人机工程学--第二章人体测量与数据应用

人体测量与数据应用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。一、概述人体测量学(anthropometry)是人机工程学的一门分支学科，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。人体测量与数据应用人体测量与数据应用形态测量人体体形尺寸体积重量表面积人体测量数据的种类运动测量人体的活动过程和活动范围的大小动作范围动作过程形体变化皮肤变化生理测量人体出力范围人体感觉反应人体疲劳人体测量数据的种类人体测量与数据应用二、测量方法•1.普通测量法人体测高仪、直脚规、弯脚规•2.摄影法，见图2-2•3.三维数学测量法，见图2-3人体测量与数据应用人体测高仪弯脚规人体测量与数据应用直脚规人体测量与数据应用图2-2摄影测量法人体测量与数据应用图2-33D全身人体扫描系统人体测量与数据应用（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）人体测量与数据应用（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坐姿人体测量与数据应用2.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）。图2-6基准面人体测量与数据应用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。人体测量与数据应用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。人体测量与数据应用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）人体测量与数据应用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：直立姿势有身高，鼻根高，眼高，耳屏高，颏下点高，颈根高，颈窝高，胸骨缘高，乳房高，乳房下缘高，胸骨下缘高，脐高，耻骨联合高，会阴高，肩峰高，腋窝前高，肘高，挠骨头高，挠骨茎突高，尺骨茎突高，中指指点高，指尖点高，腰围高，髂脊高，髂前上棘高，大转子高，膝高，腓骨头高，腿肚高，颈椎高，肩胛骨下角点高，臀沟高，中指（上肢上举时）指尖点高，中指（上肢上举时）指点高。女人体加测乳房下缘高。采取自然坐姿时：坐高，坐姿眼高，坐姿颏下高，坐姿胸骨上缘高，坐姿肩峰高，坐姿髂脊高，坐姿大腿缘高，坐姿大转子点高，坐姿枕后点高，坐次颈椎高，坐姿肩胛骨下角高，坐姿肘高。人体测量与数据应用躯干的尺寸：最大体宽，颈根宽，两户峰点宽，肩宽，腋窝前宽，胸宽，乳头间宽，腰宽，两髂脊点宽，臀宽，两肩胛骨下点宽，胸厚，胸矢状厚，腰厚，腹厚，臀厚，颈围，颈根围，上部胸围，乳头部位胸围，下部胸围，腰围，腹围、臀围，躯干垂直围长，颈前长，前胸长，颈后长，后背长，会阴上部前后长，臀部弧长，坐姿背—肩峰距离，坐姿臀部—大转子点距离，坐姿腋窝间宽。上肢尺寸：指距，上肢长，腋窝一茎突距离，手长，手背长，第1指掌侧长，第2指掌侧长，第3指掌侧长，第4指掌侧长，第5指掌侧长，腕关节宽，最大手宽，手宽，第3指最大宽，第3指宽，上臂根厚度，前臂最大宽，腕关节厚，掌厚，第3指最大厚，第3指厚，上臂根围，腋窝部位上臂围，上臂围，前臂围，腕关节围，掌围；上肢前展，上肢最大前展，背—指点距离，前臂手前展长，肩峰—肘距离，第1和第5指尖点间最大距离，第3指基节长，最大抓握径，上臂最大围，肘最大围，前臂最大围，拳围，背部正中线—尺骨茎突距离。人体测量与数据应用下肢尺寸：足背高，内踝高，外踝高，足趾高，足长，足根—跖骨距离，足背长，足跟—内踝距离，大腿宽，膝宽，腿肚宽，踝上宽，足宽，足跟宽，内外踝宽，大腿厚，膝厚，腿肚厚，踝上厚，下肢根围，小腿围，膝围，腿肚围，踝上围，足围，足根围，坐姿髂骨上缘高，坐姿臀——|膑骨前缘距离，坐姿臀—腓骨头点距离，坐姿臀—腿肚后缘距离，坐姿下肢长，坐姿膝围。头部尺寸：头全高，容貌面长（Ⅰ），容貌面长（Ⅱ），形态面长，眼—颏下距离，鼻长，人中高，唇全高，头盖高（Ⅰ），头盖高（Ⅱ），头长，枕后点—鼻尖点距离，枕后点—颏下点距离，枕后点—眼外角点距离，枕后点—耳屏点距离，鼻高，耳长，耳屏点上方的耳长，头宽，两耳间外宽，两耳屏点宽，两眼外宽，瞳孔间宽，两眼内宽，两下颌角间宽，鼻宽，口裂宽，耳宽，头周，头矢状弧长，耳屏点间头盖弧长，耳屏点间眉间弧长，耳屏点间颏下弧长，耳屏点间下颌弧长，耳屏点间枕部弧长。人体测量与数据应用身体各部位间前后距离：耳屏—肩峰前后距离，肩峰—胸骨上缘前后距离，肩峰—乳头前后距离，肩峰—胸骨下缘前后距离，肩峰—腰围前缘前后距离，肩峰—耻骨前后距离，肩峰—大转子前后距离，大转子—臀部后缘前后距离，大转子—臀沟前后距离，大转子—膑骨中点前后距离，大转子—腓骨头前后距离，大转子—外踝点前后距离，坐姿肩峰—大转子前后距离，坐姿大转子—腹部前缘前后距离。体重：体重（空腹裸重）。人体测量与数据应用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。人体测量与数据应用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。人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数人体测量中的主要统计函数总体、样本均值、方差、标准差术语适应域百分位百分位数人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数总体统计学中，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。人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数a.均值ninxnnxxxX1211L均值是人体测量数据统计中的一个重要指标。它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，简称均值。可用以衡量一定条件下的测量水平或概括地表现测量数据的集中情况。对于有n个样本的测量值：x1，x2，…xn，其均值为：（式1—1）人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数b.方差用上式计算方差，其效率不高，因为它要用数据作两次计算，即首先用数据算出，再用数据去算出S2。推荐一个在数学上与上式是等价的，计算起来又比较有效的公式，即niinxxnxxxxxxnS12222212)(11])()()[(11（式1—2）（式1—3）描述测量数据在中心位置（均值）上下波动程度差异的值叫均方差，通常称为方差。方差表明样本的测量值是变量，既趋向均值而又在一定范围内波动。对于均值为的n个样本测量值：x1，x2，…xn，其方差S2的定义为：)(11)(111222222212niinxnxnxnxxxnS人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数c.标准差21122)](11[niixnxnS（式1—4）由方差的计算公式可知，方差的量纲是测量值量纲的平方，为使其量纲和均值相一致，则取其均方根差值，即用标准差来说明测量值对均值的波动情况。所以，方差的平方根S称为标准差。对于均值为的n个样本测量值：x1，x2，…xn，其标准差S的一般计算式为：人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数抽样误差由上式可知，均值的标准差要比测量数量的标差S小倍。如果测量方法不变，样本容量越多，则测量结果精度越高。因此，在许可范围内增加样本容量，可以提高测量结果的精度。（式1—5）nSSx抽样误差又称标准误差,即全部样本均值的标准差，在实际测量和统计分析中，总是以样本推测总体，而在一般情况下，样本与总体不可能完全不同，其差别就是由抽样引起的。抽样误差数值大，表明样本均值与总体均值的差别大，反之，说明其差别小，即均值的可靠性高。当样本数据的标准差为S，样本容量为n时，则抽样误差计算公式为：人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数百分位数（式1—6）1%～50%之间的数值XPv=-(SK)50%～99%之间的数值Pv=+(SK)（式1—7）式中——平均值；S——标准差；；K——百分比变换系数，由表查得。X百分位表示设计的适应域。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。X人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数百分比与变换系数K百分比（%)K百分比（%)K百分比（%)K0.52.576250．674901．2821.02．326300．524951．6452.51．960500．00097.51．96051．645700．524992．326101．282750．67499.52．576151．036800．842200．842851．036人体测量与数据应用人体测量中用到的主要函数例1设计适用于90%东南男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？XXX解由表1—6查得东南男性身高平均值=1686mm，标准差S=55.2mm。要求产品适用于90%的人，故以第5百分位为下限和第95百分位为上限，据此由表1—8查得变换系数K=1.645。由此可求得第5百分位数值为：Pv=-(SK)=1686—（55.2×1.645）=1595.2mm；也可求得第95百分位数值为：PV=+(SK)=1686+（55.2×1.645）=1776.8mm。结论按身高1595.2～1776.8mm设计产品尺寸，将适用于90%的东南男性