《人机工程学》课件2

1、第二章 人体尺度及测量方法人体尺寸概述1人体测量的基本术语2常用的人体测量数据3人体尺寸的应用42-1 人体尺寸概述 例：某手表厂有一台冲压机床 (冲压中夹板), 坐着操作太高了, 站着操作太低了。-8小时/每天-3000次同一操作 操作台键盘按钮超过了最高操作员所能触及的范围确定正确的产品尺度是设计产品的一个重要方面。 人们对人体尺度开始感兴趣并发现人体各部分相互之间的关系，要追朔到2000多年以前。公元前一世纪罗马建筑师 Vitruvian 就已从建筑学的角度对人体尺度作了较完整的论述。2-1 人体尺寸概述达芬奇据此画出了著名的人体标准图，15世纪。对人体尺寸、形态的关注和研究，在古代主要

2、着眼于建筑、雕塑、文化。 难点之一是, 不能量体裁衣，如何确定正确的产品尺度? 2-1 人体尺寸概述难点之二是，要取得有价值的人体尺度数值必须有一定的测量规模, 要积累一套较全面的人体尺度数值库更是一项庞大的活动,。2.2 人体测量中的一些概念 以什么身材作为依据能满足大多数人的需要? 驾驶员座椅要有多大的前后调节量才能满足大多数成年人的身材? 如何才能正确地使用人体测量数值库? 这就涉及到人体测量中的一些基本概念。确定产品尺度时要考虑这样一些问题：总体、样本均值、方差、标准差术语适应域百分位百分位数2.2 人体测量中的一些概念 总体 统计学中，把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。在人体尺

3、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。 正态分布2.2 人体测量中的一些概念 自然界中许多“事件”在发生少数几次时, 是没有规律的. 但发生的次数足够多时, 即呈现出一种规律性, 次数愈多, 规律性愈明显, 这种规律在数学上叫做“统计规律 ”。硬币抛向空中1）. 平均值, 中值, 众数 ( )2.2 人体测量中的一些概念 美国成年男性平均身高174.8cm, 法

4、国成年男性身高169.9cm, 而日本成年男性平均身高166.9cm。2） 标准差 （均方差） 标准差表示数值集中与离散的程度。 得到标准差的值, 才能完整地表述被测群体的特征。 2.2 人体测量中的一些概念 3. 适应域 P 2.2 人体测量中的一些概念 产品设计应能满足大多数用户的需要目标定量化是百分之九十? 还是百分之九十五? 一般说来，适应域越宽，产品的适应面就越大。一般情况下, 适应域至少为百分之九十。这个百分比就是“适应域”适应域适应域 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

5、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 满足度4） 百分位 它表示了某一测量数值所标志的群体数量与整个群体之间的百分比关系。百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。2.2 人体测量中的一些概念 例如，50%称为第50百分位。 第2.5百分位的数值为161.5cm, 表示被测群体中有2.5的身高小于161.5cm 显然, 平均值174.8表示第50百分位。非常重要，估算某一具体设计的适用者在整个用户群中所占的比例。 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。5）百分位数第二章 人体尺度及测量

6、方法 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。 在人机工程学设计中常用的是第5、第50、第95百分位。第5百分位数代表“小身材”，即只有5%的人群的数值低于此下限值值；第50百分位数代表“适中”身材，即分别有50%的人群的数值高于或低于此值；第95百分位数代表“大”身材，即只有5%的人群的数值高于此上限值。 5%1.64510%1.28220%0.84225%0.67450%0.00075%0.67480%0.84290%1.28295%1.645百分比对应的变换系数K为平均值；SD为标准差；K为百分比变换系数。 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

7、值。在设计中，当需要得到任一百分位数值时，则可按下式进行计算： 1%50%之间的数值: 50%99%之间的数值: 正态分布表百分比与变换系数百分比（%）K百分比（%）K0.52.576700.5241.02.326750.6742.51.960800.84251.645851.036101.282901.282151.036951.645200.84297.51.960250.67499.02.326300.52499.52.576 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（2-6）查知华北男性身高平均值 =1693mm，标准差SD=56.6m

8、m. 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K=1.645； 即第5百分位数为：x=1693-（56.6*1.645）=1600mm 第95百分位数为：x=1693+（56.6*1.645）=1786m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

9、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。 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。 例2 已知男性A身高1720mm,试求有百分之多少的西北男性超过其高度？解：由表查得西北男性身高平均值 =1684mm，标准差SD=53.7mm那么Z=（1720-1684）/53.7=0.670再根据Z=0.670查表得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%。2.3 人体测量 1.人体的测量Henry Dre

10、yfuss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。小原二郎2.3 人体测量 2.3 人体测量 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（包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸）2.3 人体测量 3. 人体测量的基本术语（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。2.3 人体测量 测量项目-立姿（二） 测量项目-立姿（四）（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

11、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。2.3 人体测量 测量项目-坐姿（一） 测量项目-坐姿（二） 测量项目-坐姿（三） 测量项目-坐姿（四） 测量项目-坐姿（五）(3)、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。人体测量中设定的轴线和基准面 矢状面；正中矢状面； 冠状面；水平面； 眼耳平面。2.3 人体测量 2.2 人体测量中的一些概念 4、基本测点及测量项目（GB397583）（GB397585测量方法）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

12、项目（69项） 5.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。 2.3 人体测量 (3) 三维数字化人体测量 2.3 人体测量 为确保数据的科学性（可比性）、适用性，制定了严格的相关技术标准。我国的几个主要标准如下：GB/T 57031999 用于技术设计的人体测量基础项目GB/T 5706.1-5704.485 人体测量仪器 6. 人体尺寸2.3 人体测量 6. 人体尺寸6.

13、人体尺寸6. 人体尺寸6. 人体尺寸6. 人体尺寸6. 人体尺寸第二章 人体尺度及测量方法2.3 尺度设计6. 人体尺寸6. 人体尺寸2.4 尺度设计几点讨论： 人体尺寸极多，国标为什么选择这么一些项目？ 6个主要人体尺寸 2.1、 2.2， 2.3， 3.1， 3.3， 3.8， 3.6， 3.9， 对工作、劳动而言，或对器物设计而言这些人体尺寸项目比较重要2.3 尺度设计2.1立姿眼高：2.2立姿肘高：2.3立姿手功能高：3.1坐高：3.3坐姿眼高：3.5坐姿肘高：3.6坐姿大腿厚：3.8小腿加足高：病房、监护室等门上玻璃窗的高，屏风高轮船驾驶、机床操作、厨房洗菜、教师讲台 手提包、手提箱

14、不拖到地面双层床、火车卧铺影剧院、阶梯教室的坡度设计、汽车驾驶的视野分析、计算机等屏幕的放置高度座椅扶手高度、书桌、餐桌的高度设计椅面上桌子下面的抽屉的空间椅面高度设计2.4 尺度设计 除了身高之外, 还给出了其他14个指标. 不同的指标有不同的用途. 例如, 设计站立工作时的高度, 就要参考人体肘高尺寸, 设计坐椅时要考虑人的坐深, 臀宽, 坐姿膝高等. 在这些指标中, 最重要的指标是身高. 这是因为, 第一身高这一指标本身经常被直接用到, 如汽车车厢高和门高的设计. 第二, 其他许多指标与身高是相关的, 例如坐高大约是身高的0.523倍, 膝高大约是身高的0.311倍, 另外也可以粗略地根

15、据与身高的比例来确定设备的高度。 2.4 尺度设计设备高度与人体高度之比编号 定义 设备与身高之比1 与人同高的设备 1/12 设备与眼睛同高 11/123 设备与人体竿重心同高 5/94 设备与坐高相同 6/115 眼睛能够望进设备的高度 10/116 能挡住视线的设备高度 33/347 站着用手能放进和取出物体的高度 7/68 站着手向上伸所能达到的高度 4/39 站姿使用方便的台面高度(上限) 6/72.4 尺度设计 各种工具的设计应考虑人手的尺寸, 头盔的设计要考虑人头部的尺寸, 自行车的设计要考虑人的身长, 手长, 脚长等.2.4 尺度设计2. 影响人体测量数据差异的因素：年龄性别年

16、代地区与种族职业2.4 尺度设计(1)年龄因素 年龄是在尺度设计时必须重点考虑的因素之一。表 身高随年龄的变化 (cm)年龄(岁) 女性 男性1-5 +36 +365-10 +28 +2710-15 +22 +3015-20 +1 +620-35 0 035-40 -1 0年龄(岁) 女性 男性40-50 -1 -150-60 -1 -160-70 -1 -170-80 -1 -180-90 -1 -12)性别2.4.1 人体尺寸的影响因素 性别对群体人尺寸差别的影响也许是最大的. 对比表2-1和2-2我们可以看出, 男女之间的平均身高相差为10厘米以上. 如果我们按男性95%设计的达到高度将

17、有50%以上的女性达不到. 如:女式服装, 女式自行车, 女式车床, 女式办公桌等. 现在使用的桌子和椅子的高度更适合男同志的尺寸. 3)国家 各国之间人的尺寸之间的差别也是很大的. 表2-5给出了几个有代表性国家人的平均高度. 表中美国人平均身高最高 (1.77), 其次为原苏联. 日本人最低 (1.67M), 其次为中国. 日本人与美国人之间相差达10厘米. 日本人最初出口到美国去的车子是按日本人的尺寸设计的, 结果带来许多问题, 我国的产品如果要走向世界,必须得考虑这个问题. 表2-5 几个国家的男子平均身高(mm)国别 美国 原苏联 西德 英国 瑞典 法国 意大利 中国 日本身高 17

18、72 1767 1755 1753 1741 1711 1710 1680 16672.4.1 人体尺寸的影响因素 4)地区 我们幅员辽阔, 地区与地区之间人体的尺寸也有差别.表2-6给出了我国六个区域人的平均身高. 两区域之间对应值相差4-5厘米. 表2-6 我国六大区域人体身高 (单位: mm) 东北,华北 西北 东南 华中 华南 西南 男子 1693 1684 1686 1669 1650 1647 女子 1586 1575 1575 1560 1549 15462.4.1 人体尺寸的影响因素5)时间 随着生活水平的提高, 人的平均高度也在增长. 我们都感到现在的年轻人比过去的人要高.

19、在这方面, 日本人的变化更明显. 据统计, 过去三十年, 日本人的平均身高增加了八厘米之多. 我国国家技术监督局的统计结果表明我国的青少年的身高也有一定的增长, 虽然增加的幅度不是太大.2.4.1 人体尺寸的影响因素 6)着装因素 实际生活和工作中, 人体是着装的, 但是大部分人体测量数据提供的是未着装的尺寸, 人体在着装以后, 在相应的尺度增大的同时, 肢体活动的能力也受到一定的限制, 限制的程度因着装的变化而变化。2.4.1 人体尺寸的影响因素2.4.2 人体尺寸数据的应用 並非一率采用平均值，一般人总有一个模糊的概念，以为采用平均值所设计之尺寸必能符合多数人之需求，事实上，以平均值所设计

20、的用具可能只适合平均人來使用，而此平均人并不存在。2.4.2 人体尺寸数据的应用选择合理的尺度是产品设计最基本的工作之一, 往往也是决定产品是否便于使用的首要因素。雷锋同志与解放牌卡车的故事1. 按人体尺寸的分布. 对于大量生产的机器, 工具和消费品等, 可以按照人的尺寸的分布来进行设计.例如人的衣服和鞋子就是按人的尺寸的分布来决定各种尺寸各生产多少的. 使用这种方法, 生产和管理费用较高, 除非是需求量很大, 否则经济上是不合算的. 在经济上可行的情况下应尽量按人的尺寸的分布来进行设计, 因为这样可以把使用时的不适降到最低限度.2.4.2 人体尺寸数据的应用一、设计中可采用的方案2. 按某一

21、百分位设计 2.4.2 人体尺寸数据的应用如车厢, 通道, 门洞, 座椅的宽度等。这类对象应以大尺寸人体作为设计基准, 应选择高百分位, 如第95, 97.5 等等。包容空间设计举例：防护栏杆高度、热水瓶把手 礼堂座位宽度 屏风高度 是那些需要操作者伸出四肢方可能及的对象。 这时要考虑小个子可以够得着, 应选择小百分位如第2.5, 或第5。举例： 2.4.2 人体尺寸数据的应用可及范围设计2. 按某一百分位设计如车顶的扶手, 吊柜的把手, 或是操纵台上的一个旋钮. 只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的依据者两者又统称“单限值设计”2.3.2 人体尺寸数据的应用 当设计不当只会给一

22、个极端的人带来不利时, 可按单侧百分比来设计。3. 尺寸调节量的控制（又称“双限值设计”）需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依者。2.4.2 人体尺寸数据的应用 当某一设计会给两个极端的人都带来不利时, 应按双侧百分比来设计.。举例：理发椅 牙科椅如：自行车座椅、汽车座椅 2.4.2 人体尺寸数据的应用 调节量应按适应域来设定, 如选择百分之九十的适应域, 调节量应满足第五百分位到第九十五百分位的用户。若选择百分之九十五的适应域, 调节量应满足第2.5百分位到第97.5百分位的用户。 2.4.2 人体尺寸数据的应用4. 平均尺寸设计只需要第50百分位数（P50）作为产品尺寸设计的

23、依据者 当过大过小, 或过高过低都会造成使用不方便时, 这时可按平均尺寸设计,这样可以把不适应的人减少到最低限度. 当被设计物可以调整时, 最初状态也可按人的平均尺寸设计. 举例：门上手把、锁孔高度 一般文具尺寸（含键盘、鼠标等）第二章 人体尺度及测量方法2.4.2 人体尺寸数据的应用讨论： 公共汽车顶棚的扶手横杆高度应属于哪一型产品尺寸设计？ 可见 # 国家标准只是指出解决问题的原则方法，不能代替实际问题的分析解决。2.4.2 人体尺寸数据的应用讨论： 公共汽车顶棚的扶手横杆高度应属于哪一型产品尺寸设计？ 当设计对某一极端的人的不利影响可以通过调整来消除, 而对另一部分人的不利影响无法消除时

24、, 我们可以按后一类人的尺寸进行设计,为前一类人提供调整. 例如, 对于桌子高度的设计, 我们可以按高个子进行设计, 而给矮个子提供脚踏板. 如果按矮个子设计, 高个子的脚就没有地方放.5。按某部分人设计, 为另一部分人提供调整2.4.2 人体尺寸数据的应用为乘客“抓得着” B 型（小尺寸设计） 所用人体尺寸：举手能抓握的高度（举手功能高）J男、女共用，应取女子的小百分位数人体尺寸不太涉及什么安全问题，取 P10 即可研究资料： J = （7/6）H （H：身高） 所取 J 值 P10 =（7/6）1503 =1753.5 mm 结论1：横杆的中心高度应 1753.5 mm2.4.2 人体尺寸

25、数据的应用为乘客“不碰头” A 型（大尺寸设计）所用人体尺寸：身高 H男、女共用，应取男子的大百分位数人体尺寸多少与安全问题有关，宜取 P95可由国标直接查出 H 值 P95 = 1775 mm 两个结论矛盾。还好，本问题挂几根带子、按上抓环就解决了。（上述计算没有引进尺寸修正量。这一简化不会影响这里要说明的问题。） 结论1：横杆的中心高度应 1753.5 mm结论2：横杆的底部高度应 1775 mm2.4.2 人体尺寸数据的应用6。为某些特定的人设计 对于某些非常昂贵的系统, 我们可以根据特定的使用者来设计, 这样可以在保证使用方便的同时降低制造成本. 例如飞机驾驶舱就是根据驾驶员的身体尺寸

26、设计的.二、 人体尺寸百分位数的选择满足度 产品尺寸所适合的使用人群占总使用人群的百分比合理的满足度受多种因素影响、制约，其中安全、经济等都很重要。例如，门、床不能按姚明的身高来设计，火车卧铺照顾身高 1800 mm 者甚至就未必合理了，2.4.2 人体尺寸数据的应用一般原则 一般产品，大、小百分位数可分别选P95和P5（或P90和P10） 对于涉及人的健康、安全的产品，大、小百分位数可分别选 P99 和 P1 （或P95和P5） 当然还要依据经济、重要性、使用者情况等众多因素。例如：防护栏杆的间距，过街天桥的要小一些，花草苗圃的可以大一些。产品人体尺寸设计分类返回第二章 人体尺度及测量方法人

27、体尺寸百分位的选择2.4.2 人体尺寸数据的应用产品类型 所选百分位数 满足度型 P1 和 P99 98 % P5 和 P95 10 %A型 男女共用产品，型、A型、B型、型在选取人体尺寸时是以男性、还是以女性人体尺寸为准？ 请同学分析。2.3.2 人体尺寸数据的应用两个问题： 1）人有高、矮、胖、瘦，公用产品设计时以什么样的人体尺寸为标准、依据？（“标准人”？） 2）人在日常生活和工作中，都不可能都维持人体测量时的标准姿势（裸体、挺直），怎么办？ 2.4.2 人体尺寸数据的应用三、尺寸修正量处理上述问题的原则。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

28、正量）+ 心理修正量 （1）、 功能修正量# 穿着修正量 穿鞋（立姿身高、眼高、肘高、会阴高、） 男：+ 25mm， 女：+20 mm 坐姿坐高、眼高、肩高、 + 6 mm肩宽、臀宽、 + 13 mm胸厚等 + 18 mm2.3.2 人体尺寸数据的应用# 姿势修正量 立姿身高、眼高、 - 10 mm 坐姿坐高、眼高、 - 44 mm# 操作（实现产品功能所需的）修正量上肢前展操作，对于“前展长”（后背到中指指尖的距离，动态尺寸） 按按钮 - 12 mm 推滑板推钮、扳拨扳钮开关 - 25 mm 抓取卡片、票证 - 20 mm 更多实际问题的尺寸修正量还要根据实际情况、环境条件研究实测后确定。 2.4.2 人体尺寸数据的应用2、 心理修正量为了消除空间压抑感或为了美观等因素而加的尺寸修正量。例如 远高于 35米