第二章人体的人机学参数-ppt=安全人机工程学=湖南工学院

第二章

人体的人机学参数内容第一节人体有关参数的测量第二节人体测量数据的应用一、人体测量的基本知识二、人体测量中的主要统计函数三、人体尺寸数据的部分特性四、人体参数的测量与计算五、人体测量的数据处理第一节人体有关参数的测量一、人体测量的基本知识（一）人体测量的基本术语1、被测者姿势2、测量基准面3、测量方向

4、支承面和着装

5、基本测点及测量项目

（二）人体尺寸测量用的主要仪器第一节人体有关参数的测量（一）人体测量的基本术语1、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，使两足大致呈45角，体重均匀分布于两足。（一）人体测量的基本术语

（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。（一）人体测量的基本术语2、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如图。矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面；图1人体测量基准面和基准轴图1-b人体测量基准面和基准轴图1-a人体测量基准面和基准轴（一）人体测量的基本术语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，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将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，将远离四肢附着部位的称为远位。（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。（一）人体测量的基本术语4、支承面和着装

立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平、稳固的，且不可压缩。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，在测量胸围时，男性应撩起汗背心、女性应松开胸罩后进行测量。5、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）（一）人体测量的基本术语图2-a测量项目-立姿图2-b测量项目-立姿图2-c测量项目-立姿图2-d测量项目-立姿图2-e测量项目-立姿图2-f测量项目-立姿图3-a测量项目-坐姿图3-b测量项目-坐姿图3-c测量项目-坐姿图3-d测量项目-坐姿图3-e测量项目-坐姿6、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）

在人体尺寸测量中所采用的人体测量仪器有：人体测高仪、人体测量用直脚规、人体测量用弯脚规、人体测量用三脚平行规、坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺以及医用磅秤等。

人体测高仪直脚规弯脚规（参见图4-a

见图4-b

见图4-c）（二）、人体尺寸测量用的主要仪器图4-a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。(1)人体测高仪:图4-b人体测量用直脚规（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。图2-4人体测量用弯脚规(4-c)

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。(3)弯脚规二、人体测量中的主要统计函数在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，根据概率论与数理统计理论对人体测量数据进行统计分析，从而获得群体尺寸的统计规律和特征参数。群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律对人体尺寸的分布状况常采用两种方法描述：第一种：每一项人体尺寸都给出7个百分位数的数据；第二种：给出人体尺寸均值和标准差。二、人体测量中的主要统计函数总体、样本均值、标准差术语适应域百分位百分位数总体

统计学中，把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。人体尺寸测量中，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。均值描述一个分布，必须用两个重要的统计量：均值：表示分布的集中趋势标准差：表示分布的离中趋势。均值的计算公式为：

标准差标准差的计算公式为：

为相加，N为测量次数，为各单独测量值，M为均值。S为标准差，其他符号与（1）相同。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。适应度反映了设计所能适应的身材的颁布范围。满足度是产品尺寸所适合的使用人群占总使用人群的百分比，产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率。也就是说从人体工程学角度看，你的设计适合多少人。确定一个合适的满足度其依据是用户总体的人体尺寸、技术上的可能性和经济上合理性。每一项设计总希望能够完美地适应所有人员，但在实际上这是不可能的。出于经济的考虑，常常确保其90%的满足度，如果可能的话，应尽量取到95%~98%。适应度与满足度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%之间的数值：P=M-（SK）50%-99%之间的数值：P=M+（SK）M为标准值；S为标准差；K为百分比变换系数。人体尺寸的区域划分东北黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古华北山东、北京、天津、河北；

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。区：西北区：东北华北区身高:M=1693（1586）S=56.6(51.8)体重:M=64（55）；S=8.2(7.7)西北区：身高:M=1684(1575);S=53.7(51.9)体重:M=60(52);S=7.6(7.1)东南区：身高:M=1686(1575);S=55.2(50.8)体重:M=59(51);S=7.7(7.2)华中区：身高:M=1669(1560);S=56.3(50.7)体重:M=57(50);S=6.9(6.8)华南区：身高:M=1650(1549);S=57.1(49.1)体重:M=56(49);S=6.9(6.5)西南区：身高:M=1647(1546);S=56.7(53.9)体重:M=55(50);S=6.8(6.9)各地区身高、体重的M、S值百分比对应的变换系数K5%———1.64510%———1.28220%———0.84225%———0.67450%———0.00075%———0.67480%———0.84290%———1.28295%———1.645例：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）=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值查表得小p的值再按下列公式求百分率PP=0.5+p

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M=1684mm，标准差S=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%。三、人体尺寸数据的部分特性（一）群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律（二）各人体尺寸之间一般具有线性相关性（三）人体各尺寸大小及各尺寸间比例关系，与不同国家、种族、不同时代的人群相关（二）各人体尺寸之间一般具有线性相关性正常成年人人体各部分尺寸之间存在一定的比例关系，各人体尺寸之间一般具有线性相关性身高、体重、手长等是基本的人体尺寸数据，按正常人体结构关系，以站立平均身高为基数通常可以推算人体其他部位的尺寸数据。

Y=aX+bY——某一人体尺寸数据X——身高、体重、手长等基本人体尺寸（之一）a、b——（对于特定的人体尺寸）常数

（三）人体各尺寸大小及各尺寸间比例关系，与不同国家、种族、不同时代的人群相关1、地区因素：

一个国家由于地区不同，人体数据也有差异。2、性别因素：

平均身高，男性比女性高100mm左右3、年龄因素：

身高的增长，在22岁之前，呈上升趋势，30岁以后，呈下降趋势。4、民族因素：

每个民族都有自己的人体数据，不能套用其他民族的测量结果来设计本民族的机具。同样对于不同种族、国家、民族来说，人体尺寸之间具有的线性相关关系Y=aX+b都是适用的，但是系数a和b却随着这些的不同而有所不同。四、人体参数的测量与计算1、我国成年人的人体结构尺寸2．

我国成年人人体动态尺度

3、常用人体功能尺寸测量区域4、手、脚作业域测量5、有关人机学参数计算

1、我国成年人的人体结构尺寸

图2-5立姿人体尺寸上臂长前臂长身高大腿长小腿长眼高肩高会阴高肘高胫骨点高手功能高图2-6坐姿人体尺寸坐高坐姿颈椎点高坐姿肩高坐姿肘高坐姿眼高坐姿大腿厚坐姿膝高坐姿下肢长小腿加足高坐深臂膝距图2-7人体水平尺寸最大肩宽肩宽胸宽臀宽腰围臀围胸围胸厚坐姿两肘肩宽坐姿臀宽表2—2人体主要尺寸(单位：mm)

表2-3立姿人体尺寸(单位：mm)

表2-4坐姿人体尺寸(单位：mm)表2-5人体水平尺寸（单位：mm）

表2-6各区域的体重、身高和胸围三项参数的均值和标准差2．

我国成年人人体动态尺度

（1）肢体活动角度范围

图2-8人体肢体活动角度范围人体上部及上肢固定姿势活动角度范围坐姿上身及手的可及范围（2）不同姿势时手能及的空间范围立姿上身及手的可及图2-11单腿跪姿上身及手的可及范围图2-12仰卧姿势手及腿的活动空间3、常用人体功能尺寸测量区域4、手、脚作业域测量（1）手的测量

人体手部尺寸人体手部尺寸男女手部控制部位尺寸的回归方程(A)水平作业域手在水平面的正常作业阈和最大作业域（cm）

坐姿抓握作业域（cm）

(B)垂直作业域立姿单臂垂直作业域图

立姿双臂垂直作业域身高与摸高的关系2）脚的测量脚的测量人体足部尺寸人体足部尺寸脚作业空间脚的作业区域5、有关人机学参数计算1）用人体身高尺寸计算人体各部分尺寸正常成年人人体各部分尺寸之间存在一定的比例关系，因而按正常人体结构关系，以站立平均身高为基数来推算各部分的结构尺寸是比较符合实际情况的。坐姿静态尺寸编号图坐姿静态尺寸与身高的关系

单位：cm参数名称计算公式参数名称计算公式座高膝高坐姿臀高肘关节至椅面高臀部至小腿长大腿厚S1=0.523HS2=0.311HS3=0.249HS4=0.135HS5=0.280HS6=0.086H臀宽肩宽手前举水平距离坐姿眼高两手平举直线距座面至臂上举高度S7=0.203HS8=0.229HS9=0.462HS10=0.454HS11=1.03HS12=0.795H立姿静态尺寸图2）用人体体重计算人体体积和表面积（参见教材）（A）人体体积计算（适用于体重在50～100kg男子）V=1.015W-4.937 式中

V—人体体积，L；W—人体体重，kg。（B）用身高、体重、表面积求算有关人机学参数（C）人体表面积计算：Bubois算法

S=KR·W0.425·H0.725 Stevenson算法S=0.0061H+0.0128W—0.1529 赖氏算法

S=0.0235H0.42246W0.051456

式中

S—人体表面积，m2；H—人体身高，cm；W—人体体重，kg；KR—人种常数，中国人取72.46。五、人体测量的数据处理人体测量的数据处理步骤:1．将人体测量数据分类分组2．划出频数分布，作直方图与概率计算3．确定假定平均数4．计算离均差5．计算并列表

五、人体测量的数据处理1．将人体测量数据分类分组首先要定“组距”，组距可根据“全距”来划定。所谓“全距”就是测量值中最大值与最小值之差。身高——20mm；胸围——20mm；体重——2kg；握力——3kg；拉力——5kg；椅高——5mm；立姿眼高——15mm。

五、人体测量的数据处理2．划出频数分布，作直方图与概率计算将各测量值归入适当组内，“对号入座”，作出直方图；概率：某一组的频数除以总频数（组受测人数÷总受测人数）。如手动控制器的设计：其最大高度应取决于第5%身材的人直立时能够接触得到；而最低高度应该是第95%身材的人的指节高度。

五、人体测量的数据处理3．确定假定平均数假定平均数：组中的上限加下限除以2而得，亦即此组的组中值。理论上讲，假定平均数选哪一组都可以，对测量指标均无影响；通常以选取与真实平均数相接近的一个组，较为简便。有时，亦选频数较多那一组的组中值作为平均数。

五、人体测量的数据处理4．计算离均差离均差就是各组与假定平均数的差数

式中

x——离均差；Gi——各组的组中值；Go——假定的组中