第3章__人体测量.ppt

書式設定,書式設定,第,2,第,3,第,4,第,5,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,Team of,Prof.S,un,L.Y.,人因工程,西安交通大学管理学院,孙林岩教授,Human Factors,lab,M,anagement,School,Xian Jiaotong University,China,篇章总汇,总论,第,1,章 人因工程概述,第,2,章 人因工程的研究方法与工具,基础篇,第,3,章 人体测量,第,4,章 人体生理特性,第,5,章 人的心理认知特征,第,6,章 人的信息处理,第,7,章 人的作业环境,应用篇,第8,章 作业空间设计,第,9,章 肌肉骨骼失调及其预防,第,10,章 脑力负荷与脑力工作绩效提升,第,11,章 人机界面设计,扩展篇,第,12,章 可用性,第,13,章 安全性,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,第,3,章 人体测量,人体测量基础,静态测量与动态测量,人体测量数据在设计中的运用,中国常用人体测量数据,人体测量的应用,为了使各种与人体尺寸有关的设计能符合人的生理特点，让人在使用时处于舒适的状态和适宜的环境之中，就必须在设计中充分考虑人体的各种尺度。,人体测量是指对人类身体各方面特征数据的度量，特别是人体的尺寸、形状和力量等，以及这些数据在设计中的应用。它通过测量人体各部位的尺寸，来确定个体和群体在人体尺寸上的共性及特性，以及个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，从而研究人的形态特征，为工业设计和工程设计提供依据。,本章主要讨论人体测量的基本知识。使大家熟悉有关设计所必须考虑的人体测量基本数据、性质和使用条件。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,人体测量（,Anthropometry,）,人体测量是指对人类身体各方面特征数据的度量，特别是人体的尺寸和特征，包括人的重心位置，身体的各部分尺寸，关节的运动范围和力量特性等，以及这些数据在设计中的应用。,研究对象：个体和群体,人体测量的重要性：设计的前提,-,to fit people,not people to fit,3.1,人体测量基础,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.1.1,人体测量的基准面,人体测量基准面和基准轴,人体测量基准面和基准轴,水平面,冠状面,矢状面,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.1.2,人体测量的姿势,立姿,(standing posture),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，是两足大致成,45,度夹角，体重均匀分布于两足。,坐姿,(sitting posture),被测者挺胸坐在被调节至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，手放在大腿上。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.1.3,人体测量的主要仪器,人体测高仪,人体测量用直脚规,人体测量用弯脚规,测高仪,弯脚规,直角规,角度计,软尺,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,人体测量所涉及的是一个特定的群体而非个人，但群体中的个体之间存在着差异，某一个体的测量尺寸显然不能作为设计的依据。,群体的人体尺寸数据近似服从正态分布,-,总体期望,-,总体标准差,z-,百分比变换系数,（,5,，,50,，,95,）,-,指定的百分位数值,正态分布可以用于表述在人体测量时的随机误差。通常，让设备适合于,90%,的使用者时，一般是排除最高的,5%,和最低的,5%,人群。,3.1.4,静态测量数据统计描述,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2,静态测量与动态测量,人体测量分析方法可以分为两类,静态测量,:,身体保持固定不动,动态测量：身体移动（活动空间，伸展域）,静态测量和动态测量数据均包含人体构造尺寸和,功能尺寸。人体构造尺寸研究人体在各种姿态下的参,数，而功能尺寸则是任务导向的，研究任务状态下的,人体特性。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量,静态测量,（,Static Anthropometry,）,静态测量在身体保持固定（静态）位置时进行，包括骨骼尺寸（关节之间，如肘部和腕部）或轮廓尺寸（如头围）。,静态人体测量可采取不同的姿势，主要有立姿、坐姿、跪姿和卧姿等几种。,静态测量数据是动态测量的基础，是设计人机系统不可缺少的参数,。,结构化的人体测量数据,人体着装尺寸,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量,静态测量人体尺寸示意图,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量人体测量的姿势,立姿测量项目,眼,高,肩,高,肘,高,手,功,能,高,会,阴,高,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量人体测量的姿势,立姿测量项目（续）,胫,骨,点,高,身,高,前,臂,长,小,腿,长,大,腿,长,上,臂,长,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量人体测量的姿势,坐姿测量项目,坐,姿,下,肢,长,坐,姿,肩,高,坐,姿,眼,高,肩,膝,距,坐,深,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量人体测量的姿势,坐姿测量项目（续）,坐,高,坐,姿,膝,高,坐,姿,肘,高,坐,姿,大,腿,厚,小,腿,加,足,高,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量,1),身高（,Stature,）从地面到头顶的垂直距离（高度2),眼高（,Eye height,）从地面到眼脚的高度,3),肩高（,Shoulder height,）从地面到肩峰的高度,4),肘高（,Elbow height,）从地面到周关节的高度，用来决定工作台的高度,5),臀高（,Hip height,）指人体站立时，从地面到臀部关节的高度,6),指节的高度（,Knuckle height,）作为栏杆和手柄的参考,7),指尖的高度（,Fingertip height,）与手指操作控件的最低可接受水平有关,8),坐高（,Sitting height,）从坐的平面到头顶的高度,9),坐眼高（,Sitting eye height,）指人体处于坐姿时从坐立面到眼角的高度,10),坐肩高（,Sitting shoulder height),指人体处于坐姿时，从坐立面到肩关节的高度,11),坐肘高（,Sitting elbow height,）从座位的平面到肘下侧的高度，涉及扶手、桌,面、键盘的高度设计,12),大腿的厚度（,Thigh thickness,）与座位和桌面之间的空间有关,13),臀部,-,膝盖的长度 与座位之间的行距有关,（,Buttock-knee length,）,14),臀部,-,腿弯部的长度 与座位的深度,（,Buttock-,popliteal,length,）,结构化的人体测量数据,是指人体不同部位的尺寸，,在设计不同的设备或产品时，会涉及到人体不同部位的尺寸。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量,结构化的人体测量数据（续）,15),膝盖的高度（,Knee height,）与桌子下面的空间有关,16),腿弯部的高度（,Popliteal,height,）从地面到膝盖底下弯角的垂直距离，与椅子的,最大的可接受的高度有关,17),肩宽（,Shoulder breadth,：,bideltoid,）肩部的最大水平宽度，与肩部的水平空间有关,18),肩宽（,Shoulder breadth:,biacromial,）指人体肩关节之间的距离，与服装设计有关,19),臀宽（,Hip breadth,）设计座位的宽度,20),胸部厚度（,Chest depth,）从垂直的背部到前胸的最大水平距离，与座位,的靠背和障碍物之间的空间设计有关,21),腹部厚度（,Abdominal depth,）在标准的坐姿中，从垂直的背部到腹部的最大,水平距离，与座位的靠背和障碍物之间的空间,设计有关,22),肩,-,肘的长度（,Shoulder-elbow length,）在标准的坐姿中，从肩峰到肘下部的距离,23),肘,-,指尖的长度 在标准的坐姿中，从肘后到中指尖的距离,（,Elbow-fingertip length,）涉及前臂延伸的区域用来定义正常的工作,24),上肢的长度（,Upper limb length,）在肘和腕都伸直的状态下从肩峰到指尖的距离,25),手心的长度（,Shoulder-grip length,）手臂伸直，从肩峰到手中所握物体中心的距,离，表示上肢的功能长度，用来确定使人感,到方便的伸展区域,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量,结构化的人体测量数据（续）,26),头部厚度（,Head length,）脸部的眉间到后脑部的距离，可作为眼部,位的参考数据,27),头部的宽度（,Head breadth,）头部两耳上面的最大宽度28),手的长度（,Hand length,）在手保持僵直的状态下，从腕部的皱痕到,中指尖的距离,29),手的宽度（,Hand breadth,）通过手掌的最大宽度，在掌骨的末梢，与把,手、控制杆的设计有关,30),脚的长度（,Foot length,）从脚后跟到最长的脚趾尖的距离，平行与脚的轴,心（脚的空间以及踏板的设计）,31),脚的宽度（,Foot breadth,）脚的最大水平宽度，与脚的轴线垂直（脚的空,间以及踏板占据的空间）,32),跨度（,Span,）当两只手都向两边伸直时，两手指尖的最大水,平距离（横向伸展）,33),肘部跨度（,Elbow span,）当上臂向两边伸展，肘部弯曲使指尖触胸时，两,肘尖的距离（可以指导设计工作台的肘部空间）,34),站立时手掌的握点（,Grip reaches,）人体站立时，胳膊向上举起时手掌可以握住的最,高的圆棒中心,35),标准坐姿手掌的握点 人体在保持坐姿时，手掌的最高握点,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.1,静态测量,人体着装尺寸,在实际中用到的一般都是人体着装时的尺寸，所以在实际应用中要根据研,究对象的不同进行修正,人体尺寸,轻薄夏装,（男,/,女）,冬季外套,（男,/,女）,轻薄的工服、,靴和盔,身高,25/40,25/40,70,坐高,3,10,3,大腿与台面距离,13,25,13,足长,13/40,40,40,足跟高,13/40,13/25,25,头长,25/40,25/40,35,头宽,100,肩最大宽,105,臀宽,13,50/75,13,13,50/75,13,人体着装后的尺寸增加（单位：,mm,）,M,（,X,+,Y,）,=,Mx,+,My,Mx,特定的人体结构尺寸均值,My,平均的衣物修正值,M,（,X+Y),人体着装尺寸,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,动态测量,（,Dynamic Anthropometry,）,3.2.2,动态测量,动态测量建立在静态测量的基础之上用来度量人体运动时的一些参数。,活动空间,-,人在完成任务时需要某些身体部位运动，,这就要求有足够的空间，即活动空间。,伸展域,-,人在站立并保持脚的站立面不变时，手臂的,活动空间用舒适伸展域来表示。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,活动空间,动态测量就是测定人体动态变化时空间位置与人体尺寸的数值。,活动空间的分配没有固定的规则或模式，,依赖于许多因素：使用的人群、任务、衣物、设备等。,成人动态最小占用空间示意图（,a,）,蹲姿，跪姿，卧姿的最小占用空间,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,活动空间（续）,尺寸代号,（见图）,工作姿势及空间尺寸性质,最小值,选取值,穿御寒衣时,A,蹲坐工作,高度,1200,1300,B,宽度,700,920,1000,C,屈膝工作宽度,900,1020,1100,D,跪姿工作,宽度,1100,1200,1300,E,高度,1450,1500,F,手距地面高度,700,G,爬着工作,高度,800,900,950,H,长度,1500,1600,I,俯卧工作,高度,450,500,600,J,（腹朝下）,长度,2450,K,仰卧工作,高度,500,600,650,L,（背向下）,长度,1900,1950,2000,成人蹲姿，跪姿，卧姿的最小占用空间（单位：,mm,）,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,伸展域,在工作中人常取站、坐、跪等作业姿势。立姿时人的活动空间不仅取 决于身体的尺寸，而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉。,伸展域可从立视图和平面图两个方面来看，主要有：通过肩部关节的正中矢状面的垂直部分；通过关节的横断面的水平部分；通过肩关节的沿着冠状缝平面的垂直部分。,常用的三种人体伸展域,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,伸展域（续）,正常区域：将上肢轻松地垂直于体侧，曲肘，以肘关节为中心，前臂和手能自由到达的区域。,最大区域：完全伸展整个胳膊所能涉及的区域。手臂向外伸直，以肩关节为中心，臂的长度（半径不包括手长）所划过的弧形轨迹在水平面上的投影。,在正常区域范围内，人操作时能舒适轻快地工作。在最大作业范围内操作时，静力负荷较大，长时间处于这种状态下操作，最容易引起疲劳。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,手在水平面的正常作业阈和最大作业域（,cm,）,手的测量,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,脚的测量,脚的作业区域,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,人,体,肢,体,活,动,角,度,范,围,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,人体上部及上肢固定姿势活动角度范围,立姿上身及手的可及范围、坐姿上身及手的可及范围,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,单腿跪姿上身及手的可及范围,仰卧姿势手及腿的活动空间,常用人体功能尺寸测量区域,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.2.2,动态测量,坐姿抓握作业域（,cm,）,立姿双臂垂直作业域图,立姿双臂垂直作业域,身高和摸高的关系,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.3.3,影响人体测量数据的因素,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设备。,性别、年龄因素,统计资料显示，男性的平均身高比女性高,100mm,。同时，人的体形也随着年龄的增长而变化，最为显著的是儿童期和青年期。因此，在使用人体测量数据时，要注明数据出自的年龄组。,职业因素,从大量的劳动科学和医学的调查中可知，不同职业的人在体型和人体尺寸上存在着较大的差异。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.3,人体测量数据在设计中的运用,静态和动态测量作为设计的前提或依据，在设计时首先要确定使用主体，得到主体的人体测量统计数据，才能达到使用者的满意。,在使用人体测量数据进行设计时，这些数据应该能代表使用者总体。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.3.1,人体测量设计的标准,在应用人体测量数据进行设计时有一些标准，这些标准根据设计任务的不同而不同。,如工作地的设计考虑因素,空间性（,Clearance,）,可达性（,Reach,）,身体姿势（,Posture,）,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.3.2,人体测量数据在设计中的使用原则,极端设计原则,极端设计原则是指在进行某方面的设计时，应该尽量做到满足所涉及的所有总体。一般采用最大值和最小值,可调范围设计原则,为了满足更多的使用者，设备或设施的特定性质设计为在一定的范围内可以调整。通常使用相关总体特性（坐高，胳膊伸展范围等）的第,5,百分位的女性到第,95,百分位的男性作为可调整的范围。,平均设计原则,对于一些不是很关键的工作，极端设计原则和可调设计原则可能不太合适或现实。这时需要采用平均数值代表大多数情况。,以上的三种原则都是针对人体测量数据的单个尺寸（高度或胳膊的伸展范围）的讨论，当需要考虑几种尺寸的组合时，设计问题就会变得更复杂。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.3.3,基于人体测量的作业工具及环境设计流程,设计中的人体尺寸基准点,驾驶舱的设计,在驾驶舱的设计中，通常设计是以臀部关节或,臀部为基准点。,战斗机驾舱的设计,在设计战斗机的驾舱时，能见度是非常重要,的，故而设计者通常以 眼睛作为设计基准点。,制造工作台设计,在装配线上，手的使用是非常重要的，所以设计,者的工作通常以手为基准点。同样的原因，打字,工作台的设计也以手为基准点的，但是,VDT,（,Visual Display Terminal,，视觉显示终端）工作,台的设计还要同时考虑到眼的基准点。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.3.3,基于人体测量的作业工具及环境设计流程,设计流程,决定在设计中需要重点考虑的人体尺寸,确定使用设备或设施的人群，从而建立需要考虑的尺寸范围,确立所要适用的设计原则（极端设计，可调范围设计或平均设计）,在有些情况下需要选择适应人口的比例（,90%,，,95%等）或其他的相关设计问题；,为总体确立人体测量数据表，抽出相关值；,如果需要穿特别的衣物，增加适度的宽容（有些可以查阅人体测量的文献）；,建立所设计的设备或设施的同尺寸的实体模型，利用实体模型，选择极端的使用者完成典型的任务。世界上所有的人体测量数据都不能代替这种实体模型。,以上的流程是人因工程师提出的统一可遵循的流程。在特定的设计中应用人体测量数据时，由于变量环境以及设施所服务的群体都会存在差异，所以并不存在一种在任何情况下都可以使用的设计流程，因视情况而定,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,Pheasant,在,1986,年提出的工业装配任务中的最优和满意工,作台高度的标准设计：,具体的程序,1,、,任务分析：装配线生产,2,、使用对象：中国成年男性,3,、确定适应度：,4,、标准：完成具有合理的力度和精确度的操作任务的最佳水平高度位于肘部之下的,50mm,和,100mm,之间。,5,、人体尺寸的数据：身体尺寸，包括均值、标准差、对衣物调整之后的数据等,3.3.3,基于人体测量的作业工具及环境设计流程,案例,(,例如设计工作台的高度,),School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.3.3,基于人体测量的作业工具及环境设计流程,案例,(,例如设计工作台的高度,),任务不同：给盒子贴标签 装配 使用显微镜,工作特点不同：精细作业 轻作业 重作业,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.4,中国常用人体测量数据,中国的人体尺寸,1989,年,7,月,1,日实施的,GB10000-88,中国成年人人体尺寸,，适用于工业产品、建筑设计、军事工业以及工业的技术改造设备更新及劳动安全保护。标准中所列数值，代表从事工业生产的法定中国成年人（男,18,60,岁，女,18,55,岁）。,表列数值均为裸体测量的结果，在用于设计时，应根据各地区不同的着衣量而增加余量。,表列数值均为标准立、坐姿。如果用于其它立、坐姿的设计（例如放松的坐姿），要增加适当的修正量。,由于我国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，故根据局部人体测量资料，将全国划分为以下六个区域，即,:,东北、华北区 包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东、北京、天,津、河北。西北区 包括甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁,夏、河南、新疆。东南区 包括安徽、江苏、上海、浙江。华中,区 包括湖南、湖北、江西。华南区 包括广东、广西、福建。西,南区 包括贵州、四川、云南。,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,图 人体尺寸部位标号,图序,标号,测量项目,男性（,18,60,）,女性（,18,55,）,5%,50%,95%,5%,50%,95%,3-3,（,a,）,1,身高,1583,1678,1775,1484,1570,1659,2,眼高,1474,1568,1664,1371,1454,1541,3,上臂长,289,313,338,262,284,308,4,前臂长,216,237,258,193,213,234,5,大腿长,428,465,505,402,438,476,6,小腿长,338,369,403,313,344,376,7,足宽,88,96,103,81,88,95,8,头最大宽,145,154,164,141,149,158,9,头全高,206,223,241,200,216,232,10,最大肩宽,398,431,469,363,397,438,中国成人人体尺寸,示例 身高,mm,体重,kg,3.4,中国常用人体测量数据,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,人体各部分尺寸与身高的相关计算,3.4,中国常用人体测量数据,根据,GB 10000-88,中国成年人人体尺寸,给定的人体尺寸数据的均值，推算出我国成年人（男,18,60,岁，女,18,55,岁）人体各部分尺寸与身高,H,的比例关系如图所示,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.5,人体测量的应用,计算机技术在人体测量中的应用,人体模板：二维和三维,Mannequin,设计评价系统：,Jack,坐姿人体模版侧视图,坐姿人体模版俯视图,坐姿人体模版正视图,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.5,人体测量的应用,人体模版用于小型骑车驾驶室设计,人体模版用于拖拉机驾驶室设计,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.5,人体测量的应用,工,作,空,间,及,通,道,的,设,计,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,3.5,人体测量的应用,案例 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。例如，手的操作高度大体在胸部上下，见图。为此，小型台式机床要放置在台面上，见图,a,，而大型机床则要将操作装置从机床体上分离出来，也安置在便于操作的高度，见图,c,School of management,Xian Jiaotong,UNIVERSITY,