第二章 人的形体参数.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,安全工程学院 马辉,第二章,人的形体参数,第一节,人体测量,第二节,常用,人体,测量数据,第三节,人体测量数据的应用,第四节,人体,数学模型,第五节 人体模板,1/28/2026,一、,人体测量的基本术语,（,Terminology of Anthropometry,）,人体测量,：为设计和改善人机环系统，而对人体各部分的外观形态特征及各项数据等参数进行的测量。,人体测量学,(anthropometry),是人机工程学的一门分支学科，,是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。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。,1/28/2026,基本姿势,（,立姿,、,坐姿,）,测量基准面,测量方向,支承面和着装,基本测点及测量项目,第一节 人体测量,1/28/2026,（,1,）直立姿势,（简称立姿）：,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，使两足大致成,45,夹角，体重均匀分布于两足。为确保直立姿势正确，被测者应使足后跟、臀部和后背部与同一铅垂面相接触。,1.,测量姿势,（参见国标,GB3975,88,中的规定）,图,2-4,立姿,1/28/2026,图,2-a,测量项目,-,立姿,1/28/2026,图,2-b,测量项目,-,立姿,1/28/2026,图,2-c,测量项目,-,立姿,1/28/2026,图,2-d,测量项目,-,立姿,1/28/2026,图,2-e,测量项目,-,立姿,1/28/2026,图,2-f,测量项目,-,立姿,1/28/2026,（,2,）坐姿：,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。为确保坐姿正确，被测者的臀部、后背部应同时靠在同一铅垂面上。,图,2-5,坐姿,1/28/2026,图,3-a,测量项目,-,坐姿,1/28/2026,图,3-b,测量项目,-,坐姿,1/28/2026,图,3-c,测量项目,-,坐姿,1/28/2026,图,3-d,测量项目,-,坐姿,1/28/2026,图,3-e,测量项目,-,坐姿,1/28/2026,2.,测量基准面,（,1,）,矢状面 人体测量基准面的定位是由三个互相垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。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。,（,2,）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平面。正中矢状平面将人体分成左、右对称的两个部分。,（,3,）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、后两个部分。,（,4,）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、下两个部分。,（,5,）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（,OAE,）。,图,2-6,基准面,1/28/2026,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,1/28/2026,3.,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,）,在上肢上，将挠骨侧称为,挠侧,，将尺骨侧称为,尺侧（前臂内侧）,。,（,5,）,在下肢上，将胫骨侧称为,胫侧（小腿内侧）,，将腓骨侧称为,腓侧,。,1/28/2026,4.,支承面和衣着,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；要求裸体或尽量少的内衣。,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）,国际,GB397583,测点、测量项目,国际,GB570385,测量方法,1/28/2026,静态人体测量,：被测者静止的站立或坐着进行的一种测量方式。,动态人体测量,：被测者处于动作状态下所进行的测量。,二、,人体测量的分类,1/28/2026,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,直脚规,（参,见图,4-a,见图,4-,b,见图,4-c,）,继 续,三、,人体尺寸测量方法,1/28/2026,图,4-a,人体测高仪,1/28/2026,又称为马丁测高仪。由主尺杆、固定尺座、活动尺座管形尺框、两支直尺和两支弯尺构成。主尺杆由,3,4,节金属管相互套接而成，测量范围是,0,2000,毫米。可测量人体的身高、坐高和体部的各种高度。当它的第一节金属管的固定尺座与活动尺座各插一支直尺时，可作为大型活动直脚规使用。可测活体的肩宽、胸宽等，也可测骨骼的股骨体长等。在活动尺座和固定尺座各插一支弯脚时，可作为大型弯脚规使用，用于测量胸部矢状径等。,1/28/2026,图,4-b,人体测量用直脚规,1),直脚规,由固定直脚、活动直脚、主尺和尺框等组成。固定直脚与活动直脚的一端扁平呈鸭嘴形，主要用于测量活体；另一端尖锐，主要用于测量骨骼。直脚规的主尺范围是,0200,毫米，可测量,200,毫米范围以内的直线距离,1/28/2026,图,2-4,人体测量用弯脚规,(4-c),由左弯脚、右弯脚、主尺和尺框构成。可用于测量活体和骨骼。弯脚规的主尺范围是,0300,毫米，可测量,300,毫米范围以内的直线距离。,1/28/2026,描述一个分布，必须用两个重要的统计量：,均值和标准差,。前者表示分布的集中趋势；后者表示分布的离中趋势。,均值,方差,四、,人体测量中的主要统计函数,1/28/2026,标准差,标准差的计算公式为：,S,D,为标准差，其他符号与上面的相同。,抽样误差,抽样误差的计算公式为：,1/28/2026,百分位,百分位由百分比表示，表示设计的适应域，称为,“,第几百分位,”,。例如，,50%,称为第,50,百分位，用,P,K,表示。,百分位数,百分位数是百分位对应的测量数值。例如，身高分布的第,5,百分位数为,1583,，则表示有,5%,的人的身高将低于这个高度。,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。,1/28/2026,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，则可按下式进行计算：,1%,50%,之间的数值,:,50%,99%,之间的数值,:,百分比对应的变换系数,K,1/28/2026,百分比（,%,）,K,百分比（,%,）,K,0.5,2.576,70,0.524,1.0,2.326,75,0.674,2.5,1.960,80,0.842,5,1.645,85,1.036,10,1.282,90,1.282,15,1.036,95,1.645,20,0.842,97.5,1.960,25,0.674,99.0,2.326,30,0.524,99.5,2.576,百分比与变换系数,1/28/2026,当需得到某项人体测量尺寸,X,i,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。,1/28/2026,正态分布表,1/28/2026,一、影响人体测量数据差异的因素：,年龄,性别,年代,地区与种族,职业,第二节 常用人体测量数据,1/28/2026,年 龄,注意：,在采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄组，要注意不同年龄组尺寸数据的差异。,例如：,人体尺寸增长过程：,男,20,岁、女,18,岁,。（结束）,手的尺寸：,男,15,岁、女,13,岁,。（达到一定值）,脚的大小：,男,17,岁、女,15,岁,。（基本定型）,成 年 人：,身高随年龄增长而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄增长而增长。,1/28/2026,性 别,男女之间的差异：,1,、对于大多数人体尺寸，男性比女性大些；,（但有四个尺寸,胸厚、臀宽、臂部及大腿周长正相反）,2,、同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽；,3,、皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别；,4,、在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。,1/28/2026,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,10,年身高增加,11.4cm;,美国城市男性青年在,19731986,年的,13,年间身高增加,2.3cm;,日本男性青年在,19341965,年的,31,年间身高增加,5.2cm,、体重增加,4kg,、胸围增加,3.1cm;,我国原广州中山医学院男性在,19561979,年的,23,年间身高增加,4.38cm,、女性身高增加,2.67cm,。,1/28/2026,地区与种族,注意点：,由于不同国家、不同地区、不同种族的人体尺寸的差异，即使是同一国家，不同地区的人体尺寸也有差异。因此，在设计中考虑产品的多民族的通用性。,1/28/2026,职 业,不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异。例如，一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些。,1/28/2026,二、人体结构尺寸,1,、,我国成年人的人体结构尺寸,参阅,GB10000,88,我国成年人人体尺寸国家标准,图,2-5,立姿人体尺寸,1/28/2026,图,2-6,坐姿人体尺寸,1/28/2026,图,2-7,人体水平尺寸,1/28/2026,表,2,2,人体主要尺寸,(,单位：,mm),1/28/2026,表,2-3,立姿人体尺寸,(,单位：,mm),1/28/2026,表,2-4,坐姿人体尺寸,(,单位：,mm),1/28/2026,表,2-5,人体水平尺寸,（单位：,mm,）,1/28/2026,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,（单位：,mm,）,1/28/2026,人体尺寸的区域划分,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,。,1/28/2026,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？,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。,解：由表查知华北男性身高平均值,=1693mm,，,标准差,S,D,=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,K=1.645,；,即第,5,百分位数华北男性身高为：,x=1693-,（,56.6*1.645,）,=1600mm,第,95,百分位数华北男性身高为：,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。,1/28/2026,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%,。,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,:,1/28/2026,图,2,22,GB1000-88,我国人体各部分尺寸与身高的比例关系,三、人体主要参数的计算,1.,人体各部分尺寸与身高的比例关系,1/28/2026,图,2-23,坐姿静态尺寸编号图,1/28/2026,项 目,公 式,项 目,公 式,坐高,S,1,=0.523H,坐姿两肘间宽,S,8,=0.256H,坐姿膝高,S,2,=0.311H,坐姿臀宽,S,9,=0.203H,小腿加足高,S,3,=0.249H,肩宽,S,10,=0.229H,坐姿肘高,S,4,=0.135H,上肢最大前伸长,S,11,=0.462H,坐姿大腿厚,S,5,=0.086H,坐姿眼高,S,12,=0.454H,臀膝距,S,6,=0.342H,两臂展开宽,S,13,=0.032H,坐深,S,7,=0.280H,座面至中指指尖举高,S,14,=0.795H,美国、加拿大和欧洲男性坐姿各部分尺寸计算公式 （,cm,）,1/28/2026,2.,人体体重与身高的关系,正常体重,理想体重,经常高于或低于正常体重的,10%,，即属于不正常。,1/28/2026,3.,人体体积和表面积的计算,人体体积计算公式,V=1.015W4.937,式中,V,人体体积（,L,）；,W,人体重量（,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,人体表面面积（,cm,2,）；,H,身高（,cm,）。,b,、,由身高和体重计算人体表面面积,B=0.0061H+0.0128W0.1529,或,B=W,0.425,H,0.725,72.46,式中,B,人体表面面积（,m,2,）,;,W,体重（,kg,）；,H,身高（,cm,）。,1/28/2026,4,、用身高、体重、表面积求有关人机学参数,表,2-10,人体有关人机学参数计算公式,1/28/2026,5.,男女人体尺寸换算,部位,系数,/%,部位,系数,/%,部位,系数,/%,身长,95,形态面高,92,前臂围,92,上肢长,93,头围,98,大腿围,102,下肢长,94,颈围,90,腿肚围,98,两臂展开宽,93,胸围,90,手宽,94,足长,94,腰围,89,足宽,93,躯干长,96,臀围,102,头长,92,上臂围,96,1/28/2026,第三节 人体测量数据的应用,一、主要人体尺寸的应用原则之一,1,、,极限设计原则：主要内容包括设计的最大尺寸参考人体尺寸的低百分位；设计的最小尺寸参考人体的高百分位。,2,、可调原则：设计优先采用可调式结构。一般调节范围应从第,5,百分位到第,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）,1/28/2026,二、人体测量数据选用的注意事项,设计和确定作业空间尺寸的根据，必须保证至少,90%,的用户的适应性、兼容性、操作性和维护性，即,人体,主要尺寸的设计极限,应根据第,5,至,95,百分位数的值确定。,必须适应或允许,身体某些部分通过的空间尺寸,（如通道、出入口、防触及危险部位的安全距离等），应以第,95,百分位的值作为适用的人体尺寸。,有限度的或受身体延伸所,限制的空间尺寸,（如抓握物体的可及距离、控制器的位移、显示器与测试点位置、安全防护罩上的空隙等），应以第,5,百分位的值作为适用的人体尺寸,。,1/28/2026,可调整的尺寸,（如高度可调的坐椅、工作台、控制器、安全带等），应以第,5,百分位至第,95,百分位的人体尺寸范围作为高速范围适用的人体尺寸；只能用一种中等尺寸供群体使用时（如墙壁上的开关高度、门上把手尺寸等），应以第,50,百分位数作为适用的人体尺寸,搞清该尺寸的适用范围,，如适用的国家、地区、民族、年龄、性别、职业及社会阶层等，否则，盲目选用，设计出的产品适用性较差,人体测量数据应用应注意人体尺寸的变化,。一方面从事某种工作的劳动人群的身材有变化时，其最佳适应尺寸也应随之改变；另一方面，世界各国人体身高有增加的趋势，近,20,年来世界各国人体的身高平均每,10,年增加,1cm,，,我国的人体身高增加更快，所以在收集或选用人体尺寸资料时应注意这种现象。,1/28/2026,修正量的考虑,（,1,）必须考虑到实际中人的可能姿势、动态操作、着装等需要的设计裕度，所有这些设计裕度总计为,功能修正量,（,2,）为了消除人们心理上的“空间压抑感”、“高度恐惧感”和“过于接近时的窘迫感和不舒适感”等心理感受，或者是为了满足人们“求美”、“求奇”等心理需求，涉及人的产品和环境空间设计，必须再附加一项必要的心理空间尺寸，即,心理修正量,1/28/2026,着装修正量,1/28/2026,三、人体尺度在工程设计中的应用,图,2-15,室内设计常用的人体尺寸,1/28/2026,A.,身高,1/28/2026,B.,立姿眼高,1/28/2026,B.,立姿眼高,1/28/2026,C.,肘部高度,1/28/2026,D.,坐高,1/28/2026,E.,坐姿眼高,1/28/2026,F.,坐姿肩峰高,G.,最大肩宽,1/28/2026,H.,坐姿两肘间宽,1/28/2026,J.,臀宽（坐宽）,1/28/2026,K.,肘部平放高度,1/28/2026,L.,坐姿大腿厚度,1/28/2026,M.,膝盖高度,1/28/2026,O.,腿弯高度,(,坐高,),P.,臀部至腿弯长度,(,座深,),1/28/2026,R.,臀部至膝盖长度,1/28/2026,S.,臀部至足尖长度,1/28/2026,T.,臀部至脚后跟长度,1/28/2026,U.,坐姿垂直伸手高度,V.,立姿垂直伸手高度,1/28/2026,W.,立姿侧向手握距离,1/28/2026,2.,人体身高在设计中的应用方法,以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度的方法，通常是把设计对象归成各种典型的类型，并建立设计对象的高度与人体身高的比例关系，以供设计时选择和查用。图,226,是以身高为基准的设备和用具的尺寸推算图，图中各代号的含义如表,218,所示。,1/28/2026,图,2-26,以身高为基准的设备和用具尺寸概算图,1/28/2026,代号,定 义,设备高与,身高之比,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12,13,14,15,16,17,举手达到的高度,可随意取放东西的搁板高度,(,上限值,),倾斜地面的顶棚高度,(,最小值，地面倾斜度为,515,),楼梯的顶棚高度,(,最小值，地面倾斜度为,25,35,),遮挡住直立姿势视线的隔板高度,(,下限值,),直立姿势眼高,抽屉高度,(,上限值,),使用方便的搁板高度,(,上限值,),斜坡大的楼梯的天棚高度,(,最小值，倾斜度为,50,左右,能发挥最大拉力的高度,人体重心高度,采取直立姿势时工作面的高度,坐高,(,坐姿,),灶台高度,洗脸盆高度,办公桌高度,(,不包括鞋,),垂直踏棍爬梯的空间尺寸,(,最小值，倾斜,80,90,),手提物的长度,(,最大值,),4,3,7,6,8,7,l,1,33,34,11,12,10,11,6,7,3,4,3,5,5,9,6,ll,6,11,10,19,4,9,7,17,2,5,3,8,说明：上述尺寸均未考虑着装和穿鞋袜修正量，若穿鞋袜,+2.5cm,；*,号为坐位基点的高度。,表,2-19,设备、用具及通道高度与身高的关系,1/28/2026,第四节 人体数学模型,人体数学模型,:,为了研究和分析人体动作范围、作业姿势、作业区域等用数学方法对人体各部分尺寸与相对位置进行描述的模型，称为人体数学模型。,1.,作业姿势数学描述,作业姿势通常按作业面布置和操作对象位置、作业性质分为,站立,、,弯腰,、,前屈,、,下蹲,（含坐姿）四种。,1/28/2026,1/28/2026,站立姿势,弯腰姿势,前屈姿势,下蹲姿势,根据定义等于,并,1/28/2026,2.,人体与作业对象的相对位置,垂直布置,水平布置,立体布置,1/28/2026,第五节 人体模板,三维人体模型,立体模拟人,二维人体模型：,1,：,1,1,：,1.5,可以在,侧视图,演示关节的多种功能，但不能展示,侧向外展,和,转动运动,。,1/28/2026,1/28/2026,1/28/2026,人体百分位数的选择,1/28/2026,