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1、第二章 人体测量及其应用Anthropometry and Application,学习目的 了解人体尺寸可比性要求与人体尺寸测量条件的关系；了解群体人体尺寸数据的主要特性。熟悉国家标准GB/T 1000 1988 中国成年人人体尺寸。掌握在产品设计中人体尺寸数据应用的原则方法，学会在实际设计课题中正确选择人体尺寸百分位数，恰当运用人体尺寸的修正量。,第二章 人体测量及其应用Anthropometry and Application,主要内容,二、人体测量的基本术语,四、人体尺寸的应用,一、人体测量的基本知识,三、常用的人体测量数据,Foudamentals of Anthropometry,
2、公元前一世纪，罗马Vitruvian 就从建筑学的角度对人体尺寸进行了较完整的论述。发现人体基本上就是以肚脐为中心。,著名的“人体比例图”,达芬奇绘,一、人体测量的基本知识,一、人体测量的基本知识,Foudamentals of Anthropometry,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21）,一、人体测量学的基本知识,2、人体测量数据的种类：,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
3、作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸）,Terminology of Anthropometry,1、被测者姿势：（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26。,二、人体测量的基本术语,（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27。,2、测量基准面 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。
4、人体测量中设定的轴线和基准面如图22。矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面；眼耳平面。,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、测量方向(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）对于上肢，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。（5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,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。,5、基本测点及测量项目（GB397583）（GB397585测
5、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）,6、人体测量的主要仪器,(1)人体测高仪: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。,（2）人体测量用直角规：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。,6、人体测量的主要仪器,（3）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。,7、人体测量中的主要统计函数（术语）,总体、样本,均值、标准差,术语,适应域,百分位,百分位数,总体,
6、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。,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。,均值的计算公式为：,标准差,标准差的计算公式为：,为相加，N为测量次数，为各单独测量值，M为均值。,S为标准差，其他符号与（1）相同。,适应域,一个设计只能取
7、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。,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。,百分位数是一种位置指标、一个界值，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的观测值等于和小于它，有(100-k)%的 值大于它。人体尺寸用百分位数表示时，称为人体尺寸百分位数
8、。,GB/T 10000-1983 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。其中前3 个叫做小百分位数，后3 个叫做大百分位数，50 百分位数则称为中百分位数。,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
9、、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、广西、福建。,贵州、四川、云南。,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=
10、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),百分比对应的变换系数K,5%1.64510%1.28220%0.84225%0.67450%0.00075%0.67480%0.84290%1.28295%1.645,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
11、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。,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
12、公式求百分率P；即P=0.5+p,例题:某成年男子身高173cm,那中国华南地区有多少比率的人身高不如他?解:0.5+(173-165)/57.1=0.64,三、常用人体测量数据,人体尺寸有个体的和群体的两种。工业产品或公共设施，是为所有公众、或特定人群设计的。例如过街天桥上的防护栏杆，要能防止各种过桥者从桥上摔下去，栏杆的间距和高度设计，必须考虑所有公众的情况。所以，人体工程学技术标准提供的人体尺寸数据，是群体的人体尺寸数据。,为掌握某一群体的人体尺寸，不可能、也不必要对该群体中的每个个体都进行测量。而是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
13、 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，为制订国标 GB/T 10000 一1988 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，每一个人又有多个侧量项目，工作量巨大，是一项繁重、艰巨的工作。,人体尺寸数据的部分特性,(1）群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律。具体说来：具有中等尺寸的人数最多；随着对中等尺寸偏离值的加大，人数越来越少；人体尺寸的中值就是它的平均值。,以中国成年男子（18-60 周岁）的身高为例。,身高约167 8mm 的人数最多；接近此
14、身高的人数也较密集，身高与1678mm差得越多、人数越少；从正态分布曲线的对称性可知：中值1678mm 就是中国男子身高的平均值；且身高高于和低于这一数值的人数大体相等。,(2）人体尺寸之间一般具有线性相关性身高、体重、手长等是基本的人体尺寸数据。取基本人体尺寸之一作为自变量，其他人体尺寸可以表示为该自变量的线性函数：y=axb 式中，y-某一人体尺寸数据 X-某一基本人体尺寸 a,b-系数,(3）人体尺寸问的比例关系，随种族、民族而不同。新中国成立初期，我国陆军士乒嫌苏式火炮高了一些，往炮膛里装炮弹过于费劲；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
15、不同人种人体尺寸比例不同引起的问题口也可以这样来说明不同种族人体尺寸比例的差异：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。,常用人体尺寸数据摘录及分析,人体主要尺寸 人体主要尺寸有六个。,静态尺寸,？,3工作空间人体尺寸数据,前面讲述的是静态人体尺寸但通过人体各个关节的活动，能有各种各样的动作，这种情况下的人体尺寸称为动态人体尺寸。本节介绍工作空间人体尺寸，是应用较多的一种动态人体尺寸。,-GB/T 13547 一1992 工作空间人体尺寸 简介,GB/T 13547 一1992 工作空间人体尺寸给出了3 组、17 项与工作空间有关的中国成年人人体
16、尺寸的数据。1 工作空间立姿人体尺寸（6 项）GB/T 13 547 一1992 给出的工作空间立姿人体尺寸有6 项，其名称、意义及数据参看图,表2 一11 中的6 个尺寸项目与很多工作情况有关。例 如，计算公共汽车顶棚扶手横杆高度的例子中，用到的“手上举能抓握的横杆高度”，便可由表查得。,2 工作空间坐姿人体尺寸（5 项）GB/T 13547-1992 给出的工作空间坐姿人体尺寸有5 项，其名称、意义及数据参看图,3 工作空间跪姿，俯卧姿、爬姿人体尺寸（6 项）,男子,年龄,性别,年代,地区与种族,职业,4影响人体测量数据差异的因素：,年 龄,注意：在采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄
17、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。,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
18、,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。,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
19、体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些。,实验：人体主要尺寸的简易测量,实验方式：二人自由组合，相互测量人体尺寸。并提交测试结果。作为章节作业。测试手段：卷尺等。测试结果以表格的形式列出：并将实测值与计算值（由身高按人体尺寸的比例关系计算的出数值）相比较，并简要分析造成差异的原因,不少于2个尺寸数据,问答:中国有那么多人口,人们的高、矮、胖、瘦互不相同，相差很大，人体尺寸的国家标准用什么方法全面描述中国成年人的人体尺寸状况？对照表2-4“国标中部分人体尺寸的应用举例”，简要分析各主要人体尺寸的应用场合。,四、人体尺寸的应用Application of Human Body Dimensio
20、ns,人体尺寸数据应用的两个问题：第一，生活工作中要穿鞋袜衣裤、又适宜全身自然放松，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？尺寸高大者、矮小者？还是中等身材者？,国家标准GB/T12985-1991 在产品设计中应用人体百分位的通则 对上述两个问题给出了处理的原则。,一，尺寸修正量,2 姿势修正量 正常工作，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，10mm;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）同样需要设计者通过研究实测来加以确定
21、.,心理修正量指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。例如很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。对比坦克舱和工程机械驾驶室的余裕空间，客轮客舱、学生宿舍和礼堂剧院的室内空间等：研究心理修正量的常用方法是：设置场景，记录被试者的主观评价，综合统计分析后得出数据。,二，尺寸心理修正量,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,解决上述第二个
22、问题的方法是：根据产品的功能，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依产品功能与人体尺寸的关系，分为以下3 类4 种。1,I 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者。若产品的尺寸需要调节才能适合不同身材者使用，属于I 型产品尺寸设计。,为大个子和小个子均能适用，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。例如汽车驾驶室的座椅的高度和椅背的前后。自行车座的位置，腰带和手表表带的长短，落地式或台式麦克风口筒的高度。大家举例？,，型产品尺寸设计 这一类产品又可分为以下两种(1)A 型产品尺寸设计 又称“大尺寸设计”只需要
23、按大个子的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据者。若这种产品的尺寸只要能适合身村高大者的需要，就肯定也能适合身材矮小者的需要，就属于 A 型产品尺寸设计。因此只需要选择一个大百分位数的人体尺寸，作为产品尺寸设计的依据就行了。例如床的长度和宽度；过街夭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。自己举例？,(2)B 型产品尺寸设计 又称“小尺寸设计”只需安按小个子的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据者若这种产品的尺寸只要能适合身村矮小者需要，就肯定也能适合身村高大者需要的，就属于 B 型产品尺寸设计因此只需要选择一个小百分位数的人体尺寸，作为产品尺寸设计的依据就行
24、了 例如过街天桥上防护栏杆的间距，电风扇罩子（防止手指进入受伤害）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；公共汽车上踏步的高度等。,3,型产品尺寸设计（又称“平均尺寸设计”)可以按适合中等身材者的需要，即采用第50 百分位数的人体尺寸（P50 作为产品尺寸设计的依据者 若产品尺寸与使用者的身材大小关系不大，或虽有一些关系、但若分别予以适应却有其他方面的种种不适宜，就按中等身材者的需要、采用50 百分位数的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据这种情况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,课堂讨论 公共汽车顶
25、棚扶手横杆的高度属于哪一型产品尺寸设计？,注意两点：第一，国标只指出处理问题的原则方法，不能代替实际问题的分析解决。第二，把复杂问题分解成典型的单纯类型问题来分析解决，常是有效的方法。,到底人体尺寸怎么选用呢？一般而言，希望达到较大的满足度，使得产品能够让大多数人使用。但必须说明的是并非满足度越大越好，而过大的满足度，必然带来其他方面的不合理因素。如火车卧铺的长度；礼堂座宽；这时候要考虑综合因素。,主要人体尺寸的应用原则,人体身高在设计中的应用方法,（二）,（三）人体作业空间设计之一,立姿活动空间：立姿时人的活动空间不仅取决于身体的尺寸，而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉松弛、脚的站
26、立平面不变时，为保持平衡必须限制上身和手臂能达到的活动空间。,（三）人体作业空间设计之二,坐姿活动空间,（三）人体作业空间设计之三,单腿跪姿的活动空间仰卧活动空间,日本人机学专家小原二郎用肌肉活动程度进行厨房清洗合适宜高度的研究，其结果如图所示：上臂自然下垂、前臂接近水平、操作点略低于肘高，是最佳操作位置。,有些工作空间除了人体尺寸以外，还涉及其他很多因素。例如轿车驾驶室的内空间，要考虑手和脚各种操作动作的方便适宜，要顾及驾驶视野和仅表板的认读，座位的调节还要兼顾身材高大者和身材矮小者等等,（四）人体各部分结构参数的计算,人体体积计算(V为人体体积L，W为人体体重Kg)人体表面积计算,由身高计
27、算各部分尺寸（见下图）,W,由身高计算各部分尺寸,（五）坐椅设计的人体工学要求,一、座姿舒适性的概念 1、概述 人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分体重。座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力最少。坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感。,2、舒适座椅的探讨舒适座椅可分下列各部分来探讨：,座椅的硬度及形状；背垫的硬度及形状；背垫与座垫的关系；身体支撑的舒适度和座面的舒适度；座椅的通气程度等。
28、,要把人的坐姿与座椅的样式和尺寸联系起来；座椅的尺寸应适宜于就坐者的人体尺寸；座椅要适于就坐者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；靠背的结构和形状要尽量减少就坐者背部和脊柱疲劳；座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布。,二、座椅的设计原则,三、座椅的尺寸设计,人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；上身应保持稳定；座位的高度应不使大腿肌肉受压；可以变换或调节坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽量减少身体的不舒适感。,1、座椅尺寸设计应遵循以下原则：,2、座椅的主要尺寸设计,座高,定义：座高是指地面至就坐后面上坐骨支承处的高度。合适的座高应使臀部受力符合要求。,讨论：座位过高，则不能使体
29、重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，而且上、下腿和背部肌肉都会紧张。座高过低，则会使背部肌肉紧张，久而久之会产生背痛。因此，座高一般不宜超过小腿高（约为身高的1/4），按中国人的标准，可取为380450mm。,讨论：座深应使臀部得到全部的支撑，同时，要求座面的前沿不过分伸出，以防止挤压小腿，而且座面前沿应离开小腿一定的距离，以保证小腿的灵活性。一般情况下，座深应取450mm。,2、座椅的主要尺寸设计,座深,定义：座深是指座面的前后距离。,2、座椅的主要尺寸设计,座宽,座宽应满足臀部就坐所需要的尺度，使人能自如地调整坐姿，一般取400500mm，肩并肩坐的排座，座宽应能保证人能自由活动 因此，座
30、宽应比人的肘间宽稍大一些，530mm的座宽能满足人的需要。,2、座椅的主要尺寸设计,靠背,靠背应适当的支持腰凹，使腰关节能自由能自由运动，靠背压于腰部的面积愈宽愈好。因此，靠背的水平形状应适合于腰围，靠背的斜度因工作的不同而要求不同。,学习本章应该思考的题？,1、什么是人体测量学？2、你熟悉总体、样本、均值、标准差、适应域、百分位、百分位数的含义吗？3、人体尺寸的应用原则主要掌握什么数据？4，以教师讲台站立面为基准，确定黑板上沿高度 H1和下沿高度H2的时候，应该按照llA 型、还是llB 型进行产品尺寸设计？说明理由。并计算之5、设计一套你认为最适合自己的上课课桌、桌椅。（效果图与简单结构工程图）。6，确定以下几个产品的或室内的最小功能尺寸和最佳功能尺寸，并做简要说明：火车卧铺的长度和宽度 过街天桥上栅栏的间距 能让两人并排通行的走廊宽度 能遮档立姿者目光和坐姿者目光的屏风上沿高度（确定以上尺寸所用 的人体尺寸数据在本章中均能查到观察现实生活，举出几个工作高度不适当的例子。,
