人机工程学第二章人体测量.ppt

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1、第二章 人体测量及数据应用,第一节 人体测量的基本知识 第二节 人体测量中的主要统计函数 第三节 人体尺寸数据的应用,第一节 人体测量的基本知识,一、人体测量学的定义 人体测量学是一门新兴的学科，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，是人机工程学的基础 我国国家标准规定了人机工程学使用的成人和青少年的人体测量术语。,第一节 人体测量的基本知识,二、人体测量的基本术语 1、被测者姿势（1）立姿：指被测者挺胸直立，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

2、贴大腿侧面，自然伸直膝部，左右足后跟并拢，前端分开约夹角，体重均匀分布两足。（2）坐姿：指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，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。,第一节 人体测量的基本知识,2、测量基准面,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。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。在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。在上肢上，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,第一节 人体测量

3、的基本知识,3、人体测量数据类型人体测量有二方面的内容：,（静态尺寸）,（动态尺寸，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）,第一节 人体测量的基本知识,（1）静态人体尺寸测量 也称为人体结构尺寸测量，指被测者静止的站着或坐着进行的一种测量方式。如人体尺寸、体重体型、体积表面积等；（2）动态人体尺寸测量 也称为人体功能尺寸，指被测者处于动作状态下所进行的测量，重点是测量人在执行某种动作时的形体特征。如运动范围、各种运动特征等。,第一节 人体测量的基本知识,三、人体测量的主要方法1、普通测量法采用人体生理测量的仪器测量，主要用来测量人体构造尺寸。人体测量的主要仪器：人体测高仪、人体测

4、量用直脚规和人体测量用弯脚规。,第一节 人体测量的基本知识,测高仪主要用来测量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人体各部位高度尺寸。,第一节 人体测量的基本知识,直角规主要用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径，如耳、脸、手、足。,第一节 人体测量的基本知识,弯角规用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。,第一节 人体测量的基本知识,2、摄像法用照相机或摄像机等作投影测量，主要用来测量人体功能尺寸。,第一节 人体测量的基本知识,3、三维数字化人体测量随着计算机技术和三维空间扫描仪技术的发展，高解析度的

5、 3D 资料足以描述准确的人体模型。,第一节 人体测量的基本知识,四、基本测点及测量项目在国标GB 397583中规定了人机工程学使用的有关人体测量参数的测点及测量项目，其中包括：头部测点16个和测量项目12项；躯干和四肢部位测点共22个，其测量项目共69项；其中分为：立姿40项；坐姿22项，手和足部6项以及体重1项。,第一节 人体测量的基本知识,五、我国成年人人体结构尺寸1、人体主要尺寸6项人体主要尺寸：身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长。（见P23表2-2）2、立姿人体尺寸6项立姿人体尺寸：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。（见P24表2-3）,第一节 人体测量的基本知

6、识,3、坐姿人体尺寸11项坐姿尺寸：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高，坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。（见P24表2-4）4、人体水平尺寸10项人体水平尺寸：胸宽、胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽、坐姿臀宽、坐姿两肘间宽、胸围、腰围、臀围。（见P26表2-5）,第二节 人体测量中的主要统计函数,一、人体测量数据的统计指标,第二节 人体测量中的主要统计函数,1、均值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。均值是描述测量数据位置特征的值，可以用来衡量一定条件下的测量水平和概括地表现测量数据的集中情况。,第二节 人体测量中的主要统计函数,

7、均值：Example,一组学生的身高分别为：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求这组学生身高的平均值？,第二节 人体测量中的主要统计函数,2、标准差标准差说明测量值对均值的波动情况。,第二节 人体测量中的主要统计函数,标准差一组学生的身高分别为：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求这组数据的标准差S？首先求方差S2：,第二节 人体测量中的主要统计函数,3、百分位及百分位数,第二节 人体测量中的主要统计函数,在设计中，当已知百分位，需要得到其对应的百分位数值时，则可按下式求出：1%50%之间的数值

8、：P=M-（SDK）50%99%之间的数值：P=M+（SDK）式中，M-平均值 SD-标准差 K-百分比变换系数当需得到某项人体测量尺寸Mi所处的百分位数时，可按下列步骤求得：首先由此式求得Z值：Z=（Mi-M）/SD 再由此式求得百分位数：P=0.5+p,第二节 人体测量中的主要统计函数,4、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。在一般统计中，人体尺寸可近似符合正态分布,第二节 人体测量中的主要统计函

9、数,设计的适应域,第二节 人体测量中的主要统计函数,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P26的表27查得华北男性平均身高值M=1693mm,SD=56.6mm,要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95%百分位为确定尺寸的界限值，由表查得变换系数K=1.645则第5百分位数值为：P5=1693-(56.61.645)=1600mm则第95百分位数值为：P95=1693+(56.61.645)=1786mm结论：按身高1600mm1786mm设计产品尺寸，将适用于90%的华北男性。上例中被排除的10%的人，是5%的矮小者和5%的高大者。,

10、百分位与变换系数K的关系,第二节 人体测量中的主要统计函数,第二节 人体测量中的主要统计函数,例2 已知男性A身高为1720mm，试求有百分之多少的西北男性超过其高度。解：由P26的表27查得西北男性平均身高值M=1684mm,SD=53.7mm,则Z值为 Z=（1720-1684）/53.7=0.670根据Z值由P21的表22查得p=0.2486(取近似值0.249),则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%.,第二节 人体测量中的主要统计函数,二、影响人体测量数据差异的因素,第二节 人体测量中的主要统计函

11、数,1、年龄在采用人体尺寸时，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。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。,第二节 人体测量中的主要统计函数,2、性别在男性与女性之间，人体尺寸、重量和比例关系有明显差异。(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

12、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。,第二节 人体测量中的主要统计函数,3、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。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。据2007年7月18日北京青年报报道，1997年测定中国男子平均身高为1692mm，与GB/T10000-1988相比，两者相差（1692-1678）=14mm，平均身高在10年内大约增加了14mm，已经属于超常的快速增长。欧洲居民每隔10年身高增加1-1.4cm；美国城市

13、男性青年在1973-1986年的13年间身高增加2.3cm；,第二节 人体测量中的主要统计函数,4、地区与种族 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。5、职业不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异。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。因而，为特定的职业设计工具、用品和环境时，要考虑不同职业所造成的人体尺寸的差异。,第三节 人体尺寸数据应用,一、确定所设计产品的类型根据国家标准在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则（GB/T 12985

14、-91），将产品按所用百分位数的不同分为型、型、型三类。1、型产品尺寸设计（又称“双限值设计”）这类产品的尺寸需要调节，才能满足不同身材的人使用。因此需要一个大百分位数的人体尺寸和一个小百分位数的人体尺寸分别作为产品尺寸设计的上、下限值的依据。如自行车座的位置、腰带和手表带的长短设计等。,第三节 人体尺寸数据应用,2、型产品尺寸设计（又称“单限值设计”）这类产品的特点是，只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限或下限的设计依据。A型产品尺寸设计（又称“大尺寸设计”）若产品的尺寸只要适合身材高大者的需要，就肯定也能适合身材矮小者的需要，这类产品就属于A型产品。因此，这类产品设计只需一个大百分位数的

15、人体尺寸，作为产品尺寸设计上限值的依据就行了。如床的长度和宽度。,第三节 人体尺寸数据应用,B型产品尺寸设计（又称“小尺寸设计”）若产品的尺寸只要适合身材矮小者的需要，就肯定也能适合身材高大者的需要，这类产品就属于B型产品。因此，这类产品设计只需一个小百分位数的人体尺寸，作为产品尺寸设计下限值的依据就行了。如过街天桥上防护栏杆的间距、阅览室上层书架的高度等。3、型产品尺寸设计（又称“平均尺寸设计”）只需要第50百分位数的人体尺寸（P50）作为产品尺寸设计的依据。如门把手高度和售货柜台高度的设计。,第三节 人体尺寸数据应用,二、选择人体尺寸百分位数在设计使用中，常用的人体大百分位数有P90、P9

16、5、P99共三个百分位数，常用的人体小百分位数有P10、P5、P1共三个百分位数。一般的选择规律：1、一般产品大、小百分拉数常分别选P95和P5，或酌情选P90和P10；2、健康、安全的产品对于涉及人的健康、安全的产品，大、小百分位常分别取P99和P1；3、成年男、女通用的产品大百分位数选用男性的P90、P95、P99；小百分位数选用女性的P10、P5、P1；而型产品设计则选用男、女50百分位数人体尺寸的平均值。（P50男+P50女）/2,第三节 人体尺寸数据应用,三、确定功能修正量为保证实现产品功能，对作为产品设计依据的人体尺寸所作的尺寸修正量。功能修正量包括穿着修正量、姿势修正量和操作修正

17、量三项。1、穿着修正量a、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：+20mm。b、着衣修正量：坐姿坐高、眼高、肩高、肘高等+6mm；肩宽、臀宽等+13mm；胸厚+18mm；臀膝距+20mm。,第三节 人体尺寸数据应用,2、姿势修正量人们正常生活、工作时，全身采取自然放松的姿势所引起的人体尺寸变化。立姿身高、眼高、肩高、肘高等，-10mm；坐姿坐高、眼高、肩高、肘高等，-44mm。3、操作修正量即实现产品功能所需要的修正量。如上肢前展操作，对于“前展长”，在按按扭时，-12 mm；在取卡片和票证时，-20 mm。更多的“操作修正量”数据，需要设计者根据

18、实际情况加以确定。,第三节 人体尺寸数据应用,四、产品功能尺寸的确定产品功能尺寸是指为确保实现产品某一功能而在设计时规定的产品尺寸。该尺寸通常是以设计界限值确定的人体尺寸为依据，再加上为确保产品某项功能实现所需的修正量。产品功能尺寸有最小能尺寸和最佳功能尺寸两种，具体设定的通用公式如下：最小功能尺寸人体尺寸百分位数+功能修正量最佳功能尺寸人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量,第三节 人体尺寸数据应用,例3 设计计算公共汽车顶棚扶手横杆的高度。解 1）按乘客“抓得住”的要求设计，属于B型男女通用产品设计（小尺寸设计）问题。G1J10女+X1J10女女子“上举功能高”的10百分位数，1766m

19、mX1 女子的穿鞋修正量+20mm。则 G11766+20=1786 mm2）按乘客“不碰头”的要求设计，属于A型男女通用产品设计（小尺寸设计）问题。,第三节 人体尺寸数据应用,G2H99男+X2+rH99男男子身高的99百分位数，1814mm。X2 男子的穿鞋修正量+25mm。r 横杆的半径，设取15mm。G2H99男+X2+r=1814+25+15=1854mm 由以上计算，要求横杆中心低于1786 mm，又要求横杆中心高于1786 mm，两者互不相容。解决问题的方法是，横杆可以设计的比1786 mm再略高一些，确保更多高个子的安全；在横杆上每隔0.5m左右挂一条带子，带子下连着手环，手环

20、可比1786 mm再略低一点，让更多小个子也抓得着。,第三节 人体尺寸数据应用,例4 确定客轮层高功能尺寸的最小值G最小与最佳值G最佳。解 1）确定客轮层高功能尺寸的最小值 G最小=H95男+X功能式中，H95男男子身高的95百分位数，H95男=1775mm。X功能功能修正量。穿鞋修正量+25 mm，考虑行走中的略有起伏等因素所需的最小余裕量+90 mm。G最小=H95男+X功能=1775+25+90=1890 mm 2）确定客轮层高功能尺寸的最佳值 G最佳=G最小+X心理式中，X心理心理修正量，取X心理=115mm。G最佳=G最小+X心理=1890+115=2005mm,思考题,1、设计适用于90%华南女性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？2、已知男性A身高1720mm,试求有百分之多少的华南男性超过其高度？3、举例说明哪些产品尺寸属于A型产品尺寸设计，哪些产品尺寸属于B型产品尺寸设计？4、什么是产品最小功能尺寸？什么是产品最佳功能尺寸?,