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人机工程学航空学院栾义春2012年10月9日篇章总汇总论第1章人机工程学概论应用篇第5章人机系统第6章工作研究(肌肉骨骼失调及预防)第7章作业空间设计第8章人与环境的界面设计基础篇第2章人体生理特征第3章人体测量与数据应用第4章人的心理认知特征扩展篇第9章人因安全第10章可用性第11章脑力负荷3.1人体测量的基本知识3.2人体测量的主要统计函数3.3常用的人体测量数据3.4人体测量数据的应用为了使各种与人体尺寸有关的设计能符合人的生理特点,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。人体测量是指对人类身体各方面特征数据的度量,特别是人体的尺寸、形状和力量等,以及这些数据在设计中的应用。它通过测量人体各部位的尺寸,来确定个体和群体在人体尺寸上的共性及特性,以及个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别,从而研究人的形态特征,为工业设计和工程设计提供依据。人体测量(Anthropometry)人体测量是指对人类身体各方面特征数据的度量,特别是人体的尺寸和特征,包括人的重心位置,身体的各部分尺寸,关节的运动范围和力量特性等,以及这些数据在设计中的应用。研究对象:个体和群体人体测量的重要性:设计的前提---tofitpeople,notpeopletofit3.1人体测量基本知识人体尺寸是产品体量和空间环境设计的基础依据,合理的设计首先要符合人的形态和尺寸,使人感到方便和舒适。人体尺寸数据的获得,基于人体测量学指尖的测量可能与按键的尺寸设计、位置设计有关坐姿背部曲线的测量与座椅的靠背曲线设计有关人机工程学范围内的人体测量按照测量对象不同分为:对个别人进行的测量如对宇航员做专门测量和设计对群体进行的测量如对某地区所有男性青年的人体测量测量方法1.普通测量法人体测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、软尺、测尺规、立方定颅器、平行定点仪等。主要测量人体构造尺寸。测量在呼气与吸气的中间进行,次序为从头向下到脚;从身体的前面,经过侧面,再到后面。测量时只许轻触测点,不可紧压皮肤,以免影响测值的准确性。一般只测量左侧,特殊目的除外。测量项目根据实际需要确定。2.摄影法,见图2-2。主要测量人体功能尺寸。关键点拍摄仪器与投影板间的距离为被测试者高度10倍以上,投射光线可粗略为平行线。3.三维数学测量法,见图2-3手动接触式三维数字化测量仪:美国Faro技术公司的FarArm非接触式三维数字化测量仪:德国Vitronic的VITUS全身3D人体扫描仪人体测量的基本术语(1)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。1.测量姿势(参见国标GB3975-88中的规定)图2-4立姿(2)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。图2-5坐姿2人体测量基准面和基准轴水平面矢状面冠状面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)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。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)国标GB3975—83测点、测量项目国标GB5703—85测量方法人体测量的主要仪器在普通测量法中常用的人体测量仪器有:1.人体测高仪,见图2-5;2.人体测量用直脚规,见图2-6;3.人体测量用弯脚规,见图2-7;此外,还有人体测量用三脚平行规,坐高椅,量足仪,软卷尺以及医用磅秤等。3.2人体测量中的主要统计函数总体统计学中,把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。在人体尺寸测量中,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。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。均值方差为相加,n为测量的人数,为各单独测量值。ix212)(11xxnSniiniixnx11标准差1)12nxxSniiDSD为标准差,其他符号与上面的相同。抽样误差nSSDx适应域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满足度百分位百分位由百分比表示,表示设计的适应域,称为“第几百分位”。例如,50%称为第50百分位,用PK表示。百分位数百分位数是百分位对应的测量数值。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。在人机工程学设计中常用的是第5、第50、第95百分位。第5百分位数代表“小身材”,即只有5%的人群的数值低于此下限值值;第50百分位数代表“适中”身材,即分别有50%的人群的数值高于或低于此值;第95百分位数代表“大”身材,即只有5%的人群的数值高于此上限值。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,则可按下式进行计算:1%~50%之间的数值:)(KSxxD50%~99%之间的数值:)(KSxxD5%———1.64510%———1.28220%———0.84225%———0.67450%———0.00075%———0.67480%———0.84290%———1.28295%———1.645百分比对应的变换系数K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(2-6)查知华北男性身高平均值=1693mm,标准差SD=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K=1.645;即第5百分位数为:x=1693-(56.6*1.645)=1600mm第95百分位数为:x=1693+(56.6*1.645)=1786m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。x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。当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分位P时,可按下列步骤及公式求得:DiSxxz/)(再由下式求得百分位P:P=0.5+p式中:p——概率数值,根据上面公式求得的Z值,查正态分布表获取。例2已知女性A身高1610mm,试求有百分之多少的东北女性超过其高度。解:由表2-6查得东北女性身高平均值=1586mm标准差为51.8mm。由上式求得Z值为:463.05182451815861610Z根据Z=0.463值查表得p=0.1772(取近似值0.177),求得P值为P=0.5+0.177=0.677结论:身高在1610以下的东北女性为67.7%,超过女性A身高的东北女性则为32.3%。人体测量分析方法可以分为两类静态测量:身体保持固定不动动态测量:身体移动(活动空间,伸展域)静态测量和动态测量数据均包含人体构造尺寸和功能尺寸。人体构造尺寸研究人体在各种姿态下的参数,而功能尺寸则是任务导向的,研究任务状态下的人体特性。3.3常用的人体测量数据静态测量(StaticAnthropometry)静态测量在身体保持固定(静态)位置时进行,包括骨骼尺寸(关节之间,如肘部和腕部)或轮廓尺寸(如头围)。静态人体测量可采取不同的姿势,主要有立姿、坐姿、跪姿和卧姿等几种。静态测量数据是动态测量的基础,是设计人机系统不可缺少的参数。结构化的人体测量数据人体着装尺寸立姿测量项目坐姿测量项目1)身高(Stature)从地面到头顶的垂直距离2)肩高(Shoulderheight)从地面到肩峰的高度3)眼高(Eyeheight)从地面到眼角的高度4)肘高(Elbowheight)从地面到肘关节的高度,用来决定工作面5)臀高(Hipheight)指人体站立时,从地面到臀部关节的距离6)指节的高度(Knuckleheight)作为栏杆和手柄的参考7)指尖的高度(Fingertipheight)与手指操作控件的最低可接受水平有关8)坐高(Sittingheight)从坐的平面到头顶的高度9)坐眼高(Sittingeyeheight)指人体处于坐姿时,从坐立面到眼角的高度10)坐肩高(Sittingshoulderheight)指人体处于坐姿时,从坐立面到肩关节的高度11)坐肘高(Sittingelbowheight)指从座位的平面到肘下侧的高度,涉及扶手面、键盘的高度设计12)大腿的厚度(Thighthickness)与座位和桌面之间的空间有关13)臀部-膝盖的长度(Buttock-kneelength)与座位之间的行距有关14)臀部-腿弯部的长度(Buttock-popliteallength)与座位的深度有关15)膝盖的高度(Kneeheight)与桌子下面的空间有关16)腿弯部的高度(Poplitealheight)从地面到膝盖底下弯角的垂直距离,与椅子的最大的可接受的高度有关结构化的人体测量数据17)肩宽(Shoulderbreadth:bideltoid)肩部的最大水平宽度,与肩部的水平空间有关18)肩宽(Shoulderbreadth:biacromial)指人体肩关节之间的距离,与服装设计有关19)臀宽(Hipbreadth)设计座位的宽度20)胸部厚度(Chestdepth)从垂直的背部到前胸的最大水平距离,与座位的靠背和障碍物之间的空间设计有关21)腹部厚度(Abdominaldepth)在标准的坐姿中,从垂直的背部到腹部的最大水平距离,与座位的靠背和障碍物之间的空间设计有关22)肩-肘的长度(Shoulder-elbowlength)在标准的坐姿中,从肩峰到肘下部的距离23)肘-指尖的长度,在标准的坐姿中,从肘后到中指尖的距离(Elbow-fingertiplength)涉及前臂延伸的区域,用来定义正常的工作24)上肢的长度(Upperlimblength)在肘和腕都伸直的状态下从肩峰到指尖的距离25)手心的长度(Shoulder-griplength)手臂伸直,从肩峰到手中所握物体中心的距离,表示上肢的功能长度,用来确定使人感到方便的伸展26)头部厚度(Headlength)脸部的眉间到后脑部的距离,可作为眼部位的参考数据27)头部的宽度(Headbreadth)头部两耳上面的最大宽度28)手的长度(Handlength)在手保持僵直的状态下,从腕部的皱痕到中指尖的距离29)手的宽度(Handbreadth)通过手掌的最大宽度,在掌骨的末梢,与把手、控制杆的设计有关30)脚的长度(Footlength)从脚后跟到最长的脚趾尖的距离,平行与脚的轴心(脚的空间以及踏板的设计)31)脚的宽度(Footbreadth
本文标题:人体测量与数据应用
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