人机工程

ERGONOMICS人机工程学Ergonomics上次课应该掌握的重点及思考题1、人机工程学的学科命名的由来？2、人机工程学的综合定义和发展历史？3、人机工程学到底研究什么？4、人机工程学的研究方法？5、人机工程与工业设计。思考题欧洲：Ergonomics人类工程学或工效学。美国：HumanFactors;HumanFactorsEngineering人类因素学或人类因素工程学。其他：工程心理学（前苏联）；人间工学（日本）；人体工程学；人机工程学；人类工效学；人机控制学；宜人学等。概述学科命名的由来：人机工程学的定义：人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人—机—环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。因此，人机工程学可定义为：按照人的特性设计和改善人—机—环境系统的科学。概述发展史早期历史（20世纪前期）人机工程职业的诞生（1945—1960年）快速发展时期（1960—1980年）计算机、灾难和诉讼（1980—1990年）1990年以后人机工程学发展史—使人适应机器—使机器适应人—还是不为大多数人所了解—认识到人机的重要性—人-机-环境系统的建立人机工程学人体科学技术科学环境科学生理学心理学劳动卫生学人体测量学人体力学环境卫生学环境医学环境心理学环境保护学环境检测学工业设计工程设计安全工程系统工程机械工程管理工程人机工程学学科体系人体尺寸与作业空间（第三章）人机工程学主要内容人体尺寸与作业空间人体尺寸测量的基本知识人体测量的基本术语我国人体尺寸的基本情况人体尺寸测量的应用作业空间设计座椅设计1人体测量的基本知识人体尺寸测量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）人体尺寸测量人体尺寸测量2、人体测量的基本术语人体尺寸测量人体尺寸测量2.1尺寸与尺度（P36）尺寸：尺寸是指沿某一方向、某一轴向或围径测量的值。人体尺寸指用专用仪器在人体特定的起点、止点或经过点沿特定测量方向测的尺寸。尺度：尺度是基于人体尺寸的一种关于物体大小或空间大小的心理感受，也可以说，尺度是一种心理尺寸。尺度是一个相对的概念，一种相对的感觉，也可以说是一种比例上的关系。尺寸是客观的，尺度是主观的。美产生于尺度关系，所以，尺寸是物理层面的人机工程学问题，尺度是认知和感性层面的人机工程学问题。（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。人体尺寸测量2.2标准化的测量条件—被测者姿势（P37）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。人体尺寸测量（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。人体尺寸测量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。人体尺寸测量2.3标准化的测量条件—测量基准面（P37）2.4标准化的测量条件—支承面和衣着（P37）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。人体尺寸测量2.5人体尺寸的基本类别（P38）人体尺寸测量高度宽度围度厚度长度指在人体上、下方向测量的垂直高。直线长度指两测点之间的直线距离曲线长度指沿人体表面过测点的曲线围长。指头部、面部、躯干左、右方向上对称的两个测点之间的直线距离；指上肢绕骨侧和尺骨侧的两个测量点之间的直线距离；指下肢胫骨侧和腓骨侧的两个测量点之间的直线距离。指人体前、后方向上两个测量点的直线距离。指通过或经过人体某一部位的测量点的围长。2.6标准化的测点及测量项目（P37）（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）人体尺寸测量测量项目-立姿（一）人体尺寸测量测量项目-立姿（二2）人体尺寸测量测量项目-立姿（三）人体尺寸测量测量项目-立姿（四）人体尺寸测量测量项目-立姿（五）人体尺寸测量测量项目-坐姿（一）人体尺寸测量测量项目-坐姿（二）人体尺寸测量测量项目-坐姿（三）人体尺寸测量测量项目-坐姿（四）人体尺寸测量测量项目-坐姿（五）人体尺寸测量2.6人体普通测量法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2-7；2.人体测量用直脚规，见图2-9；3.人体测量用弯脚规，见图2-8；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。人体尺寸测量仪器图2-7图2-8返回人体尺寸测量仪器图2-9人体尺寸测量仪器人体尺寸测量方法传统手工测量方法人体尺寸测量方法肩高传统手工测量方法人体尺寸测量方法人体测量现状•激光扫描法•投射光法•图像处理三维建模法人体尺寸测量方法激光扫描法人体尺寸测量方法投射光法人体尺寸测量方法图像处理三维建模法人体尺寸测量方法人体外形测量：人体测量、医疗整形等人体尺寸测量方法参数化人体模型结构模型用于不需要精确尺寸的概念人机设计人体尺寸测量方法利用人体模型进行力学分析研究LbFb面部测量人体尺寸测量方法面部测量与三维重建人体尺寸测量方法2.7人体尺寸的统计特征（P39）总体、样本均值、标准差术语适应域百分位百分位数人体尺寸的统计特征总体统计学中，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。人体尺寸的统计特征均值描述一个分布，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。标准差NXMNKk1为相加，N为测量次数，KX1)12NMXSnKKS为标准差，其他符号与（1）相同。为各单独测量值，M为均值。人体尺寸的统计特征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。人体尺寸的统计特征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。人体尺寸的统计特征在人体测量资料中，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。人体尺寸的统计特征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（海南）、广西、福建。贵州、四川（重庆）、云南。人体尺寸测量东北、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)人体尺寸测量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人体尺寸测量例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。人体尺寸测量实例注意：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：人体尺寸测量实例例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%。人体尺寸测量实例3我国人体尺寸基本情况（P41）人体测量数据3.1我国成年人人体尺寸国家标准参阅GB10000－88我国成年人人体尺寸国家标准，主要包括：1.人体主要尺寸2.立姿人体尺寸，见图2-83.坐姿人体尺寸，见图2-94.人体水平尺寸，见图2-105.各大区域人体尺寸的均值和标准差6.我国香港地区成年人人体尺寸各类人体测量尺寸的数值参阅表2-2至2-7。人体头部尺寸人体手部尺寸人体足部尺寸人体测量数据人体头部尺寸人体手部尺寸人体足部尺寸人体手部尺寸人体测量数据人体足部尺寸人体测量数据图2-8图2-9返回人体测量数据图2-10返回人体测量数据人体测量数据3.2人体尺寸的特征3.2人体尺寸特征（影响人体测量数据差异的因素）人体测量数据nthropoApplication职业年龄性别年代地区种族影响因素类型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）人体测量数据年龄注意：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。人体测量数据性别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