人体劳动形态特征.ppt

第二章 人体劳动形态特征,Human Factors Engineering,图b,图a,主要学习内容,人体的形态结构人体测量的基本知识常用的人体测量数据人体测量数据的应用,第一节人体的形态结构,一.人体解剖学角度,成人全身共有206块骨，其中只有177块直接参与人体的运动。分为躯干骨、颅骨和四肢骨3部分。骨与骨以结缔组织相连接，构成关节；肌肉在人体上分布很广，根据其形态、功能和位置等不同的特点，可分为3种类型：骨骼肌、平滑肌和心肌。,第一节 人体的形态结构,二.人体运动学角度,人体多刚体运动学模型,将人体简化成15个刚体，并通过14个铰链连接而成，铰链是球形的，可以做三维转动。该模型可以方便的分析人体的各种运动状态。,一.人体测量简史,我国两千多年前的医学典籍内经中，已有关于人体测量的记载；公元前一世纪，罗马建筑师维特鲁威（Vitruvian）就从建筑学的角度对人体尺寸进行了较完整的论述；1870年，比利时人奎特莱特出版人体测量学；20世纪初，建立了人体测量统一的国际标准；,第二节 人体测量的基本知识,1914年，德国人类学家马丁出版人类学教科书，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；二战后，英美两国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；我国于1988年发布了相应的国家标准GB10000-88中国成年人人体尺寸。,第二节 人体测量的基本知识,第二节 人体测量的基本知识,二.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。,第二节 人体测量的基本知识,三.人体测量基本术语（GB3975-83）（一）基本姿势立姿：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，使两足大致呈45夹角，体重均匀分布于两足。,第二节 人体测量的基本知识,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，膝弯屈大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。,第二节 人体测量的基本知识,（二）基本测量面矢状面正中矢状面冠状面水平面眼耳平面,第二节 人体测量的基本知识,（三）测量方向（5个基本方向）在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，下方称为足侧端。在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，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，远离四肢附着部位的称为远位。对于上肢，将桡骨侧称为桡侧，尺骨侧称为尺侧。对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，腓骨侧称为腓侧。,第二节 人体测量的基本知识,尺骨,桡骨,胫骨,腓骨,第二节 人体测量的基本知识,（四）支承面、衣着和测量精度支撑面：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。衣着：要求被测量者裸体或穿着尽量少的内衣(例如只穿内裤和汗背心)测量，在后者情况下，测量胸围时，男性应撩起汗背心，女性应松开胸罩后进行测量。测量值读数精度。线性测量项目测量值读数精确度为1mm，体重读数精确度为0.5kg。,第二节 人体测量的基本知识,（五）基本测点及测量项目,测点,头部测点（16个）,躯干和四肢部位测点（22个）,第二节 人体测量的基本知识,(六)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。,第二节 人体测量的基本知识,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。,第二节 人体测量的基本知识,3.人体测量用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。,此外，还有人体测量用三脚平行规，坐高椅，量足仪，软卷尺以及医用磅秤等。,第二节 人体测量的基本知识,(七)测量方法GB/T570385测量时应在呼气与吸气的中间进行。其次序为从头向下到脚；从身体的前面，经过侧面，再到后面。测量时只许轻触测点，不可紧压皮肤，以免影响测量的准确性。身体某些长度的测量，既可用直接测量法，也可用间接测量法两种尺寸相加减。另外，测量项目应根据实际需要确定，具体测量方法可以详见GB/T570385的有关规定。,第二节 人体测量的基本知识,四.人体测量中的主要统计函数（一）正态分布若影响某一数量指标的随机因素很多，而每个因素所起的作用不太大，则这个指标很可能服从正态分布。,正态分布一般记为:N(,2)，虽然正态分布有无穷多个，但它们都可以通过标准化的方式 转化为一个特殊的正态分布，那就是均值为0，标准差为1的标准正态分布：N(0,1)。,第二节 人体测量的基本知识,第二节 人体测量的基本知识,（二）均值,表示分布的集中情况。正态分布的图象即是以它为轴左右对称，正态分布的均值、中数和众数都位 于同一点,第二节 人体测量的基本知识,（三）标准差,为标准差，表示分布的离散程度。对于均值相同，标准差越大，则正态分布曲线越低阔，如果标准差越小，则正态分布曲线越高窄。,第二节 人体测量的基本知识,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。,（四）适应域,第二节 人体测量的基本知识,（五）百分位数Pk一种指标、界值，在将样本中全部测量数值分为两部分，有k%的测量值小于小于等于它，1-k%的测量值大于它。,人体测量尺寸在其实际的正态分布图中，每一个百分位数值都会对应有一个相应的x值。,实际正态分布中的x值可以转化为标准正态分布中的z值。,Pk唯一对应一个z值,第二节 人体测量的基本知识,百分位数和z值简略对应表,第二节 人体测量的基本知识,某尺寸对应的百分位数的计算某百分位数人体尺寸的计算,Z值对应的概率值p即为所求该百分位数,第二节 人体测量的基本知识,例1：已知女性A身高1610mm，试求有百分之几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=51.8mm 根据Z 值查表得：P=0.677 结论：身高在1610mm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%。,第二节 人体测量的基本知识,例2:设计适用于90东南区男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸?,解：由表查得东南区男性身高平均值 1686mm，标准差55.2mm。要求产品适用于90的人群，故应以第5百分位数为下限，第95百分位数为上限进行设计，由表查得：5%对应z值-1.645；95%对应z值=1.645 由此可求得第5百分位数为 1686+55.2(-1.645)=1595.2（mm）第95百分位数值为 168655.21.645=1776.8（mm）结论：按身高1595.21776.8mm设计产品尺寸，将适用于90的东南区男性。,第二节 人体测量的基本知识,中国分地区人体数据平均值标准差表,第三节 常用人体测量数据,一.影响人体测量数据差异的因素（一）性别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)。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。皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别。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。,第三节 常用人体测量数据,（二）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。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。,第三节 常用人体测量数据,年龄段 女性 男性1-5+36+365-10+28+2710-15+22+3015-20+1+620-350035-40-1040-50-1-150-60-1-160-70-1-170-80-1-180-90-1-1,身高随年龄的变化,第三节 常用人体测量数据,（三）年代随着生活水平的提高,人的平均高度也在增长 欧洲居民每隔10年身高增加1-1.4cm美国城市男性青年在1973-1986年间身高增加2.3cm日本男性青年在1934-1965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1956-1979年的23年间身高增加4.38cm、女性身高增加2.67cm,第三节 常用人体测量数据,（四）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。几个国家的男子平均身高(mm),第三节 常用人体测量数据,东北、华北区（黑龙江、吉林、辽林、内蒙古、山东、北京、天津、河北）西北区（甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁夏、河南、新疆）东南区（安徽、江苏、上海、浙江）华中区（湖南、湖北、江西）华南区（广东、广西、福建）西南区（贵州、四川、云南）,第三节 常用人体测量数据,（五）职业不同职业的人在身体大小及比例上也存在着差异一般体力劳动者，其平均身体尺寸都会比脑力劳动者稍大些。工业部门的工作人员要比军队人员体型小一般部门的工作人员要比某些体育运动项目的运动员矮小。,第三节 常用人体测量数据,二.我国常用人体测量数据（一）成年人人体结构尺寸(GB10000-88)是指静态的人体尺寸，它是人体处于固定的标准状态下测量的。人体主要尺寸立姿人体尺寸坐姿人体尺寸人体水平尺寸,第三节 常用人体测量数据,人体主要尺寸,百分位数,第三节 常用人体测量数据,立姿人体尺寸,第三节 常用人体测量数据,百分位数,坐姿人体尺寸,第三节 常用人体测量数据,人体水平尺寸,第三节 常用人体测量数据,人体水平尺寸,第三节 常用人体测量数据,（二）成年人人体功能尺寸(GB/T13547-92)是指动态的人体尺寸，是人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围，它是动态的人体状态下测得。是由关节的活动、转动所产生的角度与肢体的长度协调产生的范围尺寸，它对于解决许多带有空间范围、位置的问题很有用。（立、坐、跪、卧、爬）,第三节 常用人体测量数据,身高:指人身体直立、眼睛向前平视时从地面到头顶的垂直距离。应用：用于确定通道和门的最小高度。然而，一般建筑规范规定的和成批生产制做的门和门框高度都适用于99%以上的人，所以，这些数据可能对于确定人头顶上的障碍物高度更为重要。,第三节 常用人体测量数据,身高,眼睛高度:指人身体直立、眼睛向前平视时从地面到内眼角的垂直距离。应用：可用于确定在剧院、礼堂、会议室等处人的视线，用于布置广告和其他展品。用于确定屏风和开敞式大办公室内隔断的高度。,第三节 常用人体测量数据,立姿眼高,肘部高度:指从地面到人的前臂与上臂接合处可弯曲部分的距离。应用：用于确定柜台、梳妆台、厨房案台、工作台以及其他站着使用的工作表面的舒适高度。通过科学研究发现最舒适的高度是低于人的肘部高度7.6cm。另外，休息平面的高度大约应该低于肘部高度2.53.8cm。,第三节 常用人体测量数据,肘部高度,坐高：指人挺直坐着时，座椅表面到头顶的垂直距离。应用：用于确定座椅上方障碍物的允许高度。在布置双层床时，搞创新的节约空间设计时，例如利用搁楼下面的空间吃饭或工作都要由这个关键的尺寸来确定其高度。确定办公室或其他场所的低隔断要用到这个尺寸，确定餐厅和酒吧里的隔断也要用到这个尺寸。,第三节 常用人体测量数据,坐姿眼睛高度:指人的内眼角到座椅表面的垂直距离。应用：当视线是设计问题的中心时，确定视线和最佳视区要用到这个尺寸，这类设计对象包括剧院、礼堂、教室和其他需要有良好视听条件的室内空间。,第三节 常用人体测量数据,坐姿眼高,坐姿肩高:指从座椅表面到脖子与肩峰之间的肩中部位置的垂直距离。应用：这些数据大多数用于机动车辆中比较紧张的工作空间的设计中，在设计那些对视觉听觉有要求的空间时，这个尺寸有助于确定出妨碍视线的障碍物，在确定火车座的高度以及类似的设计中有用。,第三节 常用人体测量数据,最大肩宽:指两个三角肌外侧的最大水平距离。应用：可用于确定环绕桌子的座椅间距和影剧院、礼堂中的排椅座位间距，也可用于确定公用和专用空间的通道间距。,第三节 常用人体测量数据,两肘之间宽度：指两肘屈曲、自然靠近身体、前臂平伸时两肘外则面之间的水平距离。应用：可用于确定会议桌、告桌、柜台和牌桌周围座椅的位置。,第三节 常用人体测量数据,臀部宽度：指臀部最宽部分的水平尺寸。这个尺寸也可以站着测量，这时就成为下半部躯干的最大宽度。应用：用于确定座椅内侧尺寸和设计酒吧、柜台和办公座椅。,第三节 常用人体测量数据,坐姿肘高：指从座椅表面到肘部尖端的垂直距离。应用：与其他一些数据和考虑因素联系在一起，用于确定椅子扶手、工作台、书桌、餐桌和其他特殊设备的高度。,第三节 常用人体测量数据,大腿厚度：指从座椅表面到大腿与腹部交接处的大腿端部之间的垂直距离。应用：是设计柜台、书桌、会议桌、家具及其他一些室内设备的关键尺寸，而这些设备都需要把腿放在工作面下面。特别是有直拉式抽屉的工作面，要使大腿与大腿上方的障碍物之间有适当的间隙，这些数据是必不可少的。,第三节 常用人体测量数据,第四节 人体测量数据的应用,一.利用人体尺寸的一般步骤与方法（一）确定所设计产品的类型（二）满足度（三）选择合适百分位数（四）确定修正量（五）产品尺寸的最后设定,第四节 人体测量数据的应用,（一）产品的类型,第四节 人体测量数据的应用,（二）满足度 所设计的产品或工程系统，在尺寸上能满足的适合使用者的人数，占特定使用者群体的百分率，称为满足度。取值依据人体尺寸的变异性技术可行性经济合理性,第四节 人体测量数据的应用,（三）人体尺寸百分位的选择,第四节 人体测量数据的应用,（四）确定修正量设计中的实际尺寸应该考虑人的穿衣、作业姿势、操作功能以及人的心理等因素。,第四节 人体测量数据的应用,第四节 人体测量数据的应用,（五）产品尺寸的最后设定,最小功能尺寸,最佳功能尺寸,第四节 人体测量数据的应用,例3：试确定适合中国男人使用的固定座椅座面高度分析：座椅座面高度属于B型产品。根据人体数据运用准则，座椅座面高度取第5百分位的“小腿加足高”人体数据为基本设计数据，以防大腿下面承受压力引起疲劳和不舒适。查表，X38.3cm，功能修正主要应考虑两方面：一是鞋跟高的修正量，一般为2.53.8cm，取2.5cm；另一方面是着装(裤厚)修正量，一般为0.3cm。即f2.5十0.32.8cm。座椅座面高度的设计不需考虑心理修正量，即p=0。因此，固定座椅座面高度的合理值应为：Xopm=Xfp38.3十2.8十0=41.141.0 cm,第四节 人体测量数据的应用,例4：试设计适用于中国人使用的车船卧铺上下铺净空高度分析：车船卧铺上下铺净空高度属于成年男女通用产品。用中国男子坐姿高第99百分位数为基本参数X，查表，X979mm。衣裤厚度(功能)修正量取3mm，人头顶无压迫感最小高度(心理修正量)为115mm，则卧铺上下铺最小净间距和最佳净间距分别为:Xmin=Xf979十3982mm Xopt=Xfp979十3十115=1097mm,第四节 人体测量数据的应用,二.人体各部分结构参数的计算,（一）由身高计算各部分尺寸（二）由体重计算体积和表面积 V=1.015W4.937式中:V为人体体积(L)W为人体体重(kg),B=0.006lH(cm)+0.0128W(kg)-0.1529,第四节 人体测量数据的应用,三.人体身高在设计中的应用一些“机”的设计可以根据人的身高进行大概的确定,人体比例图,按照Vitruvian对人体各部尺度的描述，在文艺复兴时期Leonardo daVinci创作出了著名的人体比例图.,