人体测量概述和常用的数据及应用

1、人体测量概述和常用的数据及应用一、人体测量概述二、常用的人体测量数据三、人体测量数据的应用 四、案 例 第一节 人体测量概述 人体测量学是一门新兴的学科，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。这些测量数据对工作空间的设计，机器、设备设计以及操纵装置等设计具有重要意义，并直接关系到合理地布置工作地，保证合理的工作姿势，使操作者能安全、舒适、准确地工作，减少疲劳和提高工作效率。 一、人体测量的基本术语（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

2、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。 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。 一、人体测量的基本术语（二）测量基准面，如图11-1所示 1.矢状面 通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。 正中矢状面 在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状面。正中矢状面将人体分成左、右对称的两部分。 2.冠状面 通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前

3、、后两部分。 3.水平面 与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两部分。 4.眼耳平面 通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。一、人体测量的基本术语一、人体测量的基本术语 （三）测量方向 （1）在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，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，远离正中矢状面的方向称为外侧。 （3）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。 （4）对于上肢，将桡骨侧称为桡侧，尺骨侧称为尺侧。 （5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，腓骨侧称为腓侧。一、人体测量的基本术语（

4、四）支承面、衣着和测量精确度 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。二、人体尺寸测量分类人体测量学：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： 1、静态人体尺寸测量，见图11-2 2、动态人体尺寸测量，见图11-3三、人体测量方法(一) 测量仪器 1.人体测高仪，见

5、图； 2.人体测量用直脚规，见图； 3.人体测量用弯脚规，见图； 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。三、人体测量方法（二）测量方法 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，具体测量方法详见GB/T 57031999用于技术设计的人体测量基础项目的有关规定。第二节 常用的人体测量数据 一、 我国成年人人体结构(静态)尺寸 参阅GB1000088我国成年人人

6、体尺寸国家标准，主要包括： (一) 人体主要尺寸，见图11-4和表11-1 (二) 立姿人体尺寸，见图11-5和表11-2 (三) 坐姿人体尺寸，见图11-6和表11-3 (四) 人体水平尺寸，见图11-7和表11-4 第二节 常用的人体测量数据二、我国成年人人体功能(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。由于人主要依靠上肢从事各项操作活动，因此本节只给出上肢功能(动态)尺寸，见表11-6 第三节 人体测量数据的应用一、人体测量中的主要统计指标 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

7、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。一、人体测量中的主要统计指标1. 平均值一、人体测量中的主要统计指标2.标准差一、人体测量中的主要统计指标 3.百分位数 在设计中，当需要得到任一百分位的数值时 ，则可按下式进行计算 K为百分比变换系数，见表11-7例11-1 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11-5查得东南区男性身高平均值 1686mm，标准差mm。 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11-7查得，5%与95%的变换系数K。 由此可求得第5百分位数为 （mm） 第9

8、5百分位数值为 1686（mm） 结论：按身高设计产品尺寸，将适用于90的东南区男性。 人体测量尺寸对应的百分率 Ps 式中S为概率数值，可根据 值，在正态分布表中查取例11-2 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11-5查得东北女性身高平均值 =1586mm,标准差SD。则 根据Z 值查表11-8得s=0.1772(取近似值0.177)，由式（11-5）求得P值为 P 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%。二、人体尺寸数据的应用(一)人体测量数据的运用准则 （1）最大最小准则 （2）可调性准则 （3）

9、平均性准则 （4）使用最新人体数据准则 （5）地域性准则 二、人体尺寸数据的应用(一)人体测量数据的运用准则 （6）功能修正与最小心理空间相结合准则 最小功能尺寸 Xmin=Xf 最佳功能尺寸Xopm （7）姿势与身材相关联准则 （8）合理选择百分位和适用度准则 例11-3 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，查表11-3，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 Xmi

10、n= Xf979十251004mm Xopm= Xfp979十25十115=1119mm例11-4 试确定适合中国男人使用的固定座椅座面高度 解：座椅座面高度属于一般用途设计。根据人体数据运用准则，座椅座面高度应取第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11-3，X，功能修正主要应考虑两方面：一是鞋跟高的修正量，一般为，取；另一方面是着装(裤厚)修正量，一般为。即f十。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= Xfp十十0=41.141.0 cm二、人体尺寸数据的应用(二)人体各部分结构

11、参数的计算 由身高计算各部分尺寸，见图11-8 由体重计算体积和表面积 VW 式中：V为人体体积(L)；W为人体体重(kg) 人体表面积可参照第八章人体表面积计算公式 二、人体尺寸数据的应用(三)人体身高在设计中的应用 以身高为基准的设备和用具尺寸推算方法见 图11-9，图中有关尺寸定义参阅表11-10。案例基于人体测量的羊毛衫领型结构设计1. 三维人体测量实验2.测量数据的处理与分析3.羊毛衫领型结构设计4.结论1.三维人体测量实验1.1 TecMath非接触三维人体测量系统本实验使用德国TecMath公司非接触三维人体激光扫描仪进行人体数据采集,能够在810s内扫描高的区域,分辨率可达0.

12、15mm,测量精度2mm。1.2 测量范围随机抽取200名年龄在1926岁之间的在校男大学生作为测量对象。案例2.测量数据的处理与分析2. 1数据预处理首先应用箱图对数据奇异值进行寻找，把奇异值删除形成缺失值，并利用对缺失值进行处理的常用方法处理。其次，进行配对样本t检验。检验结果表明，对人体对称部位分析时只采取一侧指标即可。因子分析第一因子主要描述颈部围度和宽度、颈中围、颈根围、颈中横宽、颈中纵宽、后颈根围、肩颈从宽；第二因子主要描述肩部宽度、总肩宽、小肩宽；第三因子主要描述高度、颈长；第四因子主要描述肩部斜度、肩斜角。表1为因子累积贡献率表。案例案例表1 因子累积贡献率表聚类分析使用R型聚

13、类，对变量进行聚类。在不同类中提取反映人体颈部特征的特征项目，将特征指标与样板制作紧密联系起来。经过分类，把10个测量项目分成5类：并参考领型结构设计所需要的人体测量尺寸，提取了颈根围、后颈根围、肩颈从宽、颈长、总肩宽共5个特征尺寸。回归分析（表2）通过领型样板尺寸中横开领大小、直开领大小与人体部位的关系，结合几何方法通过回归分析可以求得表3的计算公式(数据经过调整)。案例案例表2 颈部控制部位与胸围、身高的一元、二元回归方程式案例表3 计算公式表 cm3.羊毛衫领型结构设计3.1 Primavision设计软件和辅助羊毛衫设计3.2 羊毛衫领型成品规格设计利用Primavision设计软件进

14、行羊毛衫领型结构设计。羊毛衫领型规格如表4(横、纵密为每10cm的横、纵向线圈数)所示案例案例表4 羊毛衫领型规格表3.3 领型结构设计图1、图2是Primavision系统的吓数纸(即羊毛衫编织生产工艺单)的设计界面案例图1 前片编制样版图2 后片编制样版4.结论领型设计是羊毛衫设计最重要部分之一。它影响羊毛衫穿着的合体性、舒适性和美观性。本例实现了准确获取和利用较多的人体颈部部位尺寸，应用于羊毛衫领型样板的制作，提高了毛衫领型的合体性。案例复习思考题 1.我国成年人身体尺寸分成西北、东南、华中、华南、西南、东北 等六个区域，这对产品设计有何影响? 2.某地区人体测量的均值 1650mm，标

15、准差SD，求该 地区第95、90及第80的百分位数。 3.巳知某地区人的足长均值 ，标准差SD，求 适用该地区90%的人们穿的鞋子长度值。 4.为什么说人体测量参数是一切设计的基础? 5.如何选择百分位和适用度? 6.为什么要进行功能修正量和心理修正量的确定?怎样确定?图11-1返回图11-2返回图11-3返回返回返回返回图11-4返回图11-5返回图11-6返回图11-7返回图11-8返回图11-9返回返回 年龄分组 百分 测量 位数项目男（1860岁）女（1855岁）1510509095991510509095991.1 身高/mm15431583160416781754177518141

16、4491484150315701640165916971.2 体重/kg44485059707583394244526366711.3 上臂长/mm2792892943133333383492522622672843033023191.4 前臂长/mm2062162202372532582681851931982132292342421.5 大腿长/mm4134284364654965055233874024104384674764941.6 小腿长/mm324338344369396403419300313319344370375390表11-1 人体主要尺寸返回 年龄分组 百分测量 位数项

17、目男（1860岁）女（1855岁）1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 992.1 眼高1436 1474 1495 1568 1643 1664 17051337 1371 1388 1454 1522 1541 15792.2 肩高1244 1281 1299 1367 1435 1455 14941166 1195 1211 1271 1333 1350 13852.3 肘高925 954 968 1024 1079 1096 1128873 899 913 960 1009 1023 10502.4 手功能高206 216 220 237 253 258

18、268185 193 198 213 229 234 2422.5 会阴高413 428 436 465 496 505 523387 402 410 438 467 476 4942.6 胫骨点高324 338 344 369 396 403 419300 313 319 344 370 375 390表11-2 立姿人体尺寸 单位：mm返回 年龄分组 百分测量 位数项目 男（1860岁）女（1855岁）1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 993.1 坐高836 858 870 908 947 958 979789 809 819 855 891 901 92

19、03.2 坐姿颈椎点高599 615 624 657 691 701 719563 579 587 617 648 657 6753.3 坐姿眼高729 749 761 798 836 847 868678 695 704 739 773 783 8033.4 坐姿肩高539 557 566 598 631 641 659504 518 526 556 585 594 6093.5 坐姿肘高214 228 235 263 291 298 312201 215 223 251 277 284 2993.6 坐姿大腿厚103 112 116 130 146 151 160107 113 117 1

20、30 146 151 1603.7 坐姿膝高441 456 461 493 523 532 549410 424 431 458 485 493 5073.8 小腿加足高372 383 389 413 439 448 463331 342 350 382 399 405 4173.9 坐深407 421 429 457 486 494 510388 401 408 433 461 469 4853.10 臀膝距499 515 524 554 585 595 613481 495 502 529 561 570 5873.11 坐姿下肢长892 921 937 992 1046 1063 109

21、6826 851 865 912 960 975 1005表11-3 坐姿人体尺寸 单位：mm 返回 年龄分组 百分测量 位数项目 男（1860岁）女（1855岁）1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 994.1胸宽242 253 259 280 307 315 331219 233 239 260 289 299 3194.2胸厚176 186 191 212 237 245 261159 170 176 199 230 239 2604.3肩宽330 344 351 375 397 403 415304 320 328 351 371 377 3874.4最大

22、肩宽383 398 405 431 460 469 486347 363 371 397 428 438 4584.5臀宽273 282 288 306 327 334 346275 290 296 317 340 346 3604.6坐姿臀宽284 295 300 321 347 355 369295 310 318 344 374 382 4004.7坐姿两肘间宽353 371 381 422 473 489 518326 348 360 404 460 478 509 4.8胸围762 791 806 867 944 970 1018717 745 760 825 919 949 100

23、54.9腰围620 650 665 735 859 895 960622 659 680 772 904 950 10254.10臀围780 805 820 875 948 970 1009795 824 840 900 975 1000 1044表11-4 人体水平尺寸 单位：mm 返回项目东北、华北区西北区东南区华中区华南区西南区平均值标准差平均值标准差平均值标准差平均值标准差平均值标准差平均值标准差体 重kg男648.2607.6597.7576.9566.9556.8女557.7527.1517.1506.8496.5506.9身高/mm男169356.6168453.7168655.

24、2166956.3165057.1164756.7女158651.8157551.9157550.8156050.7154949.7154653.9胸 围/mm男88855.588051.586552.085349.285148.985548.3女84866.483755.983159.882055.881957.680958.8表11-5 身高、胸围、体重的平均值表11-6 我国成人男女上肢功能尺寸/mm 测 量 项 目男（1860岁）女（1855岁）P5 P50 P96P5 P50 P96立姿双手上举高立姿双手功能上举高立姿双手左右平展宽立姿双臂功能平展宽立姿双肘平展宽坐姿前臂手前伸长坐姿

25、前臂手功能前伸长坐姿上肢前伸长坐姿上肢功能前伸长坐姿双手上举高跑姿体长跪姿体高俯卧体长俯卧体高爬姿体长爬姿体高1971 2108 22451869 2003 2138 1579 1691 18021374 1483 1593816 875 934416 447 478310 343 376777 834 892673 730 7891249 1339 1426592 626 6611190 1260 1330 2000 2127 2257364 372 383 1247 1315 1384761 798 8361845 1968 20891741 1860 19761457 1559 1659

26、1248 1344 1438756 811 869383 413 442277 306 333712 764 818607 657 707 1173 1251 1328553 587 6241137 1196 12581867 1982 2102359 369 3841183 1239 1296 694 738 783返回返回百分比（%）K百分比（%）K百分比（%）K0.51.02.551015202.5762.3261.9601.6451.2821.0360.8422.53050707580850.6740.5240.0000.5240.6740.8421.036909597.599.099

27、.51.2821.6451.9602.3262.576表11-7 百分比与变换系数K第四节人体尺寸数据的应用本节大纲：尺寸修正量构成功能修正量心理修正量人体尺寸数据选择分类功能尺寸的设定中国地质大学安全工程系尺寸修正量的构成尺寸修正量的构成 GBT l2985-1991中国地质大学安全工程系功能修正量 穿着修正量 姿势修正量 操作修正量 功能修正量：为保证实现产品功能，对作为产品设计依据的人体尺寸所作的尺寸修正量。包括以下三部分：功能修正量穿着修正量 1.穿鞋修正量： 立姿身高、眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高等 男子：+25mm，女子：+20mm。 2. 着衣着裤修正量： 坐姿坐高、眼高、

28、肩高、肘高等 6mm； 肩宽、臀宽等+13mm； 胸厚+18mm； 臀膝距+20mm。 穿着修正量包括以下两个组成部分:功能修正量姿势修正量立姿身高、眼高、肩高、肘高等，一l0mm；坐姿坐高、眼高、肩高、肘高等，一44mm。姿势修正量：人们正常工作、生活时，全身采取自然放松的姿势所引起的人体尺寸变化。功能修正量操作修正量操作修正量 ：实现产品功能所需的修正量如上肢前展操作，前展长指的是：后背到中指指尖的距离在按按钮时，一12mm；在推滑板推钮、扳拨扳钮开关时一25mm；在取卡片、票证时，一20mm中国地质大学安全工程系修正量对于各个修正量：操作远不限于“上肢前展操作”这一种情况,操作有用上肢的

29、、也有用下肢的；用上肢时有在前方操作的，也有在其他各种方向操作的等。事实上国标中也不可能给出所有各种操作修正量的数据。所以，更多“操作修正量”数据，同样需要设计工作者根据实际情况，通过研究实测来加以确定。心理修正量定义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。如工程机械驾驶室，若其空间大小刚刚能容下人们完成必要的操作活动，是不够的，因为这样会使人们在其中感到局促和压抑，为此应该放出适当的余裕空间。这余裕空间就是心理修正量。心理修正量确定原则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。以客轮客舱、大学生宿舍和礼堂剧院这三种室内空间来对比，三者的心理空间尺寸修正量

30、显然依次一个比一个应该大得多。 因此，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。 尺寸修正量各种尺寸修正量有正值也有负值，总的尺寸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)+心理修正量中国地质大学安全工程系人体尺寸数据选择分类依产品功能分类选择人体尺寸数据分为以下三类：型产品尺寸设计(又称“双限值设计”)2.型产品尺寸设计(又称“单限值设计”)3.型产品尺寸设计(又称“平均尺寸设计”）人体尺寸百分位数的选择功能尺寸的设定功能尺寸：是指为保证产品实现某项功能所确定的基本尺寸。这里所说的功能尺寸基本限于人机工程范围中与人体尺寸有关的尺寸；通常也有别于标注在加工制作图样上的尺寸。例如：沙发座面高度的功能尺寸，是指有人坐在上面、被压变形后的高度尺寸。 产品最小功能尺寸的设定产品最小功能尺寸=相应百分位数的人体尺寸+功能修正量中国地质大学安全工程系产品最佳功能尺寸的设定产品最佳功能尺寸=相应百分位数的人体尺寸+功能修正量+心理修正量=产品最小功能尺寸+心理修正量中国地质大学安全工程系第五节设施器物的人体尺寸适应性 上图是设施器物设计合理的典范。 a、b、c分别为小、中、大型机床，它们整体尺寸相差悬殊，但它们的操纵装置都应该安置在操作者肢体易于活动的范围内。 中国地质大