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1、第二章人体的人机学参数,内 容第一节 人体尺寸及其测量 第二节 人体的人机学参数第三节 人体测量数据的应用,一、人体测量的基本术语被测者姿势（立姿 、坐姿）测量基准面 （见图1）测量方向 支承面和着装 基本测点及测量项目 (见图2、图3),第一节 人体尺寸及其测量,继 续,图1 人体测量基准面和基准轴,图1-b 人体测量基准面和基准轴,图1-a 人体测量基准面和基准轴,图2-a 测量项目-立姿,图2-b 测量项目-立姿,图2-c 测量项目-立姿,图2-d 测量项目-立姿,图2-e 测量项目-立姿,图2-f 测量项目-立姿,图3-a 测量项目-坐姿,图3-b 测量项目-坐姿,图3-c 测量项目-
2、坐姿,图3-d 测量项目-坐姿,图3-e 测量项目-坐姿,在人体尺寸测量中所采用的人体测量仪器有：人体测高仪、人体测量用直脚规、人体测量用弯脚规、人体测量用三脚平行规、坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺以及医用磅秤等。 人体测高仪直脚规直脚规,二、人体尺寸测量用的主要仪器,图4-a 人体测高仪,图4-b 人体测量用直脚规,图2-4 人体测量用弯脚规(4-c),三、人体测量中的主要统计函数 均值 方差,三、人体测量中的主要统计函数标准差抽样误差 百分位数和适应度,表2-1 百分比与变换系数,例: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
3、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。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。,影响人体测量数据差异的因素：,年龄,性别,年代,地区与种族,职业,四、常用人体测量数据,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
4、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。,性 别,男女之间的差异：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所（如座姿操作的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。,年 代,在使用人体测量数据时，要考
5、虑其测量年代，然后加以适当修正。,一组数据：欧洲居民每隔10年身高增加11.4cm;美国城市男性青年在19731986年的13年间身高增加2.3cm;日本男性青年在19341965年的31年间身高增加5.2cm、体重增加4kg、胸围增加3.1cm;我国原广州中山医学院男性在19561979年的23年间身高增加4.38cm、女性身高增加2.67cm。,地区与种族,注意点： 由于不同国家、不同地区、不同种族的人体尺寸的差异，即使是同一国家，不同地区的人体尺寸也有差异。因此，在设计中考虑产品的多民族的通用性。,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
6、脑力劳动者稍大些。,1、我国成年人的人体结构尺寸,图2-5 立姿人体尺寸,图2-6 坐姿人体尺寸,图2-7 人体水平尺寸,表22 人体主要尺寸 (单位：mm),表2-3 立姿人体尺寸 (单位：mm),表2-4 坐姿人体尺寸 (单位：mm),表2-5 人体水平尺寸 （单位：mm）,表2-6 各区域的体重、身高和胸围三项参数的均值和标准差（单位：mm）,我国人体主要尺寸-1,我国人体主要尺寸-2,我国人体主要尺寸-3,世界各国国民的身高,2 我国成年人人体动态尺度 （1）肢体活动角度范围,图2-8 人体肢体活动角度范围,图2-9 人体上部及上肢固定姿势活动角度范围,图2-10 立姿上身及手的可及范
7、围、坐姿上身及手的可及范围,（2） 不同姿势时手能及的空间 范围,图2-11单腿跪姿上身及手的可及范围,图2-12 仰卧姿势手及腿的活动空间,3、常用人体功能尺寸测量区域,五、手、脚作业域测量1、 手的测量,图214 手的测量,手活动范围,(1) 水平作业域,图2-15 手在水平面的正常作业阈和最大作业域（cm）,图2-16 坐姿抓握作业域（cm）,(2) 垂直作业域,图2-17 立姿臂垂直作业域图 2-18 立姿双臂垂直作业域,图2-19 身高与摸高的关系,2、脚的测量,图220 脚的测量,3、 脚作业空间,图2-21 脚的作业区域,一、人体体部指数及有关人机学参数计算 可根据人体的身高、体
8、重等基础测量数据，利用一些经验公式计算出所需的其它各部分数。1、体的体部指数（参见教材P34公式2-72-11）2、用人体身高尺寸计算人体各部分尺寸（见图2-22、图2-23及表2-9）,第二节 人体的人机学参数,图2-22 坐姿静态尺寸编号图,图223 立姿静态尺寸图,表 2-9 静坐时人体尺寸与身高的关系,3、用人体体重计算人体体积和表面积 （1）人体体积 （2）体表面积4、用身高、体重、表面积求有关人机学参数 （见表2-10 ）,表2-10 人体有关人机学参数计算公式,二、 人体生理学参数及测量 1、最大耗氧量（Vo2max）及氧债能力 （见图2-24 ）2、最大心率3、搏出量与最大心脏
9、输出 4、肌电图5、呼吸量的测定 6、脉搏数的测定 7、发汗的测定 8、血液成份变化的测定 9、脑电图 （见表212 ）,产热量的计算方法 通常采用开放式气体代谢法，其步骤：准确测定吸入气和呼出气中的O2和CO2浓度，计算出耗氧量和CO2的排出量；求出呼吸商（RQ= 产生的CO2 / 消耗的O2 ）；查非蛋白呼吸商所对应的氧热价表用该氧热乘以一定时间内的总耗电量，即得出单位时间内的产热量。,人体能量的产生机理（1）ATP-CP系列: 肌肉收缩与松弛所需的能量是由三磷酸腺苷（ATP）分解成二磷酸腺苷（ADP）过程中释放能量提供的（式1-1），并由磷酸肌酸（CP）及时分解补充（式1-2）。ATPH
10、2O ADPPi29.3 KJ/mol （式1-1）CPADPCrATP （式1-2）式中：Pi为磷酸根；Cr为肌酸；1J0.2390cal,（2）需氧系列：需要氧的参与才能进行提供能量。1摩尔葡萄糖38分子ATP1摩尔脂肪130分子ATP（3）乳酸系列(大强度劳动，机体供氧能力受到限制时)需靠无氧糖酵解产生乳酸的方式来提供能量。1摩尔葡萄糖2分子ATP反应速度较需氧系列快32倍,氧化磷酸化,表 肌肉能量供应系统的一般特性,当劳动强度和作业时间增加时 需氧量也增强。氧需(oxygen demand)：劳动1分钟所需要的氧。 氧需能否得到满足主要取决于循环系统的功，其次为呼吸器官的功能。氧上限（
11、maximum oxygen uptake）：血液在1 分钟内能供应的最大氧量。 成人3L，运动员、有煅炼者可达4L多。氧债（oxygen debt）：氧需和实际供氧量之，即氧需氧上限，指缺氧量。,人体能量代谢测定,图2-24 三种氧债与相应的劳动负荷示意图（a）常量负荷 （b）高量负荷 （c）超量负荷,氧需 最大摄氧量(劳动强度过大)工作开始：缺氧状态(产生较大氧债) 机体调整氧需仍大于摄氧量，未达到平衡 受人的氧债能力限制10L。劳动结束 ：增大偿还氧债时间 恢复到静止,剧烈运动后的恢复,剧烈运动会使身体内部发生一系列变化，如代谢旺盛心跳加快、肺脏呼吸加快等，内脏器官也需要在跑步停止后一段
12、时间才能调整到正常状态。 此外，剧烈运动后骤然停止腿部肌肉活动，使大量血液积聚在下肢舒张的血管里，回流心脏的血液减少，导致心脏搏出的血液量也相应减少，还会因头部血液突然减少，而出现一时性失去知觉的现象，即运动性晕厥。 所以剧烈运动后需要做调整动作，以加速氧的补充和身体的恢复。,运动后洗澡,这种做法不科学，因为在运动时，流向肌肉的血液增多，心率增加。停止运动后，这种情况仍会持续一段时间，如果这时立即洗热水澡，就会使血液不足以供应其它重要器官，如心脏和大脑供血不足，就会感到头昏、恶心、全身无力，严重的还会诱发其它疾病，因此应格外注意。 运动后立即洗冷水澡更是弊多利少。由于运动的时候身体新陈代谢过程
13、加强，皮下血管扩张，并大量出汗。运动后马上洗冷水澡，使体内产生的大量热不能很好地散发，形成内热外凉，破坏人体的平衡，这样容易生病。,正确的方法是运动后休息一会儿（以脉搏恢复到接近正常数为准）再洗澡，最好洗温水澡。二、不要马上洗澡：剧烈运动后如果洗冷水澡，皮肤会因突然受到刺激，使血管立即收缩，血液循环阻力加大，同时机体抵抗能力降低，人容易生病。洗热水澡则会继续增加皮肤内的血液流量，导致心脏和大脑供血不足，轻者头晕眼花，重者虚脱休克，还容易诱发其他慢性疾病。,脑电波,我们的脑无时无刻不在产生脑电波。早在1857年，英国的一位青年生理科学工作者卡通（R.Caton）在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动，并
14、发表了“脑灰质电现象的研究”论文，但当时并没有引起重视。十五年后，贝克（A.Beck）再一次发表脑电波的论文，才掀起研究脑电现象的热潮，直至1924 年德国的精神病学家贝格尔（H.Berger）才真正地记录到了人脑的脑电波，从此诞生了人的脑电图。 这是一些自发的有节律的神经电活动，其频率变动范围在每秒130次之间，可划分为四个波段，即（13Hz）、（47Hz）、（813Hz）、（1430Hz）。,波，频率为每秒13次，当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和昏睡状态下，可出现这种波段。波，频率为每秒47次，成年人在意愿受到挫折和抑郁时以及精神病患者这种波极为显著。但此波为少年（1017
15、岁）的脑电图中的主要成分。波，频率为每秒813次，平均数为10次左右，它是正常人脑电波的基本节律，如果没有外加的刺激，其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显，睁开眼睛或接受其它刺激时，波即刻消失。波，频率为每秒1430次，当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波，当人从睡梦中惊醒时，原来的慢波节律可立即被该节律所替代。,在人心情愉悦或静思冥想时，一直兴奋的波、波或波此刻弱了下来，波相对来说得到了强化，因为这种波形最接近右脑的脑电生物节律，于是人的灵感状态就出现了。,脑电波的节律来源于丘脑，科学家曾将动物大脑皮层与丘脑的联系切断，脑电波的节律消失，而丘脑的电节律活动仍然保持着。如果
16、用813Hz的电脉冲刺激丘脑，在大脑皮层可出现类似节律的脑电波。因此，正常脑电波的维持需要大脑与丘脑都要完好无损。,表212 大脑意识状态与人为错误的潜在危险性,第三节 人体测量数据的应用,一、人体数据的运用准则1、最大最小准则。 2、可调性准则 3、平均准则 4、使用最新人体数据准则 5、地域性准则 6、功能修正与最小心理空间相结合准则 7、标准化准则。8、姿势与身材相关联准则 9、合理选择百分位和适用度准则,人体测量数据选用的注意事项设计和确定作业空间尺寸的根据，必须保证至少90%的用户的适应性、兼容性、操作性和维护性，即人体主要尺寸的设计极限应根据第5至95百分位数的值确定。 必须适应或
17、允许身体某些部分通过的空间尺寸（如通道、出入口、防触及危险部位的安全距离等），应以第95百分位的值作为适用的人体尺寸。有限度的或受身体延伸所限制的空间尺寸（如抓握物体的可及距离、控制器的位移、显示器与测试点位置、安全防护罩上的空隙等），应以第5百分位的值作为适用的人体尺寸。,可调整的尺寸（如高度可调的坐椅、工作台、控制器、安全带等），应以第5百分位至第95百分位的人体尺寸范围作为高速范围适用的人体尺寸；只能用一种中等尺寸供群体使用时（如墙壁上的开关高度、门上把手尺寸等），应以第50百分位数作为适用的人体尺寸搞清该尺寸的适用范围，如适用的国家、地区、民族、年龄、性别、职业及社会阶层等，否则，盲目
18、选用，设计出的产品适用性较差人体测量数据应用应注意人体尺寸的变化，一方面从事某种工作的劳动人群的身材有变化时，其最佳适应尺寸也应随之改变；另一方面，世界各国人体身高有增加的趋势，近20年来世界各国人体的身高平均每10年增加1cm，我国的人体身高增加更快，所以在收集或选用人体尺寸资料时应注意这种现象。,二、人体尺度在工程设计中的应用 1人体尺度应用的原则 （从工程设计应用角度讲）（1） 满足度：满足度是产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率。也就是说从人体工程学角度看，你的设计适合多少人.（2） 产品尺寸设计任务的分类 I型产品尺寸设计(就是上面所说的可调准则)：尺寸在上限值和下限值之间可调，上
19、下限百分位分别为5和95时，满足度为90。 型产品尺寸设计(最大最小准则)表216,表2-16 人体尺寸百分位数选择,2、人体尺寸的应用方法和程序,（1） 确定所设计对象的类型和适应度 确定设计对象的功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数，而它的选用又与设计对象的类型密切相关。首先应确定所设计的对象是属于哪一类型。见表217。 （2） 选择人体尺寸百分位数 在确认所设计的产品类型及其等级之后，选择人体尺寸百分位数的依据是适用度。人机工程学设计中的适用度，是指所设计产品在尺寸上能满足多少人使用，通常以适合使用的人数占使用者群体的百分比表示。,表2-17 产品尺寸设计分类,3确定功能修正量和心理修正
20、量,（1）必须考虑到实际中人的可能姿势、动态操作、着装等需要的设计裕度，所有这些设计裕度总计为功能修正量 （2）为了消除人们心理上的“空间压抑感”、“高度恐惧感”和“过于接近时的窘迫感和不舒适感”等心理感受，或者是为了满足人们“求美”、“求奇”等心理需求，涉及人的产品和环境空间设计 ，必须再附加一项必要的心理空间尺寸，即心理修正量,四、人体身高在设计中的应用方法,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，以供设计时选择和查用。图226是以身高为基准的设备和用具的尺寸推算图，图中各代号的含义如表218所示。,图2-26 以身高为基准的设备和用具尺寸概算图,表2-19 设备、用具及通道高度与身高的关系,五、人体尺度在工程设计中的应用,图2-15 室内设计常用的人体尺寸,A.身高,B.立姿眼高,B.立姿眼高,C.肘部高度,D.坐高,E.坐姿眼高,F.坐姿肩峰高,G.最大肩宽,H.坐姿两肘间宽,J.臀宽（坐宽）,K.肘部平放高度,L.坐姿大腿厚度,M.膝盖高度,O.腿弯高度(坐高),P.臀部至腿弯长度(座深),R.臀部至膝盖长度,S.臀部至足尖长度,T.臀部至脚后跟长度,U.坐姿垂直伸手高度,V.立姿垂直伸手高度,W.立姿侧向手握距离,
