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第四篇第四篇 人机环境系统人机环境系统 要使作业者能在作业中处于舒要使作业者能在作业中处于舒适的状态下，不仅要考虑人的生理适的状态下，不仅要考虑人的生理心理特点，还要保证机器与作业空心理特点，还要保证机器与作业空间符合人体的身高、体形，使得作间符合人体的身高、体形，使得作业者能以正常的姿势工作。业者能以正常的姿势工作。人体测量学作业空间设计.第十二章第十二章 人体测量学人体测量学 人体测量学概述人体测量学概述我国成年人的基本尺寸我国成年人的基本尺寸人体测量数据的应用人体测量数据的应用.第一节 人体测量学概述 定义定义 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。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。Anthropometry.人体测量分类人体测量分类1.形态测量形态测量包括人体尺寸、体重体型、体积表面积等2.运动测量运动测量包括动作范围、各种运动特性等.3.生理测量生理测量包括知觉反应、肢力体力、体能耐力、疲劳及生理节律等.人体尺寸相关标准人体尺寸相关标准国际标准：国际标准：IS0 7250：1996IS0TCl59SC3（人体测量与生物力学分技术委员会制定）国家标准：国家标准：GBT 5703-1999用于技术设计的人体测量基础项目GBT 5704.15704.4-l985人体测量仪器.主要人体测量技术主要人体测量技术1.普通测量法2.摄影法3.三维数字化测量法.普通测量法主要仪器普通测量法主要仪器 人体测高仪人体测高仪人体测量用弯角规人体测量用弯角规人体测量用直脚规人体测量用直脚规人体测量用角度针人体测量用角度针人体测量用软尺人体测量用软尺.3D扫描.人体测量数据的种类人体测量数据的种类 由于身体各部位的动作不是独立无关的，而是相互由于身体各部位的动作不是独立无关的，而是相互影响、协调一致的，动态尺寸的测量强调各部位的动影响、协调一致的，动态尺寸的测量强调各部位的动作关系。如手臂可及范围除了由结构尺寸决定，还受作关系。如手臂可及范围除了由结构尺寸决定，还受到身体其它部位动作及操作特点影响。到身体其它部位动作及操作特点影响。静态尺寸静态尺寸动态尺寸动态尺寸人体构造上的尺寸，在人体构造上的尺寸，在某种静止姿势下进行测某种静止姿势下进行测量获得的。用于设计工量获得的。用于设计工作区间的大小。作区间的大小。人体功能上的尺寸，处于工作状人体功能上的尺寸，处于工作状态下进行测量获得的。重点测量态下进行测量获得的。重点测量的是在某种动作时的形体特征，的是在某种动作时的形体特征，通常是手、上肢、下肢、脚所及通常是手、上肢、下肢、脚所及范围、关节所能达到的角度。范围、关节所能达到的角度。.返回返回.返回返回.人体测量术语人体测量术语 GB/T5703GB/T57031999 1999 用于技术设计的人体测量基础项目用于技术设计的人体测量基础项目1、被测者姿势、被测者姿势立姿立姿 挺胸直立，头部以眼耳挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，自然手指轻贴大腿侧面，自然伸直，左、右足后跟并拢，伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈前端分开，使两足大致呈4545角，体重均匀分布于两角，体重均匀分布于两足。足。.坐姿坐姿 挺胸坐在被调节到腓骨挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，前方，左右大腿大致平行，膝弯曲大致成直角，足平膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大放在地面上，手轻放在大腿上。腿上。.2、测量基准面、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 横轴 来决定的。.3、测量方向、测量方向 (1)(1)在人体上、下方向上，在人体上、下方向上，将上方称为将上方称为头侧端，头侧端，将下将下方称为方称为足侧端。足侧端。(2)(2)在人体左、右方向上，在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向将靠近正中矢状面的方向称为称为内侧，内侧，将远离正中矢将远离正中矢状面的方向称为状面的方向称为外侧。外侧。.(3)(3)在四肢上，将靠近四肢在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为附着部位的称为近位，近位，将将远离四肢附着部位的称为远离四肢附着部位的称为远位。远位。（4 4）对于上肢，将桡骨侧）对于上肢，将桡骨侧称为称为桡侧，桡侧，将尺骨侧称为将尺骨侧称为尺侧。尺侧。（5 5）对于下肢，将胫骨侧）对于下肢，将胫骨侧称为称为胫侧，胫侧，将腓骨侧称为将腓骨侧称为腓侧。腓侧。.4 4、支承面和衣着、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。被测者应该是裸体或穿尽量少的内衣。线性测量的精度为1mm，体重测量精度为0.5kg。.测量方法测量方法测量应该在呼气和吸气之间进行；测量应该在呼气和吸气之间进行；只能轻触测点，不可按压；只能轻触测点，不可按压；一般只测量左侧，特殊目的除外；一般只测量左侧，特殊目的除外；测量项目要根据实际需要，如座椅要根据测量项目要根据实际需要，如座椅要根据是休息用或工作用选择松坐或端坐。是休息用或工作用选择松坐或端坐。.主要统计指标主要统计指标总体、样本总体、样本均值、标准差均值、标准差术语术语百分位百分位百分位数百分位数.百分位百分位将某项测量项目的样本中的所有数据将某项测量项目的样本中的所有数据从小到达排序。百分位由百分比表示，从小到达排序。百分位由百分比表示，称为称为“第几百分位第几百分位”。例如，。例如，5%5%称为称为第第5 5百分位，指的是小身材。百分位，指的是小身材。百分位数百分位数百分位数是百分位上对应的测量数值。百分位数是百分位上对应的测量数值。例如，身高的第例如，身高的第5 5百分位数为百分位数为15431543，则，则表示有表示有5%5%的人的身高将低于这个高度。的人的身高将低于这个高度。.百分比对应的变换系数百分比对应的变换系数K 5%1.64510%1.28220%0.84225%0.67450%0.00075%0.67480%0.84290%1.28295%1.645 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%1%-50%之间的数值：之间的数值：P=M-SKP=M-SK50%-99%50%-99%之间的数值：之间的数值：P=M+SKP=M+SKM为均值；为均值；S为标准差；为标准差；K为百分为百分比变换系数（实为正态分布值）。比变换系数（实为正态分布值）。.第二节第二节 我国成年人的基本尺寸我国成年人的基本尺寸我国在引进欧美大型工装设备时，由于未能充分考虑我国劳动者身材尺寸特点，使我国部分矮小女工必须要站在一个高台上才能方便操作。引进的苏式坦克，欧洲军人驾驶时，坐在上面十分舒适。而中国人的身材特点是腿相对短，上身长，坐在驾驶室内，就得弯着身子，很不舒适。大客车座椅都有一道鼓起来的凸包，从设计上来说，这道凸包本来是用来垫靠颈部的凹处，使人的头颈更舒服。而对于大多数中国人来说，这个凸包常常是顶在后脑勺，使得当身体后靠在椅背时，不得不稍稍低头。此外还有家具、厨洁具、西装、家用电器等，由于尺寸没有本地化，使中国消费者虽然花了比买国产产品多很多的钱，却并未享受到应有的舒适。长期缺乏准确的未成年人人体尺寸数据，全国人类工效学标准化技术委员会副主任肖惠研究员肖惠副总工程师说：未成年人平均身高20年增加7.5厘米。.GB1000-1988 中国成年人人体尺寸中国成年人人体尺寸七类47项基本、立、坐、立、坐、水平、跪、卧、蹲姿男（18-60岁）女（1855岁）分列三个年龄段：18-25、26-35、3660（55）六个区域：东北华北、东南、西北、华中、华南、西南结结构构尺尺寸寸.人体主要尺寸 人体立姿尺寸.人体坐姿尺寸 人体水平尺寸返回返回.GB/T13547-92 工作空间人体尺寸工作空间人体尺寸 1.人体以某种姿势进行工作的活动空间活动空间尺寸尺寸。2.肢体的伸展域，最常用的功能尺寸是在各种姿势下上肢中指指尖点伸及距离和上肢握物伸及距离。功功能能尺尺寸寸.人体尺寸的影响因素人体尺寸的影响因素 性别性别年龄年龄年代年代地区与种族地区与种族国家国家.年龄年龄(岁岁)女性女性(cm)(cm)男性男性1-5 +36 +361-5 +36 +365-10 +28 +275-10 +28 +2710-15 +22 +3010-15 +22 +3015-20 +1 +615-20 +1 [phone]-40 -1 035-40 -1 040-50 -1 -140-50 -1 -150-60 -1 -150-60 -1 -160-70 -1 -160-70 -1 -170-80 -1 -170-80 -1 -180-90 -1 -180-90 -1 -1年龄年龄.性别性别.几个国家的男子平均身高几个国家的男子平均身高(mm)(mm)国别国别 美国美国 原苏联原苏联 西德西德 英国英国 瑞典瑞典 法国法国 意大利意大利 中国中国 日本日本身高身高 1772 1767 1755 1753 1741 1711 1710 1680 1667 1772 1767 1755 1753 1741 1711 1710 1680 1667 我国六大区域人体身高我国六大区域人体身高(单位单位:mm):mm)东北华北东北华北 东南东南 西北西北 华中华中 华南华南 西南西南 男子男子 1693 1686 1684 1669 1650 1647 1693 1686 1684 1669 1650 1647 女子女子 1586 1575 1575 1560 1549 1546 1586 1575 1575 1560 1549 1546国家国家地区与种族地区与种族.应用领域应用依据应用案例第三节第三节 人体测量数据的应用人体测量数据的应用.一、人体测量数据的应用领域一、人体测量数据的应用领域机器设计和工程设计中的应用机器设计和工程设计中的应用 机器、工具的大小、高低、宽窄；作业空间的大小；建筑工程生活所需用具设计的应用生活所需用具设计的应用 服装、家具、交通工具交通工具特种需求特种需求 宇航员、运动员的选拔运动员的选拔；案件侦破案件侦破相关国标相关国标.为肥胖人士设计的汽车为肥胖人士设计的汽车 美国人类学家凯瑟琳罗宾奈特用三维扫描技术记录了1.3万名男女的体形资料，用于汽车设计。结果发现一个矮胖的人也许够不到仪表板，或者一条过胖的腿会挡住座椅旁边的其它控制开关。美国成年人中31%的人肥胖。克莱斯勒公司采用肥胖人士尺寸设计了专为肥胖人士的大尺寸汽车。.人体测量数据在运动员选拔中的应用人体测量数据在运动员选拔中的应用 为什么黑人的体育成绩更出色？下肢更长，尤其是小腿，更适合跑步双臂伸展长更长，古巴女排可达2.02m，所以更出色黄种人双臂伸展长较短，更适合举重.人体测量数据在案件侦破中的应用人体测量数据在案件侦破中的应用 18世纪初的法国巴黎，治安情况异常混乱。这种情况一直持续到1879年才出现转机。警察局刑侦处一位叫阿方斯贝蒂隆的青年，创造了一种能够准确识别有前科罪犯的有效方法贝蒂隆鉴别法（对罪犯人体若干部位的精确测量记录在案）。为现代侦察学的诞生安放了第一块基石。他写到：“要找到两个尺码长度完全相同的人的机会就上升到16：1。如果在犯人身上量下11种骨骼和部位的尺寸，要找到两个完全相同的人的可能性则是4191304：1”返回返回.二、人体测量数据应用准则二、人体测量数据应用准则依据用途选择合适尺寸方案和百分位尺寸方案和百分位准则可调性准则地域性准则使用最新数据准则功能修正功能修正准则心理空间心理空间准则.1.1.按人体尺寸的分布按人体尺寸的分布2.衣服、鞋子2.2.按人的平均尺寸设计按人的平均尺寸设计3.3.厨房台面、椅面、门把手、门铃3.3.按某一百分比设计按某一百分比设计4.4.单侧百分比如满足大身材的门高、床长，满足小身材的安全栅栏5.双侧百分比如可调式椅面4.4.按某部分人设计按某部分人设计,为另一部分人提供调整为另一部分人提供调整5.5.儿童桌椅5.5.为某些特定的人设计为某些特定的人设计6.太空舱、胖人产品设计中可采取的人体尺寸方案设计中可采取的人体尺寸方案.人体测量数据功能修正人体测量数据功能修正着装修正量着装修正量 由于人体尺寸的测量是在裸体或单薄衣着的条件下测的，而在实际工作中人要穿上衣服鞋子帽子，因此在应用人体测量数据时要考虑着装修正量。姿势修正量姿势修正量 由于人体测量姿势与实际作业姿势的不同导致的尺寸差别，在应用人体测量数据时要考虑姿势修正量。如放松立姿下的身高、眼高要减10mm，放松坐姿下的坐高、眼高要减44mm。操作功能修正量操作功能修正量 由于机器操作性质的差别引起的尺寸差别要考虑操作功能修正量。如上肢前展长在用按钮开关时要减12mm，用扳动开关时减25mm。.人体测量数据人体测量数据心理修正心理修正栏杆的高度略高于人体重心即可，但在一定高度工作容易有恐高心理，因此栏杆需要进一步提高。空间太小容易产生空间压力感，通常只要空间大小允许，产品的尺寸都比人体测量尺寸更大。为了消除空间压抑感、恐惧感，或为了美观等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。心理因素而加的尺寸修正量。.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。.三、人体测量尺寸应用举例三、人体测量尺寸应用举例人体身高的应用净空高度设计产品系列化设计.在测量指标中,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。第三、也可以粗略地根据与身高的比例来确定设备的高度。人人体体身身高高在在设设计计中中的的应应用用.设备高度与人体高度之比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 11/125 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 7/611 站姿最适宜的工作点高度 6/11.适合中国人使用的车船上下铺净空高度原则：满足中国男子第原则：满足中国男子第99百分位百分位尺寸依据：坐姿高尺寸依据：坐姿高979mm功能修正：衣裤厚度功能修正：衣裤厚度25mm心理修正：心理修正：115mm 最小净空高度979+251004mm 最佳净空高度 979+251151119mm.人体测量数据在人体测量数据在产品系列化设计中的应用产品系列化设计中的应用 当产品仅有一种尺寸不能满足所有使用者时，当产品仅有一种尺寸不能满足所有使用者时，需要对产品进行尺寸系列化设计，即对同一产品设需要对产品进行尺寸系列化设计，即对同一产品设计不同的规格，例如服装鞋子等。那么究竟多大的计不同的规格，例如服装鞋子等。那么究竟多大的尺寸差距就要区分一个规格呢？需要设立多少规格尺寸差距就要区分一个规格呢？需要设立多少规格呢？呢？确定相邻两个规格之间的尺寸差距（间距值）确定相邻两个规格之间的尺寸差距（间距值）确定最佳规格数确定最佳规格数.1.确定相邻两个规格之间的尺寸差距（间距值）确定相邻两个规格之间的尺寸差距（间距值）尺寸差距太大，规格分档过稀：就会出现一部就会出现一部分人买大一号的感觉太大，买小一号的感觉太分人买大一号的感觉太大，买小一号的感觉太小的现象。小的现象。尺寸差距太小，规格种类太多：对厂家来说会对厂家来说会造成成本过大。造成成本过大。那么这个间距该如何确定呢？它是通过感觉差别阈值试验获得的。所谓感所谓感觉差别阈值是指人通过感官所能感觉出觉差别阈值是指人通过感官所能感觉出不同尺寸产品之间存在差异的最低量。不同尺寸产品之间存在差异的最低量。.例如，一个男子在只穿一条秋裤和一条单裤的情况下：皮带冲孔正好在750mm，松紧刚好；冲孔在75010mm处，也感觉还可以；冲孔位置超过一定范围时（如75012.5mm），这两个孔要么太紧要么太松。那么这个可接受范围称为无差别差距无差别差距，这个尺寸就是确定相邻两个规格尺寸差距的依据。.2.确定最佳规格数确定最佳规格数 知道了规格差别后，根据人体测量尺寸的变变化幅度（标准差），化幅度（标准差），我们就可以确定最佳规格数了。通常我们无法做到尺寸规格满足所有的人，那么只能根据一个想要达到的满足度来确定规格数。.皮带冲孔位置设计问题。已知成年男子皮带冲孔位置设计问题。已知成年男子腰围均值为腰围均值为740mm740mm，标准差，标准差S S6.5mm6.5mm，功能修正量为功能修正量为100mm100mm，无差别间距，无差别间距NDND25mm25mm。.第一步，第一步，最佳冲孔位置腰围均值功能修正量最佳冲孔位置腰围均值功能修正量 740-100740-100640mm640mm第二步，确定满足度与尺寸界限值。第二步，确定满足度与尺寸界限值。如取满足度为98%，因为这种尺寸设计为双侧百分比，那么要满足的是第1百分位到99百分位的尺寸。第1百分位数修正均值S变换系数 6406.52.33625mm第99百分位数修正均值S变换系数 6406.52.33655mm 那么从小尺寸到大尺寸的尺寸变化幅度为那么从小尺寸到大尺寸的尺寸变化幅度为4.65S4.65S。.第三步，确定规格数。第三步，确定规格数。N=变化幅度/无差别间距 4.65S/251.22（个）第四步，确定规格位置。第四步，确定规格位置。当规格数为奇数时，中间规格应该选择最佳尺寸位置；当规格数为偶数时，应使中间规格对称在最佳尺寸位置两边。因此冲孔位置在64012.5627.5mm 和64012.5652.5mm。如果是冬装，需增加如果是冬装，需增加100mm100mm，那么就还需要，那么就还需要4 4个个孔，分别在孔，分别在677.5677.5、702.5702.5、727.5727.5、752.5mm752.5mm。.相关国标GB/T57031999 用于技术设计的人体测量基础项目GB1000-1988 中国成年人人体尺寸GB/T13547-92 工作空间人体尺寸返回返回.参考资料廖建桥，人因学讲义，华中科技大学，1999年。丁玉兰主编，人机工程学，北京理工大学出版社，2005年，第三版。朱序璋主编，人机工程学，西安电子科技大学出版社，1999年，第一版。.思考题思考题1、查找我国最新人体测量数据。2、寻找校园里不符合人体测量学的地方，分析原因。3、如果设计一套你认为最合理的上课课桌椅，需要哪些人体测量尺寸，应用中需要注意哪些问题？.感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！