人机工程学-第二章人体测量与数据应用.ppt

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,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2-23.三维数学测量法，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2-3 3D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GB397588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,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GB397583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（），容貌面长（），形态面长，眼颏下距离，鼻长，人中高，唇全高，头盖高（），头盖高（），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,人体测量与数据应用,人体测量中用到的主要函数,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。,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,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11）,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,（式12）,（式13）,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：,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,（式14）,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15）,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16）,1%50%之间的数值,Pv=-(SK),50%99%之间的数值,Pv=+(SK),（式17）,式中 平均值；S标准差；K百分比变换系数，由表查得。,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。,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,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？,解 由表16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18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（55.21.645）=1595.2 mm；也可求得第95百分位数值为：PV=+(SK)=1686+（55.21.645）=1776.8 mm。结论 按身高1595.21776.8 mm设计产品尺寸，将适用于90%的东南男性,人体测量与数据应用,人体测量中用到的主要函数,讨论 由上述计算过程可知，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。例中被排除的10%的人，是10%的矮小者还是10%的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舒适性的影响、视觉效果及经济成本等因素的考虑。,人体测量与数据应用,人体测量中用到的主要函数,（式18）,式中：平均值；S标准差。再由下式求得百分率P：,P=0.5+p（式19）,式中：p概率数值，根据上面公式求得的Z值，在表中查取。,当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分率P时，可按下列步骤及公式求得:,人体测量与数据应用,人体测量中用到的主要函数,人体测量与数据应用,人体测量中用到的主要函数,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 由表查得东北女性身高平均值=1586mm标准差S=51.8 mm。由上式（18）求得Z值为 根据Z=0.046值查表19得p=0.1772(取近似值0.177)，由式（19）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%。,人体测量与数据应用,常用人体尺寸数据,我国成年的人体结构尺寸,我国1989年7月1日实施的GB 1000088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1860岁，女1855岁）。,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：1825（男、女），2635（男、女），3660（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。,人体测量与数据应用,常用人体尺寸数据,a.人体主要尺寸,单位：mm,人体测量与数据应用,常用人体尺寸数据,b.立姿人体尺寸,单位：mm,人体测量与数据应用,常用人体尺寸数据,c.坐姿人体尺寸,单位：mm,人体测量与数据应用,常用人体尺寸数据,身高、胸围、体重的均值及标准差SD,人体测量与数据应用,常用人体尺寸数据,选用GB 1000088中所列人体尺寸数据时，应注意以下要点：,、表列数值均为裸体测量的结果，在用于设计时，应根据各地区不同的着衣量而进行修正。、立姿时要求自然挺胸直立，坐姿时要求端坐。如果用于其他立、坐姿的设计（例如放松的坐姿），要增加适当的修正量。、由于我国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，故根据征兵体检等局部人体测量资料，将全国划分为以下六个区域，即：、东北、华北区 包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东、北京、天津、河北。、西北区 包括甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁夏、河南、新疆。,人体测量与数据应用,常用人体尺寸数据,、东南区 包括安徽、江苏、上海、浙江。、华中区 包括湖南、湖北、江西。、华南区 包括广东、广西、福建、台湾。、西南区 包括贵州、四川、云南。,人体测量与数据应用,人体测量数据差异的因素,地区种族,影响因素,人体测量与数据应用,人体测量数据差异的因素,人体尺寸增长过程，一般男性20岁结束，女性18岁结束。通常男性15岁、女性13双手的尺寸就达到了一定值。男性17岁、女性15岁脚的大小也基本定型。成年人身高随年龄的增长而收缩一些，但体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄的增长而增加了。在选用人体尺寸时，必须考虑工作和生活的环境适合哪些年龄组的人。在使用人体尺寸数据表时，要注意不同年龄组尺寸数据的差别。,年龄,人体测量与数据应用,人体测量数据差异的因素,性别,在男性与女性之间，人体尺寸、重量和比例关系都有明显差异。对于大多数人体尺寸，男性都比女性大些，但有四个尺寸胸厚、臀宽、臂部及大腿周长，女性比男性的大。男女即使在身高相同的情况下，身体各部分的比例也是不同的。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。皮下脂及厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别。因此，以矮小男性的人体尺寸代替女性人体尺寸使用是错误的，特别是在腿的长度尺寸起重要作用的工作场所，如坐姿操作的工作，考虑女性的人体尺寸至关重要。,人体测量与数据应用,人体测量数据差异的因素,年代,随着人类社会的不断发展，卫生、医疗、生活水平的提高以及体育运动的大力开展，人类的成长和发育也发生了变化。据调查，欧洲居民每隔10年身高增加11.4cm；美国城市男性青所19731986年13年间身高增长2.3cm；日本男性青年19341965年31年间身高增长5.2cm、体重增加4k胸围增加3.1cm；我国广州中山医学院男生19561979年23年间身高增长4.38cm、女生身高增长2.67cm。身高的变化势必带来其他形体尺寸的变化。因此，在使用人体测量数据时，要考虑其测量年代，然后加以适当修正。,人体测量与数据应用,人体测量数据差异的因素,地区与种族,不同的国家、不同的地区、不同的种族人体尺寸差异较大，见表17。即是在同一国家，不同区域也有差异，由表26列出的我国六个区域的人体身高、胸围、体重的平均值和标准差中即可明显看出这一差异。进行产品设计时，必须考虑不同国家、不同区域人体尺寸的差异。另一方面，随着国际间、区域间各种经贸活动的不断增大，不同民族、不同地区的人使用同一产品、同一设施的情况将越来越多，因此在设计中考虑产品的多民族的通用性也将成为一个值得注意的问题。,人体测量与数据应用,人体测量数据差异的因素,职业,不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异，例如，一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些。在美国，工业部门的工作人员要比军队人员矮小；在我国，一般部门的工作人员要比体育运动系统的人矮小。也有一些人由于长期的职业活动改变了形体，使其某些身体特征与人们的平均值不同。对于不同职业所造成的人体尺寸差异在产品设计中必须予以注意。另外，数据来源不同、测量方法不同、被测者具有代表性特征等因素，也常常造成测量数据的差异。,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,人体大小各不相同的，但设计的产品一般不可能满足所有使用者。为使设计适合于较多的使用者，则需要根据产品的用途及使用情况应用人体尺寸数据，按下列基本原理进行设计：设计要达到适合体型矮小的使用者的尺寸；设计要达到适合体型高大的使用者的尺寸。为使设计满足上述原理，必须合理选用百分位。通常选用百分位的原则是，在不涉及使用者健康和安全时，选用适当偏离极端百分位的第5百分位和第95百分位作为界限值较为适宜，以便简化加工制造过程、降低生产成本。具体应用时要考虑以下几点原则：a、由人体身高决定的产品，如门、船舱口、通道、床、担架等，其尺寸应以第99百分位数值为依据。b、由人体某些部分的尺寸决定的物体，如取决于腿长的坐平面高度，其尺寸应以第5百分位数值为依据。,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,c、可调尺寸，应可调节到使第5百分位和第95百分位之间的所有人使用方便。d、以第5百分位和第95百分位为界限值的物体，当身体尺寸在界限值以外的人使用会危害其健康或增加事故危险时，其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。紧急出口以及至运转着的机器部件的有效半径，应以第99百分位数值为依据，而使用者与紧急制动杆的距离则应以第1百分位数值为依据。e、门铃、插座、电灯开关等的安装高度以及营业柜台高度等这类具有普遍性的场合，应以第50百分位数值为依据。,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,人体尺度主要决定人机系统的操纵是否方便和舒适宜人。因此，各种工作面的高度和设备高度如操纵台、仪表盘、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等，都要根据人的身高确定。以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度的方法，通常是把设计对象归成各种典型的类型，并建立设计对象的高度与人体身高的比例关系，以供设计时选择查用。,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,人体身高在中的应用方法,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,1.身高,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,立姿眼高,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,肘高,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,坐高,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,坐姿眼高,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,坐姿肩峰高,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,最大肩宽,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,坐姿两肘间宽,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,臀宽,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,坐姿大腿厚,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,腿弯高度,臀部至腿弯长度,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,臀部至膝盖长度,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,臀部至足尖长度,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,臀部至脚后跟长度,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,人体测量与数据应用,人体尺寸数据的应用,