塑家们很注意人体形态美，雕塑出完美的作品，如《掷铁饼者》，《维纳斯》雕像。1870年比利时数学家奎特里特发表了《人体测量学》一书，逐渐形成了“人体测量学”这门科学。人体测量学(anthropometry)是人类学的一门分支学科，主要研究人体测量和观察方法，并通过人体整体测量与局部测量来探讨人体的特征、类型、变异和发展规律。人体测量学是人机工程学的重要组成部分。进行产品设计时，为使人与产品相互协调，必须对产品同人相关的各种装置作适合于人体形态、生理以及心理特点的设计，让人在使用过程中，处于舒适的状态以及方便地使用产品。因此设计师应了解人体测量学，生物力学方面的基本知识，并熟悉有关设计所必需的人体测量基本数据的性质、应用方法和使用条件。2.1人体测量2.1.1概述人体测量数据主要分为两类：一类为静态测量数据，一类为动态测量数据。照实际使用来分类，可以分为如下三种：a.形态测量：以检查人体形态的方式进行测量，主要内容有：人体长度，人体体型，人体体积和重量，人体表面积。b.生理测量：测量人体的主要生理指标，主要内容包括：人体出力范围，人体感觉反应，人体疲劳。c.运动测量：在对人体静态形态测量的基础上，测量人体的活动过程和活动范围的大小，主要内容有：动作范围，动作过程，形体变化，皮肤变化。2.1.2人体测量的基本知识2.1.2.1测量姿势b.坐姿：被测者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，膝弯屈大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。为确保坐姿正确，被测者的臀部、后背部应同时靠在同一铅垂面上。a.直立姿势（简称立姿）：被测者挺胸直立，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，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致成45°夹角，体重均匀分布于两足。为确保直立姿势正确，被测者应使足后跟、臀部和后背部与同一铅垂面相接触。2.1.2.2人体测量的基本平面与轴人的肢体运动是绕一定的轴在某基本平面内进行的。这些轴都有是以关节为原点。这些平面一般都有是通过轴而组成的平面。人体关节没有可见的轴，因而必须依据关节的形态和运动规律，假设出这些基本轴以说明人体各部分运动，便于人体测量。a.测量基准面①、矢状面人体测量基准面的定位是由三个互相垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。②、正中矢状面在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状平面。正中矢状平面将人体分成左、右对称的两个部分。③、冠状面通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两个部分。④、水平面与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两个部分。⑤、眼耳平面通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面（OAE）。b.运动轴分别对应于矢状面，水平面和额状面设置三个基本轴，这些轴可在人体躯干，四肢和各脏器等部位设置。矢状轴通过关节中心并垂直于额状面的一切轴叫矢状轴。额状轴（又名冠状轴），通过关节中心并垂直于矢状面的一切轴叫额状轴。垂直轴通过关节中心并垂直于水平面的一切轴叫垂直轴。c.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、在上肢上，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。⑤、在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。d.测量项目测量项目是用所需测量的两个部位、测点或经过点来定义的项目，国际GB3975—83中规定的测量项目有：直立姿势采取自然坐姿时躯干的尺寸上肢尺寸下肢尺寸头部尺寸身体各部位间前后距离e.测量工具•最常用的测量工具是马丁测量仪，是由一些直尺、角尺、卡钳组合而成。在没有这种工具时，用一般的类似工具完全可以代替。附着式量角器三角平行规弯脚规立方体定颅器2.1.3人体尺寸测量的分类2.1.3.1静态人体尺寸测量静态人体尺寸测量是指被测者静止地站着或坐着进行的一种测量方式。静态测量的人体尺寸用作为设计工作空间的大小、家具、产品界面元件以及一些工作设施等的设计依据。目前我国成年人静态测量项目，国家标准正文中规定立姿有40项，坐姿有22项。详见GB3975—83《人体测量术语》和GB5703—85《人体测量方法》。1.1.3.2动态人体尺寸测量动态人体尺寸测量是指被测者处于动作状态下所进行的人体尺寸测量。动态人体尺寸测量的重点是测量人在执行某种动作时的身体动态特征。2.1.3.2动态人体尺寸测量动态人体尺寸测量的特点是，在任何一种身体活动中，身体各部位的动作并不是独立完成的，而是协调一致的，具有连贯性和活动性。例如手臂可及的极限并非唯一由手臂长度决定，它还受到肩部运动、躯干的扭转、背部的屈曲以及操作本身特性的影响。由于动态人体测量受多种因素的影响，故难以用静态人体测量资料来解决设计中的有关问题。动态人体测量通常是对手、上肢、下肢、脚所及的范围以及各关节能达到的距离和可能转动的角度进行测量。2.2.1我国成年的人体结构尺寸我国1989年7月1日实施的GB10000—88《中国成年人人体尺寸》，适用于工业产品、建筑设计、军事工业以及工业的技术改造设备更新及劳动安全保护。标准中所列数值，代表从事工业生产的法定中国成年人（男18～60岁，女18～55岁）。2.2常用人体尺寸数据标准中共列出47项我国成年人体尺寸基础数据，按男女性别分开，且分三个年龄段：18～25（男、女），26～35（男、女），36～60（男）、55（女），且分别给出这些年龄段的各项人体尺寸数值，为了方便使用，各类数据表中的各项人体尺寸数值均列出其相应的百分位数。现将GB10000—88中的人体主要测量项目及尺寸摘录于图1—4及表1—1中，可在实际设计时查阅。a.人体主要尺寸量百分分组项位数目男（18～60岁）女（18～55岁）151050909599151050909599身高15431583160416781754177518141449148415031570164016591697体重kg4448505970758339424452636674上臂长279289294313333338349252262267284303308319前臂长206216220237253258268185193198213229234242大腿长413428436465496505523387402410438467476494小腿长324338344369396403419300313319344370376390单位：mmb.立姿人体尺寸量百分分组项位数目男（18～60岁）女（18～55岁）151050909599151050909599眼高14361474149515681643166417051337137113881454152215411579肩高12441281129913671435145514941166119512111271133313501385肘高9259549681024107910961128873899913960100910231050手功能高656680693741787801828630650662704746757778会阴高701728741790840856887648673686732779792819胫骨点高394409417444472481498363377384410437444459单位：mmc.坐姿人体尺寸量百分分组项位数目男（18～60岁）女（18～55岁）151050909599151050909599坐高836858870908947958979789809819855891901920坐姿颈椎点高599615624657691701719563579587617648657675坐姿眼高729749761798836847868678695704739773783803坐姿肩高539557566598631641659504518526556585594609坐姿肘高214228235263291298312201215223251277284299坐姿大腿厚103112116130146151160107113117130146151160坐姿膝高441456464493523532549410424431458485493507小腿加足高372383389413439448463331342350382399405417坐深407421429457486494510388401408433461469485臀膝距499515524554585595613481495502529561570587坐姿下肢长8929219379921046106310968268518659129609751005单位：mmd.人体水平尺寸量百分分组项位数目男（18～60岁）女（18～55岁）151050909599151050909599胸宽242253259280307315331219233239260289299319胸厚176186191212237245261159170176199230239260肩宽330344351375397403415304320328351371377387最大肩宽383398405431460469486347363371397428438458臀宽273282288306327334346275290296317340346360坐姿臀宽284295300321347355369295310318344374382400坐姿两肘间宽353371381422473489518326348360404460478509胸围76279180686794497010187177457608259199491005腰围6206506657358598959606226596807729049501025臀围780805820875948970100979582484090097510001044单位：mm百分位立姿双臂展开宽度立姿手伸过头顶高度坐姿手臂前伸距离坐姿腿前伸距离5%50%95%15791690180219992136227478183889695710281099表1—5几项常用的人体着装功能尺寸（男：18～60岁）单位：mmXXXXXX项目东北、华北区西北区东南区华中区华南区西南区均值标准差SD均值标准差SD均值标准差SD均值标准差SD均值标准差SD均值标准差SD体重kg男648．2607．6597．7576．9566.9556.8女557．7527．1517．2506．8496.5506.9身高男169356．6168453．7168655．2166956．3165057.1164756.7女158651．8157551．9157550．8156050．7154949.7154653.9胸围男88855．588051．586552．085349．285148.985548.3女84866．483755．983159．882055．881957.680958.8表1—6身高、胸围、体重的均值及标准差SDX选用GB10000—88中所列人体尺寸数据时，应注意以下要点：⑴、表列数值均为