第五章 作业空间设计1.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,*,1,、人体测量的基本原理,2,、人体测量数据的应用,3,、作业空间设计的工效学原则,4,、坐姿作业空间设计,5,、立姿作业空间设计,6,、坐立姿作业空间设计,第五章 作业空间设计,本章内容提要,5.1,人体测量的基本原理,一人体测量的基本概念,1.,人体静态测量,利用,人体测量仪器,，按照,人体测量方法,，使用,人体测量术语,，对被测者,静态的立姿,或,坐姿,条件下，进行人体的各部分尺寸测量。,人体测量仪器,:,测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、座高椅、软卷尺、医用磅秤等。,人体测量方法：,在规定的测量基准、测量方向、衣着等下，可以采用自动仪器测量、丈量法、摄影法等。,人体测量术语：,GB3975-83,人体测量术语,，如冠状面，鼻梁点，面宽等。,2.,人体动态测量数据,动态数据涉及由四肢挥动所占有的空间体积与极限，一般具有三维空间，即人体功能上的尺寸，包括人在工作姿势下或某种操作活动状态下测量的尺寸。,3,人体测量方法与仪器,（,1,）普通测量法,采用一般的人体生理测量仪器，包括人体测高仪、直角规、弯角规、三角平行规、软尺、测齿规、立方定颅器、平行定点仪、坐高椅，量足仪、软卷尺等，主要测量人体结构尺寸。,图,5.1,人体测高仪,普通测量技术所用仪器,（,2,）摄像法,通过投影测量来确定随人的姿势而变化的功能尺寸，如图,5.4,所示。常用的测量仪器是照相机或摄像机。,（,3,）三维数字化人体测量法,分为手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动非接触式。其测量效率高、数据处理容量大、速度快、精度高，但成本也较高。,二,.,人体测量术语,国标,GB/T5703,1999,用于技术设计的人体测量基础项目,规定了人体测量术语。,1.,被测者姿势,（）立姿。,指被测者挺胸直立，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，自然伸直膝部，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈,45,度夹角，体重均匀分布于两足。,（）坐姿。,指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，膝弯曲大致呈直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。,2.,测量基准面,人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（垂直轴、纵轴和横轴）来决定的（图,5.7,）。,3.,测量方向,在人体的上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。在人体的左、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。,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。对于上肢，将桡骨侧称为桡侧，将尺骨侧称为尺侧。对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,4.,支承面、衣着和测量精度,立姿时站立的地面或平台及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。被测量者应裸体或穿着尽量少的内衣。线性尺寸测量精度为,1mm,，体重测量精度为,0.5Kg,。,三、人体测量数据处理,人体尺寸近似于正态分布，人体测量数据处理过程中的特征参数：,X,Y,（,2,）标准差,它表明一系列,变数,距平均值的,分布状态,或,离散程度,。,用 表示。标准差常用于确定某一范围的界限。,（,1,）平均值,它是指测量值分布最集中区，反映测量值本质与特征，是衡量一定条件下的测量水平。用 表示。,平均值不能作为设计的依据，否则只能满足,50,的人使用。,（,3,）百分比值,百分比值与其所对应的尺寸有如下的换算关系：,1%,50%,百分比值处所对应的尺寸（值）：,50%,99%,百分比值处所对应的尺寸（值）：,K,为百分比值变换系数（,P170,，,表,5.1,）,测量尺寸,频数,百分比值的意义：,低于该百分比值点尺寸的人群在总人群所占的比例。,例,.,某一群体人的身高的平均值为,1670mm,，标准差为,64mm,，,求,5,和,95,的百分比值的尺寸。,解：,查表,5.1,（表）,5,时,K,1.645,，,95,时,K=1.645,5,百分比值的尺寸,P,v,=1670-641.6451564.7mm,95,百分比值的尺寸,P,v,=1670,641.6451775.3mm,。,身高分布曲线,（4,）百分位数,在工效学的设计中，为了保证设计尺寸符合,95,的大多数人，经常使用,5,、,10,、,50,、,90,，,95,五个百分比值，称为第,5,、,10,、,50,、,90,、,95,百分位数。,第,5%,百分位数是指：有,5,的人群,小于,5,百分比值的尺寸。,代表小身材尺寸。,第,50,百分位数是指：有,50,的人群,小于,50,百分比值的尺寸。,代表中等身材尺寸。,第,95%,百分位数是指：有,95,的人群,小于,9,5,百分比值的尺寸。,代表大身材尺寸。,5.2,人体测量数据的应用,一,常用人体静态测量数据,人体静态测量中的常用形体参数包括：高度、长度、宽度、围径、体重、体积等。,中国成年人人体尺寸数据（,GB10000-1988,）。,应用时应考虑以下问题：,（,1,）眼高的变化。,眼高决定着信息装置放置的位置，需要根据不同作业姿势增加修正值。,1,肢体的活动范围,（,1,）肢体的活动角度大小。,如，头、肩胛骨、臂、手、腿、脚等的活动角度。,图,（,2,）手臂所及范围的变化。,手臂所及范围不仅确定手操作的最远点，而且还影响操作的可靠性和效率以及用力情况，所以应考虑动态尺寸。,（,2,）肢体活动所能及的距离范围。,如，人体处在不同作业姿势时，手所能到达的最大范围，包括最佳范围，最大可及范围等。,图,二,常用人体动态测量数据,2,肢体的出力范围,（,1,）,坐姿作业时的,手操纵力,最大力方向见,图表,。,（,3,）脚掌尺寸及下肢活动范围的变化。,在不需要脚和腿操作时，使用静态尺寸可行，但进行脚控制时，则需考虑脚和下肢的所及范围。,（,2,）立姿作业时的,手操纵力,最大力方向见,图,。,（,3,）坐姿作业时的,脚操纵力,当膝部屈曲,130,0,150,0,或,160,0,180,0,时蹬力最大。,图,（,4,）手的尺寸及活动范围的变化。,在设计手控制器和维修空间时，必须考虑手的动态尺寸。,三人体测量数据的使用方法,1,、百分位数的合理选择,对供大多数人使用的设计，一般应考虑让,90,，,95,或,99%,的人适合，只排除,10,，,5,或,1,的人。应该排除多少人，决定了设计的后果及经济效果。,例,1,、,门及通道的最小高度的设计，应尽可能考虑使,99%,人通过而不发生碰头事件，这时应选择高百分位身高数据。,例,2,、,操作力设计应按最小操作力设计，应选择低百分位数据。,例,3,、,汽车驾驶室座面至顶高的尺寸，要选择第,95,百分位数所对应的尺寸再加上必要的调整量；,若设计刹车脚踏板距座前沿的距离，应选第,5,百分位数对应的尺寸加上调整量。,2,、考虑年龄、性别、地域的影响,随年龄、性别、地区、民族的不同，人体尺寸也不同，设计时应考虑使用对象。,3,、年代的影响,进行一次人体测量统计耗费大量的人力、物力和时间，因此制定一次标准必须使用若干年。但人体尺寸却随年代,、,社会经济状况的变化而不同,，而且呈代代高现象，因此，在使用数据时必须考虑测量年代，对数据进行必要的修正。,例,2,，,目前许多产品都考虑到销往地域使用人群的人体测量尺寸。,例,1,，,自行车也分为多个尺寸段，如,28,、,26,、,24,，还有儿童自行车等，就是考虑到不同人群的使用。,4,、利用身高推算其它形体参数,大量研究表示，其它形体参数与身高存在一定比例关系，当人体测量数据不全时，可以推算尚缺的数据。,我国中等身材人体各部尺寸与身高（,H,）,的比例,项 目,公 式,(mm),项 目,公 式,(mm),坐高,膝高,坐姿臂高,肘到座平面高,大腿厚,臀部到膝长度,臀部到小腿长度,肘与肘间宽度,臀部宽,肩宽,手前举水平距离,坐位眼高,S,1,0.525H,女,:S,1,=0.528H,S,2,0.311H,S,3,0.249H,S,4,0.135H,S,5,0.086H,S,6,0.342H,S,7,0.280H,S,8,0.256H,S,9,0.203H,S,10,0.229H,S,11,0.462H,S,12,0.454H,两手平举直线距离,座面至手举竖直距离,手掌长,前臂长,上臂长,大腿长,小腿长,躯干长,肩峰至头顶高度,上胶长,下做长,S,13,1.032H,女,:S,13,=1.01H,S,14,0.795H,l,1,0.109H,l,2,0.157H,女,:,l,2,=0.141H,l,3,0.172H,女,:,l,3,=0.188H,l,4,0.232H,女,:,l,4,=0.242H,l,5,0.274H,女,:,l,5,=0.234H,l,6,0.300H,l,7,0.176H,女,:,l,7,=0.179H,l,8,0.442H,女,:,l,8,=0.444H,l,9,0.523H,女,:,l,9,=0.520H,例：,一般的衣服、各种器具的设计是依据这样的尺寸比例。,5,、由人体尺寸推算设计尺寸,采用“传递系数”由“人体测量尺寸”推算出机器的设计尺寸。,传递系数：,进行机械设计时，为了使用方便，对需要经常使用的设计尺寸，根据百分位数给出的数值，进行修正和标准化后得出的计算比例系数。,机器尺寸,=,人体测量值,传递系数,汽车尺寸,(mm),人体测量平均值,(mm),比值（,%,）,座位一顶篷,靠背高度,座位宽度,座位高度,踏板一驾驶盘间距离,靠背一驾驶盘距离,座位深度,座位驾驶盘间距离,1016,458513,（,496,）,458,356,610,356,458,178,坐 高,肩 高,少 宽,臀 胭 高,腰 高,腹 部厚,臀限窝距,大 腿 高,914,592,366,429,549,257,470,145,112.0,83.9,125.2,83.0,111.1,138.4,97.5,123.0,美国和日本汽车设计中采用的传递系数,四人体测量数据的应用,1,确定产品（设备或建筑物）的功能尺寸,在涉及人体尺寸的产品、设备或建筑物设计中，设定产品功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数，而人体尺寸百分位数的选用又与所设计产品的类型密切相关。因此，设定产品功能尺寸的一般步骤如下：,（）确定所设计产品（设备）的类型。,凡涉及人体尺寸的产品设计，首先应按,GB/T1298591,标准中规定的产品尺寸分类方法，如表,5.6,所示，确定所设计的对象属于其中的哪一类型。,（）选择人体尺寸百分位数。,按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业品两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级以后，选择人体尺寸百分位数的依据是满足度。,（）确定功能修正量。,在设计中考虑有关人体尺寸时，首先应在人体尺寸上增加适当的着装修正量；其次应考虑由于姿势不同引起的变化量；另外，还要考虑实现产品各种操作功能所需的修正量。所有这些修正量的总和为功能修正量。功能修正量一般由实验方法求得，但也可从统计数据中获得。,（）确定心理修正量。,为了满足不同人群的审美等心理需求，在产品的最小功能尺寸上附加一项增量，称为心理修正量。功能修正量一般也由实验方法求得。,（）设定产品功能尺寸。,产品功能尺寸是指为确保实现某一功能而在设计时规定的产品尺寸，其设定方法如下：,最小功能尺寸人体尺寸的分位数功能修正量,最佳功能尺寸人体尺寸的分位数功能修正量心理修正量,2,用人体模板校核空间布置尺度,根据对人体测量数据所作的处理和选择而得到标准人体尺寸，标准,GB/T 15759-1995,规定了四个身高等级设计用人体外形模板的尺寸数据及其图形，适用于与人体有关的工作空间、操作位置的辅助设计及其工效学的评价,3,数字化人体设计,数字化人体模型技术可通过计算机辅助设计（,CAD,）方法确定人在相应的工作环境下的性能，确定人体尺寸、形态、功能及其定位，满足舒适性和安全性标准的要求。,5.3,作业空间设计工效学原则,一按“人,机”关系考虑的布置原则,这里的人机关系表现为：人观察机器的运行状态，并对机器实行控制。,从这一角度出发考虑机器设备的布置，应根据下述原则进行：,1,、根据人机之间的信息交换频率布置机器。,将信息交换频率高的机器布置在离操作者最近的位置，便于操作者观察和控制。,2,、根据人机之间所交换信息的重要程度布置机器。,最重要的机器布置在离操作者最近或最方便的位置，避免误观察或误操作。,3,、根据人操作机器或观察显示器的顺序布置机器。,可以缩短人在观察和操作机器时所,移动的距离,，减少,看管的时间,周期，提高看管效率。,例,1,：流水线操作。,例,2,：雷达面板设计。,图,4,、根据机器的功能布置机器。,把具有相同功能的机器布置在一起，这样便于操作者记忆和管理。,例,1,、操作面板设计。,例,2,、工厂机加车间分为车工组、铣工组、钳工组等。,上述四个原则，在实际实施中可能会相互矛盾，设计者应统筹考虑，全面权衡，根据主要目标选择一个原则（抓主要问题、解决主要矛盾），适当照顾其它原则，并进行多方案分析比较，找出一个较满意的解决方案。,二按“机,机”关系考虑的布置原则,这里主要表现为生产工艺过程的顺序性（按工序）。,对于单一品种的大批大量生产，这一点很容易做到，而且影响也非常大。例如：拖拉机、汽车制造厂的流水线等。,机器设备应按生产过程的原材料流向和工艺顺序布置，以减少产品的流动时间，,使加工路线最短,。避免或减少原材料、半成品的倒流、往复流动。,对于多品种单件小批生产情况，需要根据统计，分析计算出各产品在机器之间的流动次数和重量（物流强度），然后求出对于所有产品在统计意义上的最优布置，即通过设施规划或物流设计优化机器的布置，尽量最优。,三按“人,人”关系考虑的布置原则,生产过程中人与人的协同关系主要表现为：人与人的信息传递。,需要确定合理的人与人之间相对位置。,人与人之间相对位置的确定主要取决于信息传递频率、信息的重要程度、信息传递方式。,人与人之间相对位置也会影响机器设备的布置。,例如：,办公室的布置（老板、工作人员，接待员等）,办公楼的布置。,四分析调整,机器设备布置在考虑上述三种关系的同时，还要考虑生产面积的限制条件、采光条件、安全条件、机器特性的相互影响的限制条件及维修场地限制条件等。,一般情况下，不可能同时满足“人,机”、“机,机”、“人,人”三种关系的布置原则，并达到最优，而是首先考虑各种限制条件，然后按各布置原则给出多个方案，再进行权衡分析，经过一系列的调整取得一个满意解。,调整方法：,纸板、画图进行拼凑，计算机虚拟现实技术等。,END,百分比（,%,）,K,百分比（,%,）,K,0.5,1.0,2.5,5,10,15,20,25,30,50,2.576,2.326,1.960,1.645,1.282,1.036,0.842,0.674,0.524,0.000,70,75,80,85,90,95,97.5,99,99.5,0.524,0.674,0.842,1.036,1.282,1.645,1.960,2.326,2.576,百分比变换系数,上,下,拉,推,手臂的角度（,0,）,拉 力,推 力,左手,右手,左手,右手,180,150,120,90,60,向 后,230 240,190 250,160 190,150 170,110 120,向 前,190 230,140 190,120 160,100 160,100 160,180,150,120,90,60,向 上,40 60,70 80,80 110,80 90,70 90,向 下,60 80,80 90,100 120,100 120,80 90,180,150,120,90,60,向 内 侧,60 90,70 90,90 100,70 80,80 90,向 外 侧,40 60,40 70,50 70,50 70,60 80,（,a,）最大拉力 （,b,）最大推力,立姿操作时手的操纵力,最大拉力产生在肩下方,180,0,方向上，,最大推力产生在肩上方,0,0,方向上。,力体重（）,力体重（）,下肢的操纵力,最大力量,与座椅高度有关的脚踏推力的距离,（,mm,）,坐姿右脚平均最大蹬力为,2620N,，左脚平均最大蹬力为,2410N,，标准差为,454N,，保持,0.5min,。,最典型的平面作业范围，就是人坐在工作台前，在水平台面上运动手臂所形成的轨道。存在最大平面作业范围和最舒适作业范围（手臂自然弯曲（,3/5,手臂长）所画弧范围）。,左手最大范围,左手一般活动范围,右手最大范围,右手一般活动范围,推荐的最佳范围,