工业设计人机工程(第2版)ppt课件.ppt

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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材工业设计人机工程 第2版阮宝湘等 编著程能林 孙苏榕 主审,（课件编制 阮宝湘）,机 械 工 业 出 版 社,1,第一章 人机工程学概论 第一节 人机学的研究对象和目的 第二节 人机学的形成和发展 学科思想的演进 第三节 人机系统与人机工程设计 第四节 人机学与工业设计第二章 人体尺寸及其应用方法 第一节 人体尺寸概述 第二节 中国成年人的人体尺寸 第三节 其他国家的人体尺寸 人体各部分尺寸的比例 第四节 产品设计中人体尺寸数据的应用方法 第五节 设施器物的人体尺寸适应性与动态人体尺寸,目 录,2,第三章 桌椅设计 第一节 桌椅设计概述 第二节 坐姿生理解剖

2、基础 第三节 座椅的功能尺寸 第四节 坐垫与靠垫 第五节 办公桌的功能尺寸第四章 显示装置 第一节 人的视觉与听觉特性 第二节 显示装置的类型、设计与布置 第三节 信号显示,3,第五章 操纵装置 第一节 手足尺寸与人体关节活动 第二节 人体的施力与运动输出特性 第三节 操纵器的人机学原则 第四节 操纵器的布置和控制台 第五节 常用操纵器的人机学要素 第六节 操纵与被操纵对象的互动协调关系第六章 产品设计人机学的若干专题 第一节 手工具及其使用方式 第二节 床、柜等家具 第三节 安全性设计 第四节 维修性设计,4,第七章 视觉传达设计与人机学 第一节 文字设计 第二节 图形符号及标志设计 第三节

3、 展示设计第八章 室内设计与人机学 第一节 生活空间与人体尺寸 第二节 光环境与采光照明设计 第三节 声音环境和噪声控制 第四节 室内热环境 第五节 振动环境,第九章 工作空间与工作岗位设计 第一节 工作空间人体尺寸 第二节 工作空间设计 第三节 工作岗位设计 第四节 工作姿势与肢体施力,5,第十章 人机工程CAD软件及应用简介 第一节 人机工程CAD系统的组成和功能 第二节 CATIA人机工程模块简介 第三节 中国人人体模型的初步创建 第四节 人机工程CAD软件应用实例,第十一章 人机学的其他专题及未来展望 第一节 人机工程的设计心理学应用 第二节 人机学与新产品的创意开发 第三节 人机工程

4、设计的未来展望附录 附录A 小作业：读书报告 附录B 大作业：课程设计与课程论文,6,第一章 人机工程学概论,第一节 人机学的研究对象和目的 一、 引例人机学的思想萌芽源远流长,鲁智深的禅杖,器物要和人（使用者）的各种因素相适宜。人机工程学基本理论的简洁表述。,原始人狩猎所用的棍棒、石块或投枪，半坡遗址中的石桌、石凳、陶土餐饮具， 人机学基本思想的萌芽是人自发的思维倾向，本能的行为方式。,工业设计人机工程（2版）,阮宝湘等 编著,7,“人的因素”：不限于人体尺寸、体能、肢力等人体生理方面， 还涉及人的感知、认知、情感、精神、心理、社会等更深广方面。 在产品、视觉传达、环境设计中都很重要。,图1

5、-1 戏说张爷和他的蛇矛,身高2.5倍的蛇矛， 张爷耍得开吗？,8,想过感受过这些问题吗？,太高啦！,左撇子、右撇子 都合适！,涂上黄色“警示条”多好？,9,想过感受过这些问题吗？,从哪边开呀？,开关和炉口如何对应？,一目了然,无所适从,10,二、人机工程学的基本概念和定义,1.人机工程学的基本概念和定义 国际人机工程学学会（IEA，International Ergonomics Association）1960的定义： 人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率

6、的学科。 三句话，分别说明人机学的研究对象、内容与目的。 IEA2008年8月的新定义： 人机工程学是研究系统中人与其他部分交互关系的学科，运用其理论、数据和方法进行设计，应达系统工效优化及人的健康、舒适之目的。 新定义概略、简洁，强调了系统中人与其他因素交互作用的观念。 设计应在多种约束和多重目标之间恰当地把握住平衡。人机工程学要求的“安全、舒适、高效”，是重要的，但受到其他条件的约束、其他目标的制衡，不是唯一的，也未必总是优先的。 人机学里的“机”或“机器” 是广义的，指一切人造器物：大到飞机、轮船、火车，小到钳子、笔、水杯；也包括建筑、环境及其中的设施等。,11,2. 人机工程学的多种学

7、科名称 人机工程学简称人机学，常见的其他名称有： 人类工效学，或工效学，英文Ergonomics。出现最早，欧洲各国和世界其他地区通用。 人的因素（学），英文Human Factors。美国、东南亚、我国台湾采用。派生名称：人因工程（学），英文Human Factors Engineering。 人类工程学，英文Human Engineering 。类似的名称有人体工程学。 其他名称：工程心理学、人-机-环境系统工程学、宜人性设计等。在日本，该学科的日文汉字是“人間工学”。 人机工程学这名称在国内流传日广，本教材随俗从众。,12,三、日常生活中人机学问题的巡视,例1 大沙发豪华气派，坐着却腰疼

8、。 例2 宾馆单人床配两个同样大小的枕头，愚不可及。 例3 旧式旅客列车的窗户。 例4 公共卫生间为什么总有人做不到 “便后冲水”？ 例5 楼道里“人走关灯”的标语与彻夜长明的灯互相嘲笑。 例6 升级换代产品双肩背书包（图1-2）。,图 1-2 书包提挎方式与脊柱形态,13,例7 “叫壶”，改善了传递信息的 “人机界面”。,图1-3 功能形态各异的剪刀,例8 阅览室里，学生们坐在长条形桌案两侧专心致志地看书学习，抬起头来略事思索，正巧对坐那位也抬起了头，倒霉，是陌生的异性同学！设计心理学问题。 例9 深色发亮的小药片塑料袋，说明文字很小，颜色与塑料袋颜色的 对比又弱； 存款单居然是白纸上印着橙

9、黄色的字。 例10 形形色色的剪刀，里面学问可不少（图1-3）。,14,例11 老年人手机,图1-4 老年人手机,15,例12 生产设备的正反两例 反 适合高1.37m、肩宽0.64m、手臂平展2m之畸形人使用的车床。,图 1-5 畸形人 适用的车床,图1-6 弹性悬挂的螺丝刀,正 把带电机的旋具弹性吊挂着使用。,例13 北京一些大医院里的“电热开水机”，水龙头上有红、绿两个指示灯，想喝热开水者很困惑：绿色表示“通行”，但也表示凉（温度低）；红色表示热，但又表示“禁止”。 到底哪个灯亮表示是热开水呢？,16,例14 “同学，引路标牌这么写更好”,图1-7 同学，引路标牌这么写更好,人机学问题比

10、比皆是：床柜、桌椅、寝室、水房、浴室、餐厅、超市、网吧、实习工厂、银行、邮局、学习文具、计算机、手机、实验室、图书馆、运动场、公交车无处不在。 发现和思考人机学问题的深广度，是检验学习效果的标准之一。,17,第二节 人机学的形成和发展 学科思想的演进,一、中国古籍中的卓越论述,考工记和天工开物。,图 1-8 考工记中 兵器宜人性的论述,要根据弓箭手的性格来配备弓箭，性情温和、行动迟缓者：强劲急疾的硬弓； 暴躁性急、行动快猛者：柔韧的软弓。,用于劈杀大刀、剑戟，使用有方向性，握柄截面应为椭圆，凭手握柄杆的感知，无须眼看可掌握刀刃、钩头的方向。 用于刺杀的枪矛，使用没有方向性，柄杆的截面应该做成圆

11、形。,设计心理学应用的经典范例，令人叫绝！,（译文）,18,a）分金炉清锈清底 b）铸钟、铸鼎,c）扎桕子黑粒去壳取仁,d）琢玉,图 1-9 天工开物 插图选,工作、劳动姿态都那么自然、舒展，很好地把握了工具、设备与人体尺寸的适应性问题！,19,二、人机学的形成、发展和学科思想的演进,古代文明中科学思想萌芽，不等同于现代科学理论。,人机学发展简史和学科思想的演进，可分4个阶段。,1对劳动工效的苛刻追求人机学的孕育,F.W.泰勒（1856-1915）的“时间与动作研究”（Time and Motion Study），吉尔布雷斯夫妇的“砌砖作业实验”等多项研究。,图1-10 F.W.泰勒,1914

12、年，教授闵斯特伯格的心理学与工业效率出版。 1919年布氏夫妇合著的疲劳研究出版。1919年英国 “工业保健研究部”，展开工效问题的广泛研究，包括作业姿势、负担限度、体能、工间休息、工作场所光照、环境温湿度，以及工作中播放音乐的效果等等。,至此，提高工效的方法开始建立在科学实验的基础上，有了现代科学的形态。,20,但这一时期研究的核心，是最大限度地开挖人的操作效率。从人机关系方面考察，总体看是要求人适应于机器，即以机器为中心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。 在学术理论上，与现代人机学是南辕北辙、存在对立的。 因此，应该看作是人机学的孕育期。,卓别林（1889-1977）与摩登时代

13、,图1-11 卓别林,21,2二战中尖锐的军械问题人机学的诞生,一战到二战，飞机大幅度技术升级，但事故、伤亡频发。投巨资研制的“先进”飞机未必能打胜仗，使人惊愕，进而醒悟：飞机的技术性能必须与使用人的生理机能相适配。,图1-12 飞机驾驶舱的 仪表和操纵器,二战中入侵前苏联德军的枪械问题，,有的国家聘请生理医学、心理学家参与设计，经费增加有限，却事半功倍，效果显著。,正反的现实，使各国科技界终于认识到：器物设计必须与人的解剖学、生理学、心理学条件相适应。,1947年，英国海军部成立交叉学科研究组。 次年默雷尔建议构建一个新的科技词汇“Ergonomics”， 新学科名称及其涵盖的研究内容为各国

14、学者所认同， 现代人机学诞生。,22,当时美国人伍德说：“设备设计必须适合人的各方面因素，使操作的付出最小，而获得的效率最高。” 反映了这一时期人机学的学科思想。,3向民用品等广阔领域延伸人机学的发展和成,20世纪五、六十年代后，人机学的研究和应用，从军工迅速延伸到民用品等广阔领域，主要有家具、家电、室内设计、医疗器械、汽车与民航客机、飞船宇航员生活舱、计算机设备与软件、生产设备与工具、事故与灾害分析等。,人机学的学科思想至此完成了重大的转变：从以机器为中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因素。,美国阿波罗登月舱设计中一个小插曲发人深省：过于强调“机器适应人”也是不全面的。,加之系统

15、论的渗入，人机学学科思想又有新发展，IEA的定义明确：人机（及环境）系统的优化，人与机器应互相适应、人机之间应合理分工。,人机学的理论至此趋于成熟。,23,4反思工业文明与可持续发展：人机学的更高阶段,反思工业文明的负面后果，以可持续发展理论为统领，人机学正经历着新的学科思想演进。绿色设计、生态设计、节能设计、再生设计等理念，立足于人与自然保持持久和谐，回归到中国古代“天人合一”的设计伦理。,数字技术、信息技术、基因技术急剧地改变着人类的文明进程，带给人们空前福祉的同时，必须警觉其危及人们体魄和精神健康的负面影响，人机学今后将任重而道远。,人机学此前的观念是：要求人、机、环境三者和谐统一。以可

16、持续发展理念为指导，则由人、机、环境三维加上一维（未来），演进为人、机、环境、未来四者和谐统一。,人机学的应用，以下方面可能形成今后热点：计算机人机界面、永久太空站的生活工作环境、弱势群体（残疾人、老年人）的医疗和便利设施、海陆空交通安全保障、生理与心理保健产品与设施等等。,24,以设计体现对弱势群体的关爱！,万能拐杖（获第十届全球工业设计比赛金杯奖）,25,三、人机学的学术团体和教育 1国际的和各国的学术团体及其主要活动 （1）各主要工业国的学术团体及其活动英国最早建立人机工程学会，成立于1950年。随后建立国家人机学学会的有：联邦德国（1953），美国（1957），前苏联（1962），法国

17、（1963），日本（1964）等。英国人机工程学会从1957年起发行会刊ERGONOMICS，坚持几十年一直至今，贡献卓著。美国人机工程学会发行会刊，出版书刊、发布专利，是提供人机学研究成果、数据资料最多的国家。 在20世纪漫长的冷战年代，为了军备竞赛，美国对人机工程研究投入巨大，1970年代有4400人从事人因工程研究，其中属于军事部门者850名。美国陆海空三军制定了很多军事人机工程技术标准。 （2）国际人机工程学学会国际人机工程学学会（IEA）成立于1960年。1961年举行了第一届国际人机工程学会议。此后，每三年举行一次，至今未曾间断。 （3）国际人机工程学标准化技术委员会代号ISO/T

18、C-159，成立于1957年。,26,2我国的学术团体及其主要活动 （1）中国人类工效学学会英文：Chinese Ergonomics Society，简称CES，1989年6月成立。已协同国家技术监督局制定了百十个人机工程的国家标准。 （2）中国人类工效学标准化技术委员会 （3）其他的人机学学术组织机械、冶金工业等系统在1980年代成立了本行业的工效学学会； 中国工业设计协会下属的人机工程学专业委员会于1985年建立； 中国系统工程学会下的“人-机-环境系统工程专业委员会”成立于1993年。 3人机学的专业教育（1）高等教育中开设人机工程学课程的专业有管理（劳动安全和卫生）、工业设计、航空航

19、天、车辆设计与交通工程、机械工程、环境工程等。 （2）人机工程学也被作为这些专业硕士、博士学位的一个研究方向。,27,第三节 人机系统与人机工程设计,一、人机系统与人机界面,1系统 系统 为达一定目标，由相互依赖、交互作用的若干部分组成的整体。 虽然总体的高效能一般依赖于各子系统的优良效能，但更依赖于各子系统之间的协调关系。 如不能在互动中协调发挥作用，则子系统的“独善其身”对整个系统并无价值，在系统设计中是不适宜的。 2人机系统 人机系统特指人与机（器）组成的系统。 环境因素结合进去，就是人-机-环境系统。 人使用一把钳子、一支笔时，各构成了简单的人机系统。骑自行车、开机床、用手机、驾驶汽车

20、时，也各构成了人机系统。复杂的人机系统由多人、多“机”构成。例如由数百人、数百台设备构成的生产线，战争中的一个军事单位、大公司的办公系统等。,人-机-环境系统？,28,3人机界面 单人单机人机系统及其工作（运行）状态，图1-13。 人驾驶汽车或飞机，典型反映了这一运行过程。,图1-13 单人单机人机系统,人机界面,一般把机器上实现人与机器互相交流沟通的显示器、控制器称为人机界面； 机器上与人的操作有关的实体部分，也是机器的人机界面。,“实体部分” 例如剪刀的两个把手， 其形式、尺寸等直接影响剪刀的使用，应看做剪刀的人机界面；自行车座的位置、形状、软硬、材质等对自行车骑行很有影响，也应算做自行车

21、人机界面的一部分，等等。,29,二、人机工程设计,1人机工程设计的内涵和目的,有文献称以下10种产品为 20世纪伟大的人机界面装置：扩音器 按键式电话汽车转向盘 磁卡交通灯 遥控器 阴极射线管（CRT） 液晶显示器鼠标/图形用户界面 条形码扫描器,图1-14 汽车转向盘,什么是“人机工程设计”？人机工程设计与其他设计有什么区别？,人机工程设计的对象是人机界面，涉及解剖学、生理学、心理学等人的因素； 要达到的目标是生活、工作的舒适、安全、高效。,以车床设计为例来说明，。（略）,30,* 课堂讨论 以下产品中的哪些部分属于人机工程设计的对象、哪些部分不属于？ 照相机、电话机，洗衣机，汽车，。（选1

22、2种产品讨论即可）,图1-15 电动牙科椅1底板 2支架 3椅座 4扶手 5椅背 6头托 7头托按钮 8控制开关,例 电动牙科椅 工程技术设计 椅座、椅背、头托的升降、仰俯调节机构，控制电路及传动系统，部件材料及其强度、刚度。 人机工程设计 尺寸及各部件的调节范围（适应患者的不同身材，便于牙医操作），控制开关的选型及安置，照明要求等。 工业造型设计 式样、色彩、 材质外表等，涉及工业美学、人的心理因素、精神因素，与人机工程也相关。,31,2人机合理分工,产品设计是设计人机系统中产品这个子系统。 实质是把人机系统的总功能进行分解以后，把某部分功能“分配”给了产品子系统。同时，也把另一部分功能分配

23、给了（使用）人这个子系统。 以设计楼道走廊的照明灯为例，,人机功能分配，或者说人机分工，是产品设计首要和顶层的问题。 这个问题处理不当，其后的设计无论怎么好，必存在根本性的缺陷。,人机合理分工的基本原则，是发挥人与机器各自的优势。 为此需弄清人与机器各自的所长和所短。 表1-1是人与机器在感受能力、控制能力、工作效能、信息处理能力、可靠性、耐久性、适应性和创造性等方面的机能对比。 表1-1 人与机器的机能对比（略）,人机分工并不单纯是人机工程本身的问题，它更取决于社会、经济、科技发展水平等更广泛的条件。,32,3人机关系,三、人机工程技术标准简介,1人机工程的国际技术标准 国际人机工程学标准化

24、委员会（代号ISO/TC-159）是国际标准化组织（ISO）的下属组织。ISO/TC-159已制定发布了一批人机工程国际技术标准。,2我国的人机工程技术标准中国人类工效学标准化技术委员会于1980年建立，下设基础、人体测量和生物力学、控制与显示、劳动环境、工作系统的工效学要求、颜色、照明、劳动安全等8个分技术委员会。我国已经制定、发布了百十个人机工程的技术标准。,学习、应用人机工程学，应该了解人机工程的技术标准。,优良的人机关系应该是“机宜人”和“人适机”的结合。,机宜人：器物设计要适合解剖学、生理学、心理学等各方面人的因素。,人适机：充分发挥人在能动性、可塑性、创造性，通过学习训练提高技能等

25、方面的特长，使人机系统更好地发挥效能。,33,第四节 人机学与工业设计,人机学由3类不同领域的学科互相渗透、汇聚而成： 第1类，人机学的源头学科 如解剖学、生理学、心理学、人体测量、人体力学、社会学、系统工程等。 第2类，人机学的应用领域 主要是各类设计，如工业设计、工程设计、工作过程和工作空间设计等。 第3类，人机学的“共生”学科 如劳动科学、管理科学、安全工程、技术美学等。 人机学也是应用型学科，通过具体的设计实践，才能加深理解、学会应用。,一、人机工程学与其他学科的关系,二、人机工程学与工业设计,* 课堂讨论 人机工程学与工业设计是否有密切的关系？ 阐述你的观点，并加以简要说明或论证。,

26、人机工程与工业设计所处理的，均为“人和物”之间的关系，两者有着工作对象和目标的一致性，因此实际工作中两者常融合在一起考虑，密不可分。,34,第二章 人体尺寸及其应用方法,工业设计人机工程（2版）,第一节 人体尺寸概述,一、人体测量简史,祖国医学典籍内经灵枢中的骨度篇，已有人体测量的记载阐述。 意大利文艺复兴的先驱达芬奇（14521519）著名的人体比例图。 文艺复兴巨匠米开朗琪罗（14751564）创作的著名雕塑大卫。,古代对人体尺寸、形态的关注，主要着眼于建筑、雕塑、文化。,图2-1 达芬奇,图2-3大卫,图2-2 人体比例图,阮宝湘等 编著,35,# 比利时人奎特莱特1870年出版人体测量

27、学。,# 20世纪初建立了人体测量统一的国际标准。,# 德国人类学家马丁的人类学教科书1914年出版，为沿用至今的各国人体尺寸测量方法奠定了基础。,# 1919年，美国进行了10万退伍军人的多项人体测量工作，所得数据用于军服的设计制作。,# 我国于1988年发布了相应的国家标准,# 现在世界各先进国家都有本国的人体尺寸国家标准。,# 二战后，美、英两国又进行了大规模的海空军人体测量， 1946年提出研究报告航空部队人体尺寸和人员装备,这是人体尺寸用于人机工程设计的重要文献。,GB/T 100001988 中国成年人人体尺寸 。,36,二、人体测量方法简介,人体测量的3个方面：形态测量: 人体尺

28、寸、体重体型、体积表面积等； 生理测量: 知觉反映、肢力、体能、疲劳及生理节律等； 运动测量： 动作范围、各种运动特性等。,人体尺寸数据的科学性主要是可比性、适用性两方面。可比性 指国际、国内测量方法严格统一。适用性 指测量的项目、数据是设计等实用中所需要的。 为此, ISO/ TC159/SC3制定了标准 ISO 7250：1996。与此国际标准等效的我国的相应国家标准是：GB/T 57031999 用于技术设计的人体测量基础项目GB/T 5706.1-5704.41985 人体测量仪器。,37,（一）人体测量仪器,图2-5 人体测量用直脚规,图2-4 人体测高仪,图2-6 人体测量 用弯脚

29、规,图2-7 人体测量用角度计,图2-8 人体测量 用软尺,38,（二）人体测量的条件简介,图2-9 人体测量 基准面和基准轴,国家标准GB/T 57021999的规定如下。1衣着和支撑面被测者不穿鞋袜，只穿单薄内衣（背心裤衩）。 立姿测量 站立在地面或平台； 坐姿测量 座椅面为水平面、稳固、不可压缩。 2测量基准和基准面测量基准面 矢状面、冠状面、水平面、眼耳平面测量基准轴 铅垂轴、矢状轴、冠状轴。 人体尺寸测量均在测量基准面内、沿基准轴的 方向进行。,39,3测量姿势 基本测量姿势为直立姿势（立姿）和正直坐姿（坐姿）。 *立姿 挺胸直立，头部以眼耳平面定位，平视前方，肩部放松，上肢自然下垂

30、，手伸直。手掌朝向体侧，手指轻贴大腿外侧，腰部自然伸直，两足后跟并拢、前端分开约成45角。 被测者足后跟、臀部和后背部与同一铅垂面相接触。 *坐姿 挺胸端坐在腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，平视前方，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。 被测者臀部和后背部靠在同一铅垂面上。,40,（三）测量项目及其定义,国标GB/T 57031999共列出56个人体测量项目，分别为 *立姿12项（含体重） *坐姿17项、 *特定体部14项（含手、足、头等） *功能项目13项（含颈、胸、腰、腕、腿等围度） GB/T 57031999对56个项目都做了定义、测量方法、测量仪器的说明。 选摘两

31、个示例如下。 *肩高：从地面到肩峰点的铅垂距离。 测量方法：被测者足跟并拢，身体挺直站立，肩部放松，上臂自然下垂。 测量仪器：人体测高仪。 *手宽：在第到第掌骨头水平处，掌面桡尺两侧间的投影距离。 测量方法：前臂水平，手伸直，四指并拢，掌心朝上。 测量仪器：人体测量直角规。,41,（四）人体测量图例,a）上臂长 b）前臂长 c）头长的测量 d）容貌耳长 e）两眼内宽 f）两眼外宽 g）头围 h）髋关节外展活动 I）掌侧屈 j）尺侧偏 k）足背屈,图2-10 人体尺寸 测量方法的示例,42,三、人体尺寸数据的部分特性,1技术标准中的人体尺寸数据人体尺寸有个体的和群体的两种。工业产品或公共设施，是

32、为所有公众或特定人群设计的。 例如过街天桥的防护栏杆，间距和高度设计，必须考虑所有公众的情况。所以，人机工程学技术标准所提供的，是群体的人体尺寸数据。,为掌握某群体的人体尺寸，采用随机抽样的方法，从该群体中抽取出若干（例如n个）个体，得到一个容量为n的样本，测量样本中每个个体的人体尺寸，得到一组样本观察值。 然后依照数理统计理论，从样本观察值推断出该群体的人体尺寸数据。,20世纪80年代中后期，为制定国标GB/T 100001988中国成年人人体尺寸，抽取的男性、女性样本量分别为11170人和11151人之多，每一个人又有多个测量项目，是一项繁重、艰巨的工作。,43,2人体尺寸数据的部分特性,

33、（1）群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律 中等尺寸的人数最多； 对中等尺寸偏离值越大，人数越来越少； 人体尺寸的中值就是它的平均值，等等。 以中国成年男子（1860周岁）的身高为例（图2-11）,图2-11 中国成年人身高数据服从正态分布规律,中值1678mm是中国男子身高的平均值，接近此身高的人数密集；身高与1678mm差得越多人数越少，且身高高于和低于这一数值的人数大体相等。,44,（3）人体尺寸间的比例关系，随种族、民族而不同。,即人体尺寸的线性关系Y = aX + b，所有种族都适用；但式中的系数a和b，随不同种族而不同。,新中国成立初期，我国陆军士兵嫌苏式火炮高了一些，往炮膛里装

34、炮弹过于费劲；而我国战斗机飞行员却嫌苏式战斗机座舱盖罩低了一些，头顶几乎要挨着盖罩显得局促。这就是不同人种人体尺寸比例不同引起的问题。,（2）人体尺寸间一般具有线性相关性 身高、体重、手长等是基本人体尺寸数据。 取基本人体尺寸之一作自变量，其他人体尺寸一般是该自变量的线性函数： Y = aX + b式中 Y某一人体尺寸数据 X某一基本人体尺寸 a，b（对特定人体尺寸函数）常数 对人体各基本结构尺寸与身高的关系，上式中 b=0， 上式简化为 Y =aX。 （参看表2-9和图2-17）,45,第二节 中国成年人的人体尺寸,一、GB/T 100001988 中国成年人人体尺寸简介,1GB/T 100

35、001988 的适用范围 此标准提供了我国法定成年人（男1860岁，女1855岁）人体尺寸的基础数据，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。 对于每项人体尺寸，按男、女各4个年龄段给出数据：男 1860岁， 1825岁， 2635岁， 3660岁女 1855岁， 1825岁， 2635岁， 3655岁,2人体尺寸的项目 国标列出7组、47项静态人体尺寸数据，分别是： 人体主要尺寸 6项 立姿人体尺寸 6项 坐姿人体尺寸 11项 人体水平尺寸 10项 人体头部尺寸 7项 人体手部尺寸 5项 人体足部尺寸 2项,46,3人体尺寸分布状况的描述,人们高矮胖瘦很不

36、相同；任何一项人体尺寸，人们都有大、中、小的差异。要全面完整地显示中国成年人人体尺寸情况，应描述清楚对于每一项人体尺寸，具有某一数值的人占多大的比例，这就叫人体尺寸的“分布状况”。 GB/T 100001988用两种方法描述人体尺寸的分布状况。,（1）第一种方法：每项人体尺寸都给出7个百分位数的数据,这7个百分位数分别是：1、5、10、50、90、95和99百分位数。 用符号P1、P5、P10、P50、P90、P95、P99来分别表示它们。 前3个叫小百分位数，后3个叫大百分位数，50百分位数称为中百分位数。 百分位数是一种位置指标，K百分位数PK将群体或样本的全部观测值分为两部分，有K的观测

37、值等于和小于它，有（100-K）的观测值大于它。,例1 从表2-1可查得，中国成年男子（1860岁）身高的95百分位数是 P95 = 1775mm，这就表示：中国成年男子（1860岁）中有95的人身高等于和小于1775mm，有（100-95） = 5的人身高大于1775mm。,47,表2-1 人体主要尺寸 （单位mm）,例2 从表2-1可查得，中国成年女子（1855岁）体重的5百分位数是 P5 = 42kg，这就表示：中国成年女子（1855岁）中有5的人体重等于和小于42kg，有（100-5） = 95的人体重大于42kg。,48,（2）第二种方法：给出人体尺寸均值和标准差,这是GB/T 10

38、0001988描述人体尺寸分布状况的补充方法，只对6个地区（华北和东北，西北，东南，华中，华南，西南）中国人的身高、体重、胸围3个人体尺寸，男1860岁、女1855岁各一个年龄段的人体尺寸给出了均值和标准差。 人体尺寸的均值和标准差常用于人体尺寸的理论分析。,二、常用人体尺寸数据摘录及简要分析,在7组人体尺寸中选摘5组，男、女各一个年龄段（男1860岁、女1855岁）的数据作简介如下。,1人体主要尺寸,图2-12 人体主要尺寸,表2-1 人体主要尺寸 （单位 mm）,49,思考两个问题： 为什么表中的6项尺寸被列为“主要人体尺寸”？ 中国成年男、女的平均身高是1678mm和1570mm，是否觉

39、得矮了一点？,2立姿人体尺寸和坐姿人体尺寸,表2-2 立姿人体尺寸 （单位mm）,图2-13 立姿 人体尺寸,50,图2-14 坐姿人体尺寸,表2-3 坐姿人体尺寸 （单位mm）,51,国标表列的这些人体尺寸项目，对工作、劳动、器物设计都比较重要。 表2-4中举例简要说明其应用场合。,表2-4 国标中部分人体尺寸项目的应用场合举例,52,53,3人体水平尺寸,图2-15 人体水平尺寸,表2-5 人体水平尺寸 （单位mm）,54,4人体头部尺寸,图 2-16 人体头部尺寸,表2-6 人体头部尺寸 （单位mm）,55,三、人体尺寸的地区差异和时代差异,人体尺寸因种族、气候、饮食结构等方面的长期影响

40、而存在差异。,GB/T 100001988给出了全国6个地区人群体重、身高和胸围3种人体尺寸的数据。,表2-7 中国6地区成年人的体重、身高、胸围,我国华北、东北地区人群的身材较为高大，下面依次是西北、东南、中南、华南4个地区，而西南地区人群的身材较为矮小。,以身高均值的差距为例：华北、东北地区与西南地区 男子相差 （16931647）mm46mm。 女子相差 （15861549）mm37mm。,56,人体尺寸的百分位数与均值和标准差的换算公式为,PK = xK 式中 PK 人体尺寸的K百分位数 x 相应人体尺寸的均值 相应人体尺寸的标准差 K 转换系数，见表2-8。,求150百分位之间的百分

41、位数时，式中取“”号；求5099百分位之间的百分位数时，式中取“”号。,表2-8 由均值和标准差计算百分位数的转换系数,57,例 求华北地区女子（1855岁）身高的95百分位数P95 。,解 由表2-7查得华北地区女子（1855岁）身高的均值x和标准差分别为 x = 1586mm， =51.8 由表2-8查得转换系数 K =1.645。 代入算式 P95 xK1586（1.64551.8）mm=1671mm。,2时代差异在社会经济发展快的时期体现较为明显。,（1）成年人人体尺寸的时代差异欧美国家，20世纪初开始明显；日本发生在20世纪后半叶。中国70年代末以来经济发展快。如今子女们身材大多超过

42、了父母。 国标GB/T 100001988根据80年代中期的数据制定，部分数据如男、女平均身高1678mm、1570mm，对比当代大学生明显偏低了。据报道：1997年中国男子平均身高达1692mm，比国标数据高 14mm 。平均身高约10年内增加14mm，属超常的快速增长。生活水平提高引起的人体尺寸增加，一般会延续几十年，接着趋于稳定。欧美在20世纪后半叶，日本在近十几年，身高增加已很缓慢。欧美国家在世纪之交的年代，身高已趋稳定，体重还有小幅度的增加。,58,（2）青少年人体尺寸的时代差异 由营养改善导致的人体尺寸增加，青少年还因为发育年龄的提前而比成年人更显著。 20世纪末上海高校的上海籍新

43、生，与50年代学生相比，平均身高增加100120mm之多。远高于同期成年人身高的差异，原因是现今学生的身高在中学时期多已长成，而在50年前，上大学后继续长身高的学生为数不少。 2002年一份文献指出，19952002年的7年间，我国1217岁的男生增高 69mm，加重5.5kg；女生增高55mm，加重4.5kg。 可见，设计中用青少年人体尺寸数据时，更要注意数据由来的年代。,59,第三节 其他国家的人体尺寸 人体各部分尺寸的比例,一、其他几个国家的成年人人体尺寸,表2-9 部分其他国家成年人的身高数据 （单位mm）,60,二、人体各部分尺寸的比例,体态正常者，人体各部分静态尺寸之间，有近似的比

44、例关系。,表2-10 部分人体尺寸与身高的近似比例关系,图2-17 部分人体尺寸的标号（对应表2-10）,人种不同，比例关系也不同，表2-10给出了亚洲人和欧美人人体各部分尺寸的两种比例数据。,61,第四节 产品设计中人体尺寸数据的应用方法,人体尺寸数据应用的两个问题：第一，生活中要穿鞋袜衣裤、又要全身自然放松，与人体测量条件不一致，人体尺寸数据能用吗？怎么用？,第二，人有高矮胖瘦，公用产品、公共设施设计时，该以什么样的人体尺寸为依据呢？,打虎武松 矮脚虎王英 相扑运动员 苗条女郎,图2-18 高矮胖瘦不同，依据谁来设计？,国家标准 GB/T 129851991 在产品设计中应用人体百分位的通

45、则对上述两个问题给出了处理的原则。,？,62,一、尺寸修正量,解决第一个问题的方法:引进人体尺寸修正量。,图2-19 尺寸修正量的构成,（一）功能修正量,功能修正量包含以下3部分。,1穿着修正量 例如穿鞋修正量 立姿身高、眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高等， 男子 25mm， 女子 20 mm。 着衣着裤修正量 坐姿坐高、眼高、肩高、肘高 6 mm； 肩宽、臀宽等13 mm； 胸厚18 mm； 臀膝距20mm。,注意 戴帽子、手套，穿马靴等情况下怎么办？自己研究解决!GB/T 129851991提供的数据适合于工作时穿平跟鞋、穿夹衣夹裤的“一般情况”。非“一般情况”，如女性穿高跟，冬季穿厚衣

46、裤等情况下怎么办？ 自己研究解决!,63,2. 姿势修正量,全身取自然放松姿势引起的人体尺寸变化。立姿身高、眼高、肩高、肘高等， 10 mm；坐姿坐高、眼高、肩高、肘高等， 44 mm。,3. 操作修正量（即实现产品功能所需的修正量）,上肢前展操作，对于“前展长： 按按钮，12 mm； 操作扳钮开关，25 mm； 取卡片，20 mm等。,注意 手脚操作动作多得很、 复杂得很，怎么办？自己研究解决!,（二）心理修正量,为了消除空间压抑感、恐惧感或为了美观等心理因素而加的尺寸修正量。,例如 高平台上的护栏高度；工程机械驾驶室、岗站岗亭、坦克舱室的内空间；为造型美观把鞋加长等，增加的都是心理修正量。

47、,心理修正量应根据实际需要和条件许可两个因素来研究确定。同学们试着举出几个例子来吧！,64,尺寸修正量有正负值，总修正量是各修正量的代数和。,尺寸修正量功能修正量心理修正量 （穿着修正量姿势修正量操作修正量）心理修正量,二、 人体尺寸百分位数的选择,解决第二个问题的方法:,先确定产品尺寸设计的类型，再选择采用的百分位数。,（一）产品尺寸设计的类型,分为以下3类4种,1型产品尺寸设计需要大个子和小个子两个人体尺寸作为产品尺寸设计的依据。,为了大个子和小个子均能适用，产品的尺寸应能调节，分别需要一个大百分位数和小百分位数的人体尺寸作设计的依据者。,例如 汽车驾驶室的座椅， 自行车座的位置， 腰带和

48、手表表带的长短， 落地式或台式麦克风口筒的高度等。,65,2型产品尺寸设计 又分为以下两种,（1）A型产品尺寸设计 （又称“大尺寸设计”）只需要按大个子的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据。,若产品尺寸只要能适合大个子的需要，就必能适合小个子，因此只需要选择大百分位数的人体尺寸作为设计的依据者，属于A型产品尺寸设计。,例如 床的长度和宽度， 过街天桥上防护栏杆的高度， 热水瓶把手孔圈的大小， 礼堂座位的宽度， 屏风（能阻挡视线）的高度等。,（2）B型产品尺寸设计 （又称“小尺寸设计”）只需要按小个子的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据。,若产品尺寸只要能适合小个子的需要，就必能适合大个子，因此只需要选

49、择小百分位数的人体尺寸作为设计的依据者，属于B型产品尺寸设计。,例如 过街天桥防护栏杆的间距， 电扇罩子（防手指进入受伤）的间距， 浴室里上层衣柜的高度， 阅览室上层书架的高度， 读报栏高度的上限, 公共汽车上车踏步的高度等。,66,3型产品尺寸设计 （又称“平均尺寸设计”）可参照中等身材，采用50百分位数的人体尺寸（P50）作为设计的依据。,产品尺寸与使用者身材的关联较弱，分别适应又会带来其他不宜，就采用50百分位数的人体尺寸作为设计的依据者，属于型产品尺寸设计。,例如 一般门上的手把、门上锁孔离地面的高度， 大多数文具的尺寸， 公共场所休闲椅凳的高度等。,公用产品应按大个子还是小个子的需要

50、来设计？ 初听觉得很难回答，如今看来基本理出头绪了。 那么，是否所有实际问题都能如此单纯地进行归类呢？我们来,* 课堂讨论 公共汽车顶棚扶手横杆的高度属于哪一型产品尺寸设计？ ,67,（二）人体尺寸百分位数的选择,问题 设计产品的时候，大百分位数人体尺寸该用P90、P95、P99中的哪一个？ 小百分位数人体尺寸又该用P10、P5、P1中的哪一个呢？,满足度 产品尺寸适合的使用人群占总使用人群的百分比。,一般而言，产品设计希望达到较大的满足度；但并非满足度越大越好，过大的满足度，必然带来其他方面的不合理。,例如 让火车卧铺长度满足1.9m甚至2m大个子的需要； 礼堂座位能让大胖子宽松就座，显然不