陕西科技大学人机工程学精品课程教案市公开课获奖课件

1、第二章 人体测量及其应用Anthropometry and Application 主要内容二、人体测量基本术语四、人体尺寸应用 三、惯用人体测量数据（见普通人机工程学P8-13一、人体测量基本知识第1页第1页一、人体测量基本知识Foudamentals of Anthropometry 1、定义： 人体测量学是一门用测量办法研究人体体格特性科学。它是通过测量人体各部位尺寸来拟定个体之间和群体之间在人体尺寸上差别，用以研究人形态特性，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。（如图21）第2页第2页第3页第3页一、人体测量学基本知识2、人体测量数据种类：类型静态尺寸动态尺寸人体结构上尺寸人

2、体功效上尺寸（包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量尺寸）第4页第4页二、人体测量基本术语Terminology of Anthropometry1、被测者姿势：（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，使两足大体呈45角，体重均匀分布于两足。见图26。第5页第5页（2）坐姿： 挺胸坐在被调整到腓骨头高度平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大体平行，膝弯曲大体成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。见图27。第6页第6页2、测量基准面 人体基准面定位是由三个

3、互为垂直轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定。人体测量中设定轴线和基准面如图22。 矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面； 眼耳平面。第7页第7页3、测量方向(1)在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。(2)在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面方向称为内侧，将远离正中矢状面方向称为外侧。第8页第8页3、测量方向 (3)在四肢上，将靠近四肢附着部位称为近位，将远离四肢附着部位称为远位。（4）对于上肢，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。（5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。 第9页第9页4、支承面和衣着 立姿时站立地面或平台以及坐姿时椅平面应是水平、稳固、不可压缩。第10

4、页第10页5、基本测点及测量项目（GB397583）（GB397585测量办法）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项目（69项）第11页第11页6、人体测量主要仪器 (1) 人体测高仪: 主要用来测量身高、坐高、立姿和坐姿眼高以及伸手向上所及高度等立姿和坐姿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直线距离，尤其适宜测量距离较短不规则部位宽度或直径。如耳、脸、手、足。 第12页第12页6、人体测量主要仪器（3）用于不能直接以直尺测量两点间距离测量，如测量肩宽、胸厚等部位尺寸。第13页第13页7、人体测量中主

5、要统计函数（术语）总体、样本均值、原则差术语适应域百分位百分位数第14页第14页总体 统计学中，把所要研究全体对象集合称为“总体”。人体尺寸测量中，总体是按一定特性被划分人群。因此，设计产品时必须理解总体特性，并且对该总体命名，比如，中国成年人、中国飞行员等。样本 统计学中，把从总体取出许多个体所有称为“样本”。各种人体尺寸手册中数据就是来自这些样本，因此，设计人员必须理解样本特点及其表示总体。第15页第15页均值 描述一个分布，必须用两个主要统计量：均值和原则差。前者表示分布集中趋势；后者表示分布离中趋势。均值计算公式为： 原则差原则差计算公式为： 为相加，N为测量次数， 为各单独测量值，M

6、为均值。S为原则差，其它符号与（1）相同。第16页第16页适应域 一个设计只能取一定人体尺寸范围，只考虑整个分布一部分“面积”，称为“适应域”，适应域是相对设计而言，相应统计学置信区间概念。 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某一边。第17页第17页百分位百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。比如，50%称为第50百分位。百分位数百分位数是百分位相应数值。比如，身高分布第5百分位数为1543，则表示有5%人身高将低于这个高度。 在人体测量资料中，经常给出是第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%-

7、50%之间数值：P=M-（SK）50%-99%之间数值：P=M+（SK）M为原则值；S为原则差；K为百分比变换系数。第18页第18页人体尺寸区域划分东北、华北区西北区东南区华中区华南区西南区黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东、北京、天津、河北。甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁夏、河南、新疆。安徽、江苏、上海、浙江。湖南、湖北、江西。广东、广西、福建。贵州、四川、云南。第19页第19页东北、华北区西北区东南区华中区华南区西南区各地域身高、体重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

8、.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); S=56.7(53.9)体重:M=55(50); S=6.8(6.9)第20页第20页百分比相应变换系数K 5%1.64510%1.28220%0.84225%0.67450%0.00075

9、%0.67480%0.84290%1.28295%1.645第21页第21页例1设计适合用于90%华北男性使用产品，试问应按如何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，原则差S=56.6mm.要求产品适合用于90%人，故以第5百分位和第95百分位拟定尺寸界线值，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）=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%华北男性。讨论：平均值是作为设计基本尺寸，而原则差是作为设计调整量。第

10、22页第22页注意：例中被排除10%人，是10%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影响和经济效果。 当需要得到某项人体测量尺寸M1所处百分率P时，可按下列环节及公式求得：Z=（M1-M）/S然后依据Z值查表得小p值，再按下列公式求百分率P；即P=0.5+p以下列例题阐明：第23页第23页例2已知男性A身高1720mm,试求有百分之多少西北男性超出其高度？解：由表查得西北男性身高平均值M=1684mm，原则差S=53.7mm那么Z=（1720-1684）/53.7=0.670再依据Z=0.670查表得p=0.2486(0.249)即P=0.5+0.249=0.74

11、9 结论：身高在1720mm下列西北男性为74.9%，超出男性A身高西北男性则为25.1%。第24页第24页影响人体测量数据差别原因：三、惯用人体测量数据（见教材）年龄性别年代地域与种族职业第25页第25页年 龄注意：在采取人体尺寸时，必须判断对象适合那些年纪组，要注意不同年纪组尺寸数据差异。比如：人体尺寸增加过程：男20岁、女18岁。（结束）手尺寸：男15岁、女13岁。（达到一定值）脚大小：男17岁、女15岁。（基本定型）成 年 人：身高随年纪增加而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年纪增加而增加。第26页第26页性 别 男女之间差别：1、对于大多数人体尺寸，男性比女性大些；（但有四个尺

12、寸胸厚、臀宽、臂部及大腿周长正相反）2、同整个身体相比，女性手臂和腿较短，躯干和头占百分比较大，肩较窄，骨盆较宽；3、皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上分布，男女也有明显差别；4、在腿长度尺寸起主要作用场合（如座姿操作岗位），考虑女性人体尺寸至关主要。第27页第27页年 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：欧洲居民每隔身高增长11.4cm;美国都市男性青年在19731986年间身高增长2.3cm;日本男性青年在19341965年31年间身高增长5.2cm、体重增长4kg、胸围增长3.1cm;我国原广州中山医学院男性在19561979年23年间身高增长4.38cm、女

13、性身高增长2.67cm。 第28页第28页 地域与种族注意点： 因为不同国家、不同地域、不同种族人体尺寸差异，即使是同一国家，不同地域人体尺寸也有差异。因此，在设计中考虑产品多民族通用性。第29页第29页职 业 不同职业人，在身体大小及百分比上也存在着差异。比如，普通体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些。第30页第30页四、人体尺寸应用Application of Human Body Dimensions(一）主要人体尺寸应用原则之一1、极限设计原则：主要内容包括设计最大尺寸参考人体尺寸低百分位；设计最小尺寸参考人体高百分位。2、可调原则：设计优先采用可调式结构。普通调整范围应从第5百

14、分位到第95百分位。3、平均尺寸原则：设计中采用平均尺寸计算。（多数专家不主张按平均尺寸设计）第31页第31页人体身高在设计中应用办法（二）第32页第32页（三）人体作业空间设计之一立姿活动空间：立姿时人活动空间不但取决于身体尺寸，并且也取决于保持身体平衡微小平衡动作和肌肉松弛、脚站立平面不变时，为保持平衡必须限制上身和手臂能达到活动空间。第33页第33页（三）人体作业空间设计之二坐姿活动空间第34页第34页（三）人体作业空间设计之三单腿跪姿活动空间仰卧活动空间第35页第35页（四）人体各部分结构参数计算人体体积计算V=1.01W-4.937(V为人体体积L，W为人体体重Kg)人体表面积计算

15、由身高计算各部分尺寸（见下图）W第36页第36页由身高计算各部分尺寸第37页第37页（五）坐椅设计人机要求 一、座姿舒适性概念 1、概述 人坐着时，大腿和上肢重量必须由座面来支撑，人骨盆下面有两块小面积圆骨能支持上身大部分体重。座面上臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触大腿下部，此处压力至少。 坐骨下面座面应近似水平，以使股骨不承受过度压迫，斗形座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感。第38页第38页2、舒适座椅探讨舒适座椅可分下列各部分来探讨： 座椅硬度及形状；背垫硬度及形状；背垫与座垫关系；身体支撑舒适度和座面舒适度；座椅通

16、气程度等。第39页第39页要把人坐姿与座椅样式和尺寸联络起来；座椅尺寸应适宜于就坐者人体尺寸；座椅要适于就坐者保持不同姿势需要和调整坐姿需要；靠背结构和形状要尽也许降低就坐者背部和脊柱疲劳；座椅上应配有适当质地坐垫以改进臀部及背部体压分布。二、座椅设计原则第40页第40页 三、座椅尺寸设计人躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；上身应保持稳定；座位高度应不使大腿肌肉受压；能够变换或调整坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽也许降低身体不舒适感。1、座椅尺寸设计应遵循下列原则：第41页第41页2、座椅主要尺寸设计座高定义：座高是指地面至就坐后面上坐骨支承处高度。适当座高应使臀部受力符合要求。讨论：座位过高，则不能使体重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，并且上、下腿和背部肌肉都会紧张。座高过低，则会使背部肌肉紧张，久而久之会产生背痛。因此，座高普通不宜超出小腿高（约为身高1/4），按中国人原则，可取为380450mm。第42页第42页 讨论： 座深应使臀部得到全部支撑，同时，要求座面前沿不过度伸出，以预防挤压小腿，而且座面前沿应离开小腿一定距离，以确保小腿灵活性。 普通情况下，座深应取450mm。2、座椅主要尺寸设计座深定义：座深是指座面前后距离。第43页第43页2、座椅主要尺寸设计座宽 座宽应满足臀部就坐所需要尺度，使人能自如地调整坐姿，普通取400500m