课件：人因工程人体测量.ppt

2019/4/12,1,2.1 人体测量基础 2.2 静态测量与动态测量 2.3 中国常用人体测量数据 2.4 人体测量的应用,第2章 人体测量,2019/4/12,2,教学基本要求,掌握人体静动态测量数据 了解中国常用人体测量数据 重点学会人体测量数据的应用,2019/4/12,3,2019/4/12,4,2019/4/12,5,2019/4/12,6,人体测量（Anthropometry） 人体测量是指对人类身体各方面特征数据的度量，特别是人体的尺寸和特征，包括人的重心位置，身体的各部分尺寸，关节的运动范围和力量特性等，以及这些数据在设计中的应用。 研究对象：个体和群体 人体测量的重要性：设计的前提 - to fit people, not people to fit,2.1人体测量基础,2019/4/12,7,2.1.1人体测量的基准面,人体测量基准面和基准轴,人体测量基准面和基准轴,水平面,冠状面,矢状面,2019/4/12,8,由颅骨两侧的外耳门上缘点(po)和左侧眶下缘点 (or)3点所组成的一个平面 。,2019/4/12,9,2.1.2人体测量的姿势,立姿(standing posture) 坐姿(sitting posture),2019/4/12,10,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。,2019/4/12,11,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。,2019/4/12,12,2019/4/12,13,2.1.3 人体测量的主要仪器,人体测高仪 人体测量用直脚规 人体测量用弯脚规,测高仪,弯脚规,直角规,角度计,软尺,2019/4/12,14,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）,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）,（GB397583） （GB397585测量方法）,2019/4/12,15,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。,2.1.4 人体测量的主要统计函数,2019/4/12,16,百分位由百分比表示，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。,2019/4/12,17,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:,50%99%之间的数值:,2019/4/12,18,2019/4/12,表2-1 百分比与变换系数,2019/4/12,19,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 =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：X5=1693-（56.6X1.645）=1600mm 第95百分位数为：X95=1693+（56.6X1.645）=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。,2019/4/12,20,2019/4/12,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）,2019/4/12,21,当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分位P时，可按下列步骤及公式求得 :,再由下式求得百分位P：,P=0.5+p,式中： p概率数值，根据上面公式求得的Z值，查正态分布表获取。,2019/4/12,22,例2 : 已知女性A身高1610mm,试求有百分之多少的东北女性超过其高度。,解: 由表2-6查得东北女性身高平均值=1586mm标准差为51.8 mm。由上式求 得Z值为:,根据Z=0.463值查表得p=0.1772(取近似值0.177)，求得P值为 P=0.5+0.177=0.677 结论： 身高在1610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%。,2019/4/12,23,正态分布表,2019/4/12,24,2.2 静态测量与动态测量,人体测量分析方法可以分为两类 静态测量:身体保持固定不动 动态测量：身体移动（活动空间，伸展域）,2019/4/12,25,人体测量数据的种类：,2019/4/12,26,2.2.1 静态测量,静态测量（Static Anthropometry） 静态测量在身体保持固定（静态）位置时进行，包括骨骼尺寸（关节之间，如肘部和腕部）或轮廓尺寸（如头围）。 静态人体测量可采取不同的姿势，主要有立姿、坐姿、跪姿和卧姿等几种。 静态测量数据是动态测量的基础，是设计人机系统不可缺少的参数。 结构化的人体测量数据 人体着装尺寸,2019/4/12,27,测量项目-立姿（一）,2019/4/12,28,测量项目-立姿（二）,2019/4/12,29,测量项目-立姿（三）,2019/4/12,30,测量项目-立姿（四）,2019/4/12,31,测量项目-立姿（五）,2019/4/12,32,测量项目-坐姿（一）,2019/4/12,33,测量项目-坐姿（二）,2019/4/12,34,测量项目-坐姿（三）,2019/4/12,35,测量项目-坐姿（四）,2019/4/12,36,测量项目-坐姿（五）,2019/4/12,37,动态测量（Dynamic Anthropometry）,2.2 .2 动态测量,动态测量建立在静态测量的基础之上，用来度量人体运动时的一些参数。 活动空间-人在完成任务时需要某些身体部位运动， 这就要求有足够的空间，即活动空间。 伸展域-人在站立并保持脚的站立面不变时，手臂的 活动空间用舒适伸展域来表示。,2019/4/12,38,活动空间 活动空间的分配没有固定的规则或模式， 依赖于许多因素：使用的人群、任务、衣物、设备等。,2.2 .2 动态测量,2019/4/12,39,成人蹲姿，跪姿，卧姿的最小占用空间（单位：mm）,2.2 .2 动态测量,2019/4/12,40,2.2.2 动态测量,伸展域,常用的三种人体伸展域,2019/4/12,41,手在水平面的正常作业阈和最大作业域（cm）,手的测量,2019/4/12,42,人体上部及上肢固定姿势活动角度范围,立姿上身及手的可及范围、坐姿上身及手的可及范围,2019/4/12,43,坐姿抓握作业域（cm）,立姿双臂垂直作业域图 立姿双臂垂直作业域,身高和摸高的关系,2019/4/12,44,脚的测量,脚的作业区域,2019/4/12,45,2.2.3影响人体测量数据的因素,民族因素 性别、年龄因素 职业因素,2019/4/12,46,人体主要尺寸，见表2-2 立姿人体尺寸，见表2-3 坐姿人体尺寸，见表2-4 人体水平尺寸，见表2-5 各大区域人体尺寸的均值和标准差 各类人体测量尺寸的数值参阅表2-2至2-7。,2.3.1我国成年人人体静态尺寸,2.3常用人体测量数据（见教材）,2019/4/12,47,2019/4/12,人体主要尺寸 (单位：mm),2019/4/12,48,2019/4/12,立姿人体尺寸 (单位：mm),2019/4/12,49,2019/4/12,坐姿人体尺寸 (单位：mm),2019/4/12,50,2019/4/12,人体水平尺寸 （单位：mm）,2019/4/12,51,2019/4/12,52,2019/4/12,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）,2019/4/12,53,2.3.2我国成年人人体动态尺寸,动态人体测量通常是对手、上肢、下肢、脚所及的范围以及各关节能达到的距离和能转动的角度进行测量。,2019/4/12,54,2019/4/12,我国成年男女常用人体动态尺寸,2019/4/12,55,人体主要参数的计算,（1）人体各部分尺寸与身高H的相关计算 （2）人体体重与身高的相关计算 （3）人体体积和表面面积的计算 （4）人体生物力学参数的计算公式 （5）男性与女性人体尺寸的换算,2019/4/12,56,（1）人体各部分尺寸与身高H的相关计算,2019/4/12,57,一般人体的体重与身高之间存在下述关系： 正常体重 WE = H 110（kg） 理想体重 WL = H 100（kg） 式中： H身高（cm）。 如果人体的体重经常低于或高于正常体重的10%以上，则属于不正常状态。,（2）体重与身高的相关计算,2019/4/12,58,人体体积计算公式 V = 1.015W4.937 式中 V:（L）； W:（kg）,人体表面面积计算公式 a、由身高计算人体表面面积 男性 B = 100H 女性 B = 77H 式中 B:（cm2） H:（cm),b、由身高和体重计算人体表面面积 B = 0.0061H + 0.0128W0.1529 或 B = W0.425H0.72572.46 式中 B:（m2）; W:（kg）;H:（cm）。,（3）人体体积和表面面积的计算,2019/4/12,59,（4） 人体生物力学参数的计算公式,2019/4/12,60,（5）男性与女性人体尺寸的换算,2019/4/12,61,人体尺寸测量数据的应用原则,（1）最大最小准则 （2）可调准则 （3）平均准则 （4）适应域准则,2.4 人体测量数据的应用,2019/4/12,62,由人体身高决定的尺寸门、通道、舱口、床、担架等以第95百分位为依据； 由人体某部分尺寸决定的物体，如腿长决定的坐平面高度以第5百分位为依据； 对与健康安全关系密切或减轻作业疲劳的设计，如汽车座椅应在高度、靠背倾角、前后距离等以第5百分位到第95百分位； 门铃、插座、开关、收银台等的高度第50百分位为依据。,人体尺寸测量数据的应用原则举例,2019/4/12,63,常见设计和人体数据百分位选择归纳如下：,（1）间距类: 一般取较高百分位，常取第95百分位。 （2）净空高度类:一般取高百分位，常取第99百分位。 （3）可及距离类:一般应使用低百分位数据。 （4）座面高度类:一般取低百分位数据，常取第5百分位。 （5）隔断类设计，高百分位数或低百分位数 （6）公共场所工作台面高度类设计，百分位常取从女子第5百分位到男子第95百分位数据。,2019/4/12,64,人体尺寸测量数据的应用方法,（1）确定所设计产品的类型、等级、A、B、型 （2）选择人体尺寸的百分位数 （3）确定功能修正量 着装修正量、姿势变化修正量、操作修正量 （4）确定心理修正量 （5）产品功能尺寸的确定 最小功能尺寸人体尺寸的百分位数功能修正量 最佳功能尺寸人体尺寸的百分位数功能修正量心理修正量,2019/4/12,65,尺寸修正量的构成,2019/4/12,66,2019/4/12,产品尺寸设计分类,2019/4/12,67,人体尺寸百分位数的选择,产品类型、等级、满意度与百分位数的关系,2019/4/12,68,应用人体尺寸数据时的注意：,（1）明确使用者的特征：性别、年龄、种族、体格等； （2）不能以均值作为唯一的设计依据； （3）人体尺寸修正量的确定： 功能修正量： 心理修正量： （4）静态尺寸数据有误差，有时设计时用动态数据适当调整； （5）确定作业空间的尺寸范围，不仅与静态尺寸有关，还与人的肢体活动范围、动作方式有关。,2019/4/12,69,例3 设计计算公共汽车顶棚扶手横杆的高度，并对比“抓得住”与“不碰头”两个要求是否相容。如互不相容，如何解决? 解：（1）按乘客“抓得住”的要求设计计算。 属于B型男女通用的产品尺寸设计（小尺寸设计）问题，根据上述人体尺寸百分位数选择原则，应该有 式中 G1由“抓得住”要求确定的横杆中心的高度； J10女子“上举功能高”的10百分位数（男、女共用，应取女子的小百分位数人体尺寸，不涉及什么安全问题，取P10即可）， 查表得； J10 =1766mm（1855岁）； f1女子的穿鞋修正量，设取=20mm。 代入数值得到： G1 l766mm+20mm=1786mm,2019/4/12,70,2）按乘客“不碰头”的要求设计计算。 属于A型男女通用的产品尺寸设计（大尺寸设计）问题，根据上述人体尺寸百分位数选择原则，应该有 式中 G2由“不碰头”要求确定的横杆中心的高度； H99男子身高的99百分位数（男、女共用，应取男子的大百分位数人体尺寸，涉及人身安全问题，故取），查表得： H99 =1814mm（1860岁）； f2男子的穿鞋修正量，设取=25mm； r横杆的半径，设取=15mm。 代入数值得到 G2 1814mm+25mm+15mm=1854mm,2019/4/12,71,3）两个要求是否相容，及如何解决? 两者互不相容，即不可能同时满足两方面的要求。 通过设计来想办法协调和解决问题。但本问题是很容易找到解决办法的：横杆还可以比1854mm再略高一些，确保更多高个子的安全；在横杆上每隔05m左右挂一条带子，带子下连着手环，手环可以比1786mm再略低一些，让更多小个子也抓得住。,2019/4/12,72,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,解： 车船卧铺上下铺净空高度属于一般用途设计。根据人体数据运用准则应选用中国男子坐姿高第99百分位数为基本参数X，X979mm。衣裤厚度(功能)修正量取25mm，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= Xf979十251004mm Xopm= Xfp979十25十115=1119mm,2019/4/12,73,例5：确定阀或控制器的最大高度,在设计控制面板或布置阀门，以及其他设备或工具上的手工控制器时，工效学的目的是使大多数操作者不需要过度伸手或用梯子或梯凳的帮助就能对其操作。因此，对于许多控制器来说，功能性的过顶伸取范围（站立）是有意义的测量值。功能性的过顶伸取范围测量当手伸过头顶时，手心所到达的高度。 其第5百分位约为188cm。 对那些短暂的或不经常的控制操作，通过踮起脚尖可将高度升高8cm。,2019/4/12,74,但在需要施力的情况下，控制器应该放置在低于第5百分位的肩部高度处，即距地面125cm。同时也应该置于不低于第95百分位的指关节高度，即距地面81cm的地方，以便较高的人不需要蹲着去操作他们。,2019/4/12,7