人体测量与作业姿势.ppt

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1、人因工程,第11章 人体测量与作业姿势,内容提要,人体测量作业姿势作业椅工作台,第一节 人体测量的基本知识,人体的形态结构,人体运动学简化模型,解剖学,骨骼：运动的杠杆,肌肉：运动的动力,关节：运动的枢纽,一、概述,人体测量学：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，使设计更适于人。,测量数据,人体构造尺寸：静态尺寸,人体功能尺寸：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,应用：各种机械、设备、设施和工具等设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及的问题是如何适合于的形态和功能范围的限度。见图11-1,二.人体测量术语 国标GB3

2、975-1983 规定了人体测量术语。,1.被测者姿势（）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，自然伸直膝部，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45度夹角，体重均匀分布于两足。（）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，膝弯曲大致呈直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。,2.测量基准面 人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（垂直轴、纵轴和横轴）来决定的（图11.2）。,矢状面：通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面。正中矢状面：通过人

3、体正中线的矢状面。正中矢状面将人体分成左、右对称的两部分。冠状面：通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面。冠状面将人体分成前、后两部分。水平面：与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面。水平面将人体分成上、下两部分。,3.测量方向 在人体的上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。在人体的左、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。对于上肢，将桡骨侧称为桡侧，将尺骨侧称为尺侧。对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,4.支承面、衣着和测量精度 立姿时站立的地面或平台及坐姿时的椅

4、平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。被测量者应裸体或穿着尽量少的内衣。线性尺寸测量精度为1mm，体重测量精度为0.5Kg。,5 基本测点及测量项目GB3975-1983：人体测量参数的测点和测量项目头部测点16个，测量项目12个；躯干和四肢测点22个，测量项目69项。,立姿40,坐姿22,手足6,体重1,GB5703-1985：人体测量参数的测量方法和各个测量项目所使用的测量仪器,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。如图11-3,（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

5、量距离 较短的不规则部位的宽度或直径。如耳、脸、手、足。如图11-4,（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。如图,第二节 人体测量的数据处理,一、数据处理 在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，因而可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。1、平均值,测量数据集中地趋向平均值，此值可反映测量值的本质和特征，可衡量一定条件下的测量水平，不能作为设计的依据。,2 方差描述测量数据在中心位置（均值）上下波动程度差异的值。方差表明样本的测量值是变量，既趋向平均值而又在一定范围内波动。,3

6、 标准差方差的均方根，表明测量值对均值的波动程度。,方差等价公式,4 百分位数PKPK作为一个位置指标、一个界限将群体或样本的全部测量值分为两部分：有K%的测量值等于或小于PK，有（100-k）%的测量值大于它。,P5：“小”身材,P50：“中”身材,P95：“大”身材,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。,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%

7、之间的数值：P=M-（SK）50%-99%之间的数值：P=M+（SK）,M为平均值；S为标准差；K为百分比变换系数。,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）

8、=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值查正态分布表得小p的值，再按下列公式求百分率P；即P=0.5+p以下列例题说明：,例2：已知男性A身高1720mm,试求有百分之多少的西北男性超

9、过其高度？,解：由表查得西北男性身高平均值M=1684mm，标准差S=53.7mm那么Z=（1720-1684）/53.7=0.670再根据Z=0.670查正态分布表得p=0.2486(0.249)即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%。,影响人体测量数据差异的因素：,常用人体测量数据,年龄,性别,年代,地区与种族,职业,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

10、）脚的大小：男17岁、女15岁。（基本定型）,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、从整个身体相比，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

11、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：不同国家、不同种族的人体尺寸的差异较大，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。,各大区域人体尺寸的均值和标准差6大区域：东北、华北区：黑龙江、吉林、辽宁、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,东北、华北区,西北区,东

12、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=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);

13、S=56.7(53.9)体重:M=55(50);S=6.8(6.9),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脑力劳动者稍大些。,第三节 人体测量数据的应用,一常用人体静态测量数据,人体静态测量中的常用形体参数包括：高度、长度、宽度、围径、体重、体积等。中国成年人人体尺寸数据（GB10000-1988）。,应用时应考虑以下问题：（1）眼高的变化。眼高决定着信息装置放置的位置，需要根据不同作业姿势增加修正值。,1肢体的活动范围（1）肢体的活动角度大小。如，头、肩胛骨、臂、手、腿、脚等的活动角度。图,（2）手臂所及范围的变化。手臂所及范围不仅确定手

14、操作的最远点，而且还影响操作的可靠性和效率以及用力情况，所以应考虑动态尺寸。,（2）肢体活动所能及的距离范围。如，人体处在不同作业姿势时，手所能到达的最大范围，包括最佳范围，最大可及范围等。图,二常用人体动态测量数据,2肢体的出力范围（1）坐姿作业时的手操纵力 最大力方向见图表。,（3）脚掌尺寸及下肢活动范围的变化。在不需要脚和腿操作时，使用静态尺寸可行，但进行脚控制时，则需考虑脚和下肢的所及范围。,（2）立姿作业时的手操纵力 最大力方向见图。,（3）坐姿作业时的脚操纵力 当膝部屈曲13001500或16001800时蹬力最大。图,（4）手的尺寸及活动范围的变化。在设计手控制器和维修空间时，必

15、须考虑手的动态尺寸。,三人体测量数据的使用方法,1、百分位数的合理选择 对供大多数人使用的设计，一般应考虑让90，95或99%的人适合，只排除10，5或1的人。应该排除多少人，决定了设计的后果及经济效果。,例1、门及通道的最小高度的设计，应尽可能考虑使99%人通过而不发生碰头事件，这时应选择高百分位身高数据。,例2、操作力设计应按最小操作力设计，应选择低百分位数据。,例3、汽车驾驶室座面至顶高的尺寸，要选择第95百分位数所对应的尺寸再加上必要的调整量；若设计刹车脚踏板距座前沿的距离，应选第5百分位数对应的尺寸加上调整量。,2、考虑年龄、性别、地域的影响 随年龄、性别、地区、民族的不同，人体尺寸

16、也不同，设计时应考虑使用对象。,3、年代的影响 进行一次人体测量统计耗费大量的人力、物力和时间，因此制定一次标准必须使用若干年。但人体尺寸却随年代、社会经济状况的变化而不同，而且呈代代高现象，因此，在使用数据时必须考虑测量年代，对数据进行必要的修正。,例2，目前许多产品都考虑到销往地域使用人群的人体测量尺寸。,例1，自行车也分为多个尺寸段，如28、26、24，还有儿童自行车等，就是考虑到不同人群的使用。,4、利用身高推算其它形体参数 大量研究表示，其它形体参数与身高存在一定比例关系，当人体测量数据不全时，可以推算尚缺的数据。,我国中等身材人体各部尺寸与身高（H）的比例,例：一般的衣服、各种器具

17、的设计是依据这样的尺寸比例。,5、由人体尺寸推算设计尺寸 采用“传递系数”由“人体测量尺寸”推算出机器的设计尺寸。,传递系数：进行机械设计时，为了使用方便，对需要经常使用的设计尺寸，根据百分位数给出的数值，进行修正和标准化后得出的计算比例系数。,机器尺寸=人体测量值传递系数,美国和日本汽车设计中采用的传递系数,由身高计算各部分尺寸,图11-5,1确定产品（设备或建筑物）的功能尺寸 在涉及人体尺寸的产品、设备或建筑物设计中，设定产品功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数，而人体尺寸百分位数的选用又与所设计产品的类型密切相关。因此，设定产品功能尺寸的一般步骤如下：,（）确定所设计产品（设备）的类型。

18、凡涉及人体尺寸的产品设计，首先应按GB/T1298591标准中规定的产品尺寸分类方法，确定所设计的对象属于其中的哪一类型。,（）选择人体尺寸百分位数。按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业品两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级以后，选择人体尺寸百分位数的依据是满足度。,四、人体测量数据的利用,（）确定功能修正量。在设计中考虑有关人体尺寸时，首先应在人体尺寸上增加适当的着装修正量；其次应考虑由于姿势不同引起的变化量；另外，还要考虑实现产品各种操作功能所需的修正量。所有这些修正量的总和为功能修正量。功能修正量一般由实验方法求得，但也可从统计数据中获得。,（）确定心理修正量。为

19、了满足不同人群的审美等心理需求，在产品的最小功能尺寸上附加一项增量，称为心理修正量。心理修正量一般也由实验方法求得。,（）设定产品功能尺寸。产品功能尺寸是指为确保实现某一功能而在设计时规定的产品尺寸，其设定方法如下：最小功能尺寸人体尺寸的分位数功能修正量最佳功能尺寸人体尺寸的分位数功能修正量心理修正量,人体身高在设计中的应用方法,各种工作面的高度和设备高度，如操纵台、仪表盘、操纵间的高度以及用具的设置高度等，都要根据人的身高来确定。可以利用身高为基准来确定工作面高度、设备和用具高度。,产品尺寸设计分类,例：大尺寸设计（使用最大的数据）：门的高度、军用飞机舱口的尺寸、支撑设备的强度（吊绳、绳梯、

20、工作台）小尺寸设计（使用最小的数据）：控制按钮距离操作员的距离，操纵控制的力量 中间尺寸：不重要的场合,返回,人体百分位数的选择,返回,着装修正量,姿势修正量,产品操作功能修正量,功能修正量,返回,返回,返回,返回,返回,上,下,拉,推,返回,（a）最大拉力（b）最大推力立姿操作时手的操纵力,最大拉力产生在肩下方1800方向上，最大推力产生在肩上方00方向上。,力体重（）,力体重（）,返回,下肢的操纵力,最大力量,与座椅高度有关的脚踏推力的距离（mm）,坐姿右脚平均最大蹬力为2620N，左脚平均最大蹬力为2410N，标准差为454N，保持0.5min。,返回,最典型的平面作业范围，就是人坐在工作台前，在水平台面上运动手臂所形成的轨道。存在最大平面作业范围和最舒适作业范围（手臂自然弯曲（3/5手臂长）所画弧范围）。,右手最大范围,