东南大学人机工程学丁玉兰北京理工大学出版社讲义上.ppt

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1、第一讲 人体测量及测量数据的应用,人体测量的基本知识 常用人体尺寸数据 人体测量数据的应用 人体主要参数的计算 设计用人体模板,在中国二千多年前的内经灵柩之骨度篇中，对人体测量就有了较详细而科学的阐述。古埃及在公元前3500-2200年之间，也有类似人体测量的方法存在，并提出人体可分为十九个部位。,人体测量学(anthropometry)是人类学的一门分支学科，主要研究人体测量和观察方法，并通过人体整体测量与局部测量来探讨人体的特征、类型、变异和发展规律。,人体测量学是人机工程学的重要组成部分。进行产品设计时，为使人与产品相互协调，必须对产品同人相关的各种装置作适合于人体形态、生理以及心理特点

2、的设计，让人在使用过程中，处于舒适的状态以及方便地使用产品。因此设计师应了解人体测量学，生物力学方面的基本知识，并熟悉有关设计所必需的人体测量基本数据的性质、应用方法和使用条件。,1.1人体测量,1.1.1概述,人体测量数据主要分为两类：一类为静态测量数据，一类为动态测量数据 。,照实际使用来分类，可以分为如下三种：,a.形态测量：以检查人体形态的方式进行测量，主要内容有：人体长度，人体体型，人体体积和重量，人体表面积。 b.生理测量：测量人体的主要生理指标，主要内容包括：人体出力范围，人体感觉反应，人体疲劳。 c.运动测量：在对人体静态形态测量的基础上，测量人体的活动过程和活动范围的大小，主

3、要内容有：动作范围，动作过程，形体变化，皮肤变化。,1.1.2人体测量的基本知识,1.1.2.1测量姿势,b.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。,a.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

4、与同一铅垂面相接触。,1.1.2.2人体测量的基本平面与轴,人的肢体运动是绕一定的轴在某基本平面内进行的。这些轴都有是以关节为原点。这些平面一般都有是通过轴而组成的平面。人体关节没有可见的轴，因而必须依据关节的形态和运动规律，假设出这些基本轴以说明人体各部分运动，便于人体测量。,a.测量基准面,、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。 、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。 、冠状面 通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平

5、面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两个部分。 、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。 、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）。,b.运动轴,分别对应于矢状面，水平面和额状面设置三个基本轴，这些轴可在人体躯干，四肢和各脏器等部位设置。 矢状轴 通过关节中心并垂直于额状面的一切轴叫矢状轴。 额状轴（又名冠状轴），通过关节中心并垂直于矢状面的一切轴叫额状轴。 垂直轴 通过关节中心并垂直于水平面的一切轴叫垂直轴。,c.测量方向,、在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。 、在人体左、右

6、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。 、在上肢上，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。 、在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,d.测量项目,测量项目是用所需测量的两个部位、测点或经过点来定义的项目，国际GB397583中规定的测量项目有： 直立姿势：直立姿势有身高，鼻根高，眼高，耳屏高，颏下点高，颈根高，颈窝高，胸骨缘高，乳房高，乳房下缘高，胸骨下缘高，脐高，耻骨联合高，会阴高，肩峰高，腋窝前高，肘高，挠骨头高，挠骨茎突高，尺骨茎突高，中指指点高，指尖点高，腰围高，髂脊高，

7、髂前上棘高，大转子高，膝高，腓骨头高，腿肚高，颈椎高，肩胛骨下角点高，臀沟高，中指（上肢上举时）指尖点高，中指（上肢上举时）指点高。女人体加测乳房下缘高。 采取自然坐姿时：坐高，坐姿眼高，坐姿颏下高，坐姿胸骨上缘高，坐姿肩峰高，坐姿髂脊高，坐姿大腿缘高，坐姿大转子点高，坐姿枕后点高，坐次颈椎高，坐姿肩胛骨下角高，坐姿肘高。,躯干的尺寸：最大体宽，颈根宽，两户峰点宽，肩宽，腋窝前宽，胸宽，乳头间宽，腰宽，两髂脊点宽，臀宽，两肩胛骨下点宽，胸厚，胸矢状厚，腰厚，腹厚，臀厚，颈围，颈根围，上部胸围，乳头部位胸围，下部胸围，腰围，腹围、臀围，躯干垂直围长，颈前长，前胸长，颈后长，后背长，会阴上部前后长

8、，臀部弧长，坐姿背肩峰距离，坐姿臀部大转子点距离，坐姿腋窝间宽。,上肢尺寸：指距，上肢长，腋窝一茎突距离，手长，手背长，第1指掌侧长，第2指掌侧长，第3指掌侧长，第4指掌侧长，第5指掌侧长，腕关节宽，最大手宽，手宽，第3指最大宽，第3指宽，上臂根厚度，前臂最大宽，腕关节厚，掌厚，第3指最大厚，第3指厚，上臂根围，腋窝部位上臂围，上臂围，前臂围，腕关节围，掌围；上肢前展，上肢最大前展，背指点距离，前臂手前展长，肩峰肘距离，第1和第5指尖点间最大距离，第3指基节长，最大抓握径，上臂最大围，肘最大围，前臂最大围，拳围，背部正中线尺骨茎突距离。,下肢尺寸：足背高，内踝高，外踝高，足趾高，足长，足根跖骨

9、距离，足背长，足跟内踝距离，大腿宽，膝宽，腿肚宽，踝上宽，足宽，足跟宽，内外踝宽，大腿厚，膝厚，腿肚厚，踝上厚，下肢根围，小腿围，膝围，腿肚围，踝上围，足围，足根围，坐姿髂骨上缘高，坐姿臀|膑骨前缘距离，坐姿臀腓骨头点距离，坐姿臀腿肚后缘距离，坐姿下肢长，坐姿膝围。,头部尺寸：头全高，容貌面长（），容貌面长（），形态面长，眼颏下距离，鼻长，人中高，唇全高，头盖高（），头盖高（），头长，枕后点鼻尖点距离，枕后点颏下点距离，枕后点眼外角点距离，枕后点耳屏点距离，鼻高，耳长，耳屏点上方的耳长，头宽，两耳间外宽，两耳屏点宽，两眼外宽，瞳孔间宽，两眼内宽，两下颌角间宽，鼻宽，口裂宽，耳宽，头周，头矢状弧

10、长，耳屏点间头盖弧长，耳屏点间眉间弧长，耳屏点间颏下弧长，耳屏点间下颌弧长，耳屏点间枕部弧长。,身体各部位间前后距离：耳屏肩峰前后距离，肩峰胸骨上缘前后距离，肩峰乳头前后距离，肩峰胸骨下缘前后距离，肩峰腰围前缘前后距离，肩峰耻骨前后距离，肩峰大转子前后距离，大转子臀部后缘前后距离，大转子臀沟前后距离，大转子膑骨中点前后距离，大转子腓骨头前后距离，大转子外踝点前后距离，坐姿肩峰大转子前后距离，坐姿大转子腹部前缘前后距离。体重：体重（空腹裸重）。,1.1.2.3其他 a.支撑面 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、稳固的和不可压缩的。 b.被侧者的衣着 要求被侧者裸体或穿着尽量少的

11、内衣，例如只穿内衣裤和背心，后者的情况下，在测量胸围时，男性应撩起背心，女性应松去胸罩后进行进行测量。 c.测量值读数精度 线性测量项目的测量值读数精度为1mm，体重的读数精度为0.5kg。,1.1.3人体尺寸测量的分类,1.1.3.1静态人体尺寸测量,静态人体尺寸测量是指被测者静止地站着或坐着进行的一种测量方式。静态测量的人体尺寸用作为设计工作空间的大小、家具、产品界面元件以及一些工作设施等的设计依据。目前我国成年人静态测量项目，国家标准正文中规定立姿有40项，坐姿有22项。详见GB397583人体测量术语和GB570385人体测量方法。,1.1.3.2动态人体尺寸测量,动态人体尺寸测量是指

12、被测者处于动作状态下所进行的人体尺寸测量。动态人体尺寸测量的重点是测量人在执行某种动作时的身体动态特征。,1.1.3.2动态人体尺寸测量,动态人体尺寸测量的特点是，在任何一种身体活动中，身体各部位的动作并不是独立完成的，而是协调一致的，具有连贯性和活动性。例如手臂可及的极限并非唯一由手臂长度决定，它还受到肩部运动、躯干的扭转、背部的屈曲以及操作本身特性的影响。由于动态人体测量受多种因素的影响，故难以用静态人体测量资料来解决设计中的有关问题。 动态人体测量通常是对手、上肢、下肢、脚所及的范围以及各关节能达到的距离和可能转动的角度进行测量。,1.2.1我国成年的人体结构尺寸,我国1989年7月1日

13、实施的GB 1000088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1860岁，女1855岁）。,1.2常用人体尺寸数据,标准中共列出47项我国成年人体尺寸基础数据，按男女性别分开，且分三个年龄段：1825（男、女），2635（男、女），3660（男）、55（女），且分别给出这些年龄段的各项人体尺寸数值，为了方便使用，各类数据表中的各项人体尺寸数值均列出其相应的百分位数。现将GB 1000088中的人体主要测量项目及尺寸摘录于图14及表11中，可在实际设计时查阅。,a.人体主要尺寸,单位：

14、mm,b.立姿人体尺寸,单位：mm,c.坐姿人体尺寸,单位：mm,d.人体水平尺寸,单位：mm,表15 几项常用的人体着装功能尺寸（男：1860岁） 单位：mm,表16 身高、胸围、体重的均值及标准差SD,选用GB 1000088中所列人体尺寸数据时，应注意以下要点：,、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进行修正。 、立姿时要求自然挺胸直立，坐姿时要求端坐。如果用于其他立、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，故根据征兵体检等局部人体测量资料，将全国划分为以下六个区域，即： 、东北、华北区 包括黑龙

15、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、台湾。 、西南区 包括贵州、四川、云南。,1.3.1人体测量数据的主要统计函数,1.3人体测量数据的应用,A:总体与样本,静态人体测量数据，可根据数统理计原理进行分析。如果把测量数据按自小到大依次在横坐标轴上。同时把某一间隔距离横坐标内的测量值频数作为纵坐标，即可以得到测量数据的频率分布图直方图。当横坐标的尺寸间隔划分得无限小时，直方图便转化为一条正态分布曲线，它在横坐标轴上覆

16、盖的总面积为100%，若从零到某一横坐标值上的曲线面积为5%时，那么该横坐标轴值称为5%值。同理，从零到某一横坐标值上的曲线面积分别为50%和95%时，则把该横坐标轴值分别称为50%值和95%值。在人机工程学设计中，有效地运用这三种数值来解决人为误差，如图19所示。,a.均值,均值是人体测量数据统计中的一个重要指标。它表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，该值称为平均值，简称均值。可用以衡量一定条件下的测量水平或概括地表现测量数据的集中情况。对于有n个样本的测量值：x1，x2，xn，其均值为：,（式11）,b.方差,用上式计算方差，其效率不高，因为它要用数据作两次计算，即首先用数据算出，再用数

17、据去算出S2。推荐一个在数学上与上式是等价的，计算起来又比较有效的公式，即,（式12）,（式13）,描述测量数据在中心位置（均值）上下波动程度差异的值叫均方差，通常称为方差。方差表明样本的测量值是变量，既趋向均值而又在一定范围内波动。对于均值为的n个样本测量值：x1，x2，xn，其方差S2的定义为：,c.标准差,（式14）,由方差的计算公式可知，方差的量纲是测量值量纲的平方，为使其量纲和均值相一致，则取其均方根差值，即用标准差来说明测量值对均值的波动情况。所以，方差的平方根S称为标准差。对于均值为的n个样本测量值：x1，x2，xn，其标准差S的一般计算式为：,d.抽样误差,由上式可知，均值的标

18、准差要比测量数量的标差S小倍。如果测量方法不变，样本容量越多，则测量结果精度越高。因此，在许可范围内增加样本容量，可以提高测量结果的精度。,（式15）,抽样误差又称标准误差,即全部样本均值的标准差，在实际测量和统计分析中，总是以样本推测总体，而在一般情况下，样本与总体不可能完全不同，其差别就是由抽样引起的。抽样误差数值大，表明样本均值与总体均值的差别大，反之，说明其差别小，即均值的可靠性高。当样本数据的标准差为S，样本容量为n时，则抽样误差计算公式为：,e.百分位数,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：,（式1

19、6）,1%50%之间的数值,Pv = - (SK),50%99%之间的数值,Pv = + (SK),（式17）,式中 平均值； S标准差； K百分比变换系数，由表18查得。,百分位表示设计的适应域。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。,表18 百分比与变换系数K,例 1 设计适用于90%东南男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？,解 由表16查得东南男性身高

20、平均值 = 1686mm，标准差S=55.2mm。要求产品适用于90%的人，故以第5百分位为下限和第95百分位为上限，据此由表18查得变换系数K = 1.645。 由此可求得第5百分位数值为： Pv = - (SK) =1686（55.21.645） =1595.2 mm； 也可求得第95百分位数值为： PV = + (SK) =1686+（55.21.645） =1776.8 mm。 结论 按身高1595.21776.8 mm设计产品尺寸，将适用于90%的东南男性,讨论 由上述计算过程可知，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。 例中被排除的10%的人，是10%的矮小者还

21、是10%的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舒适性的影响、视觉效果及经济成本等因素的考虑。,（式18）,式中： 平均值； S标准差。 再由下式求得百分率P：,P=0.5+p （式19）,式中： p概率数值，根据上面公式求得的Z值，在表19中查取。,当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分率P时，可按下列步骤及公式求得 :,表19 正态分布表,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16查得东北女性身高平均值=1586mm标准差S=51.8 mm。由上式（18）求得Z值为 根据Z=0.046值查表19得p=0.1772(取近似值0.1

22、77)，由式（19）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%。,1.3.2影响人体测量数据差异的因素,人体尺寸增长过程，一般男性20岁结束，女性18岁结束。通常男性15岁、女性13双手的尺寸就达到了一定值。男性17岁、女性15岁脚的大小也基本定型。成年人身高随年龄的增长而收缩一些，但体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄的增长而增加了。在选用人体尺寸时，必须考虑工作和生活的环境适合哪些年龄组的人。在使用人体尺寸数据表时，要注意不同年龄组尺寸数据的差别。,1.3.2.1年龄,1.3.2.2性别,在男性与

23、女性之间，人体尺寸、重量和比例关系都有明显差异。对于大多数人体尺寸，男性都比女性大些，但有四个尺寸胸厚、臀宽、臂部及大腿周长，女性比男性的大。男女即使在身高相同的情况下，身体各部分的比例也是不同的。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。皮下脂及厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别。因此，以矮小男性的人体尺寸代替女性人体尺寸使用是错误的，特别是在腿的长度尺寸起重要作用的工作场所，如坐姿操作的工作，考虑女性的人体尺寸至关重要。,1.3.2.3年代,随着人类社会的不断发展，卫生、医疗、生活水平的提高以及体育运动的大力开展，人类的成长和发育也发生了变化。据

24、调查，欧洲居民每隔10年身高增加11.4cm；美国城市男性青所19731986年13年间身高增长2.3cm；日本男性青年19341965年31年间身高增长5.2cm、体重增加4k胸围增加3.1cm；我国广州中山医学院男生19561979年23年间身高增长4.38cm、女生身高增长2.67cm。身高的变化势必带来其他形体尺寸的变化。因此，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。,1.3.2.4地区与种族,不同的国家、不同的地区、不同的种族人体尺寸差异较大，见表17。即是在同一国家，不同区域也有差异，由表16列出的我国六个区域的人体身高、胸围、体重的平均值和标准差中即可明显看出这

25、一差异。进行产品设计时，必须考虑不同国家、不同区域人体尺寸的差异。另一方面，随着国际间、区域间各种经贸活动的不断增大，不同民族、不同地区的人使用同一产品、同一设施的情况将越来越多，因此在设计中考虑产品的多民族的通用性也将成为一个值得注意的问题。,1.3.2.5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。在美国，工业部门的工作人员要比军队人员矮小；在我国，一般部门的工作人员要比体育运动系统的人矮小。也有一些人由于长期的职业活动改变了形体，使其某些身体特征与人们的平均值不同。对于不同职业所造成的人体尺寸差异在产品设计中必须予以注意。另外

26、，数据来源不同、测量方法不同、被测者具有代表性特征等因素，也常常造成测量数据的差异。,1.3.3人体尺寸数据的应用,1.3.3.1应用人体尺寸数据的基本原理,人体大小各不相同的，但设计的产品一般不可能满足所有使用者。为使设计适合于较多的使用者，则需要根据产品的用途及使用情况应用人体尺寸数据，按下列基本原理进行设计： 设计要达到适合体型矮小的使用者的尺寸； 设计要达到适合体型高大的使用者的尺寸。 为使设计满足上述原理，必须合理选用百分位。通常选用百分位的原则是，在不涉及使用者健康和安全时，选用适当偏离极端百分位的第5百分位和第95百分位作为界限值较为适宜，以便简化加工制造过程、降低生产成本。具体

27、应用时要考虑以下几点原则： a、由人体身高决定的产品，如门、船舱口、通道、床、担架等，其尺寸应以第99百分位数值为依据。 b、由人体某些部分的尺寸决定的物体，如取决于腿长的坐平面高度，其尺寸应以第5百分位数值为依据。,c、可调尺寸，应可调节到使第5百分位和第95百分位之间的所有人使用方便。 d、以第5百分位和第95百分位为界限值的物体，当身体尺寸在界限值以外的人使用会危害其健康或增加事故危险时，其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。紧急出口以及至运转着的机器部件的有效半径，应以第99百分位数值为依据，而使用者与紧急制动杆的距离则应以第1百分位数值为依据。 e、门铃、插座、电灯开关等的安装

28、高度以及营业柜台高度等这类具有普遍性的场合，应以第50百分位数值为依据。,人体尺寸数据在设计中的应用，是一个极其重要而又很复杂的问题，它关系到所设计的设备、机器等产品定向目标的适用性，操作简便、准确，舒适性，显示装置的可辨性和易读性以及结构的宜人性。关于这些问题，将在后续有关讲节中阐述。,人体尺度主要决定人机系统的操纵是否方便和舒适宜人。因此，各种工作面的高度和设备高度如操纵台、仪表盘、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等，都要根据人的身高确定。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，以供设计时选择查用。,

29、a、必须弄清设计的使用者或操作者的状况，分析使用者的特征，包括性别、年龄、种族、身体健康状况、体形等。 b、人体尺寸的统计分布一般是呈正态分布的，故按人体尺寸的平均值设计产品和工作空间，往往只能适合50%的人群，而对另外50%的人群则不适合。例如以最大肩宽的平均值设计舱口直径，将只有小于平均最大肩宽的一半人可由该舱口出入，而大于平均最大肩宽的另一半人则无法由此出入。又如一个不常使用的控制阀门需要安装在通过过道的架空管道上，手轮安装高度若以人体的平均高度设计，将只有大于双臂功能上举高平均值的50%的人，才能达到阀门手轮的安装高度，而另外50%的人的手臂则够不着阀门的手轮，在紧急状态时将无法进行控

30、制。因此，一般不能以平均值作为设计的唯一根据。,1.3.3.2应用人体尺寸数据时应注意的要点,c、大部分人体尺寸数据是裸体或是穿汗背心、胸罩、内裤时测量的结果。设计人员选用数据时，不仅要考虑操作者的着衣穿鞋情况，而且还应考虑其他可能配备的东西，如手套、头盔、鞋子及其他用具。我国目前尚无统一的着衣人体尺寸增大的调整值，表26给出了一个建议调整数据，供设计时参考。,对于特殊的紧急情况也应予以考虑，例如在正常情况下99%的人可以顺利通过的通道，一旦失火，由于救护人员戴着头盔、穿着防火衣并携带救护工具就可能无法顺利通过，因而要考虑非常情况下的宽度要求。 d、静态测得的人体尺寸数据，虽可解决很多产品设计

31、中的问题，但由于人在操作过程中姿势和身体位置经常变化，静态测得的尺寸数据会出现较大误差，设计时需用实际测得的动态尺寸数据加以适当调整。 e、确定作业空间的尺寸范围，不仅与人体静态测量数据有关，同时也与人的肢体活动范围及作业方式方法有关。如手动控制器最大高度应使第5百分位数身体尺寸的人直立时能触摸到，而最低高度应是第95百分位数的人的触摸高度。 设计作业空间还必须考虑操作者进行正常运动时的活动范围的增加量，如人行走时，头顶的上下运动幅度可达50mm。,表110 由于着衣人体尺寸增大的调整植（建议值）,1.3.3.3人体尺寸数据在设计中的应用,表111 主要人体尺寸的应用原则,1.身高,2.立姿眼

32、高,2.立姿眼高,3.肘高,4.坐高,5.坐姿眼高,6.坐姿肩峰高,7.最大肩宽,8.坐姿两肘间宽,9.臀宽,10.肘部平放高度,11.坐姿大腿厚,12.膝盖高度,13.腿弯高度,14.臀部至腿弯长度,15.臀部至膝盖长度,16.臀部至足尖长度,17.臀部至脚后跟长度,18.坐姿垂直伸手高度,19.立姿垂直手握高度,20.立姿侧向手握距离,21.手臂平伸手握距离,22.人体最大体厚,23.最大体宽,人体尺度主要决定人机系统的操纵是否方便和舒适宜人。因此，各种工作面的高度和设备高度如操纵台、仪表盘、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等，都要根据人的身高确定。以身高为基准确定工作面高度、设备和用具

33、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，以供设计时选择查用。图1-18是以身高为基准的设备和用具的尺寸推算图，图中各代号的定义见表1-12。,表1-12 设备及用具的高度与身高的关系,GB10000-88标准中只提供了成年人人体结构尺寸的基础数据，并没胡给出成年人的有功能作用的人体尺寸数据，但是在设计中却需应用一些人体功能尺寸数据，作者在有关研究课题中，曾对人体功能尺寸作了分析，现将研究结果中几项常用的人体着装功能尺寸数据列于表1-13，供参考。由于设计中主要用到第5、第50和第95百分位的数据，所以表1-13只列出这三种百分位的数据。,1.3

34、.4我国成年人的人体功能尺寸,1.3.4.1常用的功能尺寸,表1-13 几项常用的人体着装功能尺寸（男：18-60岁）,1.3.4.2人在工作位置上的活动空间尺度,人在各种情况工作时都需要有足够的活动空间。工作位置上的活动空间设计与人体的功能尺寸密切相关，但在现有人体测量数据中，又缺少这类设计依据。为此，作者根据GB10000-88标准中的人体测量基础数据，分析了几种主要作业姿势活动空间设计的人体尺度，以供设计参考。 由于活动空间应尽可能适应于绝大多数人的使用，设计时应以高百分位人体尺寸为依据。所以，在以下的分析中均以我国成年男子第95百分位身高（1775mm）为基础。 在工作中常取站、坐、跪

35、（如设备安装作业中的单腿跪）、卧（如车辆检修作业中的仰卧）等作业姿势。现从各个角度对其活动空间进行分析说明，并给出人体尺度图。,a、立姿的活动空间 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，驰、脚的站平面不变时，为保持平衡必须限制上身和手臂能达到的活动空间。在此条件下，立姿活动空间的人体尺度如图1-11所示。,根据立姿活动空间条件，坐姿活动空间的人体尺度见图1-12。,b、坐姿的活动空间,c、单腿跪姿的活动空间,根据立姿活动空间的条件，单腿跪姿活动空间的人体尺度如图1-13所示。,d、仰卧的活动空间,1.4人体主要参数的计算,1.4.1人体各部分尺寸

36、与身高的相关计算 1.4.1.1我国成年人人体各部分尺寸与身高的比例关系,根据GB 1000088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1860岁，女1855岁）人体各部分尺寸与身高H的比例关系如表110所示。,1.4.1.2其他国家成年人人体各部分尺寸与身高的比例关系,表114 美国、加拿大和欧洲男性坐姿各部分尺寸计算公式 （cm）,一般人体的体重与身高之间存在下述关系： 正常体重 WE = H 110（kg） 理想体重 WL = H 110（kg） 式中： H身高（cm）。 如果人体的体重经常低于或高于正常体重的10%以上，则属于不正常状态。,1.4.2体重与身高

37、的相关计算,1.4.3.1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）。,1.4.3.2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（cm2）； 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 = W0.425H0.72572.46 式中 B人体表面面积（m2）; W体重（kg）； H身高（cm）。,1.4.3人体体积和表面面积的计算,在已知人体身高H（cm）、体重W（kg）、体积（L）时，可计算出人体生物

38、力学各参数的近似值，见表116。,表115 美国、加拿大和欧洲男性坐姿各部分尺寸计算公式 （cm）,1.4.4人体生物力学参数的计算,表116 人体生物力学参数的计算公式,表117由男性测量值求女性人体尺寸的换算系数,1.4.5男性与女性人体尺寸的换算,人体模板是根据标准人体尺寸（对人体测量数据进行处理和选择后得到），按1：1、1：5或其他实际需要的比例，用塑料板或纤维板等材料制成的各关节均可活动的裸体穿鞋二维人体模型。,1.5人体模板及其应用,人体模板作为一种有效的辅助设计手段，已被广泛应用于人机系统设计中，人体模板的结构。,人身保肢体上标出的基准线（见图117中的细实线）用以确定关节角，这

39、些角度可由人体模板相应位置的刻度盘上读出。头部标出的眼线相当于正常视线，与眼耳平面成向下倾斜的15角。鞋上标出的基准线表示人的脚底。,A、模板的基准线,人体模板可在侧视图上演示关节的多种功能，但不能演示侧向外展和转动运动。人体模板上的关节有一部分涉及轴关节（肘、手、头、髋、脚），有一部分是根据经验数据设计的关节结构（肩、腰区、膝）。 由于技术上的原因，所用的腰区关节结构（P5），没有反映人体这一区域的全部生理作用，因此背部的外形与人体实际的腰区弧线也不完全相符，故不宜用作座椅靠背曲线的设计。,B、模板的关节,图117所示人体模板上带有角刻度的人体关节活动范围（调节范围），包括健康人在韧带和肌肉

40、不超过负荷的情况下所能达到的位置，见表118。此处不考虑那些虽然可能但对劳动姿势来说已超出有生理意义的界限的运动。,表117人体模板关节角的调节范围,C、模板的活动范围,根据手在实际操作中的姿势的不同，可选择使用以下四种手型模板 （见图 117）： A型 三指捏在一起的手。 B型 握住圆棒的手，且手的横轴位于垂直面。这是一种主要抓握形式。 C型 握住圆棒的手，且手的横轴位于水平面。 D型 伸开的手。,D、手的姿势的变化,在确定坐姿工作位置的尺寸和调节范围时，应尽可能地适应绝大多数人的人体尺寸，因此可按表118所列人体尺寸等级，制作或选用相应的人体模板。 目前我国国家标准尚未列入人体尺寸等级，表

41、118给予出了与我国人体尺寸较接近的日本的人体尺寸等级，使用时可加以适当修正。,表118 人体尺寸等级,1.5.1人体尺寸等级,目前设计中应用比较广泛的是坐姿侧视人体模板。这种模板主要用于辅助工程制图、辅助设计、辅助演示或模拟测试。使用时，根据需要，可将选定的人体模板放置于实际的作业空间或设计图样的相关位置上，用以确定人体有关部位在纵平面内的可及范围。例如，对于坐姿安装工作系统的设计，借助于人体模板，即可方便地得到适合不同人体尺寸等级的人在生产区域中的工作面高度、坐平面高度、脚踏板高度这样一组相互关联的尺寸数据，进而为工作台、座椅、脚踏板的设计提供了可靠依据（见图118）。,显然，借助于人体模

42、板亦可演示操作形态，校核、测试设计的可行性与合理性（见图119）。在小汽车、载重汽车、拖拉机等驾驶室的设计中，均可利用人体模板演示座椅、操纵装置、显示装置与人体操作姿势的配合是否处于最付佳状态，校核驾驶室空间尺寸 以及各种装置的安装位置是否合适。,1.5.2人体模板的应用,图119 汽车驾驶室人体模板演示,讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,首先我们来看自行车是怎样使用的，其使用过程。,准备工作,跨骑、滑行,骑行,下车,自行车设计中的一些尺度的确定往往是以人体测量尺寸为参照来进行的。我们设计定位的使用人群是18岁以上的成年人，车是两轮的人力的、单人骑乘的自行车。,自行车的形式有许多种。,讨论：

43、自行车设计要涉及的人体尺寸。,自行车设计的国家标准要求 对零部件的安全要求是：在正常的骑行、搬运和维修时，凡骑行者的手、腿等可触及之处，都不应有外露的锐边。经组装后，凡长度大于8毫米的外露突出物，应有保护措施。 每辆自行车应装有两个制动系统，一个制动前轮，一个制动后轮，制动系统应操作灵活。,讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,标准规定： 自行车在做干态（晴好天气）制动时，应满足试验速度为每小时25公里，使用的车闸两个车闸或单用后闸，制动距离两个车闸为7米，单用后闸为15米； 在做湿态（雨雪天气）制动时，应满足试验速度为每小时16公里，使用两个车闸，制动距离为9米，单用后闸，制动距离为19米。,

44、讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,1、车闸（制动系统） 自行车应装有制动系统，或保证符合上述要求的装置。只有一个制动闸时，应装在后轮上;有两个独立的制动闸时，则一个装在前轮上，另一个装在后轮上。 手闸 A、闸把位置 前、 后 闸 把安装在车把两侧的具体位置可根据我国的使用习惯:前闸把在右、后闸把在左。 B、握闸尺寸 从闸把外表面量到车把、或车把把套、或其他防护物外表面的最大握闸尺寸d(见图2)，在A和B二点之间不应超过90 mm，B和C二点之间不应超过100 mm。,讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,2、车把 把横管的总宽度应在350700mm之间。处于

45、最高位置时的把套上端面和处于最低位置时的鞍座面之间的垂直距离不应超过400 mm。 把横管末端应装有把套或把盖，它们应能承受70N的拉脱力。,讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,车把稳定性 车把经正确调整后，应在正前方位置的左右两侧各不小于60。的范围内转向灵活，轴承处不应出现紧点、僵呆或松弛现象。 当骑行者坐在鞍座上，双手握住车把把套并尽量往后靠时，自行车和骑行者的总重量至少应有25%压在前轮上。,讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,3、脚蹬脚踩面 脚蹬 的脚踩面应安装可靠，相对于脚蹬部件应无松动。 自行车直放不骑人，一只脚蹬处于最低位置且脚踩面与地面平行，如果只有一个脚踩面的话，该脚踩面要

46、朝上，自行车应能向一侧倾斜25。而脚蹬上的任何零部件不触及地面。,讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。,足趾间隙 不装足尖套的自行车，其脚蹬到前轮胎或泥板之间的间隙(在轮胎或泥板转到任意角度时)至少应为89 mm。间隙的测量方法是从两脚蹬的中心线分别向前平行于自行车的纵轴线，量到轮胎或泥板旋转弧线的最近距离，取其小者，见图3。 自行车的前叉设计得可装前泥板的，其足趾间隙必须以装上泥板后的情况进行测量。,4、鞍座与限制尺寸 鞍座 、鞍座架和其他鞍座附件的任何部分，从鞍座面与鞍管轴线之交点算起，都不能超过鞍座面以上125 mm。,5、相关的人体尺寸 手掌的宽度； 手在握把时，手指有效的抓握宽度；,整

47、个手臂的长度； 手在握把时的长度（这与把的形状有关）； 肩宽； 坐姿两肘间宽；,坐姿下肢长； 坐姿肩高； 会阴高； 脚宽；,坐姿臀部宽（坐骨结节的宽度）； 臀部至膝盖的距离；,在坐姿状态下脚的活动范围；,在骑乘过程中膝盖的活动范围； 手握车把时的活动范围。,感觉和知觉特征 视觉的功能及特征 听觉机能及其特征 其他感觉机能及特征 人的心理特征 神经系统 运动系统的机能及其特征,第二讲 人体感知,在人机系统中，人是系统的主体和系统的灵魂，既是系统中的一个重要组成部分又可以把它作为一个独立的子系统来研究；完整的人体是一个非常复杂的系统，它包括肌肉、骨骼、神经、感官、运动能量代谢、内分泌、体液循环、呼

48、吸、消化、排泄、生殖等多个分系统,各个系统均有自己特殊的结构和功能。彼此间相互独立、相互联系、相互制约。 人在任何活动中都需要几个子系统协同参与，单个子系统不能独立完成人的任何活动。在人机系统中，人体的感官、神经、肌肉、骨骼运动系统是直接与外界发生联系的系统，是人的一切工作赖以实现的物质基础。,骨：连结形成骨骼，构成支架，支持体重、 保护内脏，并参与运动，充当杠杆。 关节：在运动中作为支点，起枢纽作用。 肌肉：运动中赋予动力。,如运动系统组成：,功能：对人体来说运动系统起支持，保护和运动作用。,人机系统工作时，机器把信息经过显示器传递给人的感官，通过中枢神经系统对信息进行处理后，再指挥运动系统操纵机器的控制器，以改变机器的运行状态，与此同时，人机系统所处的环境因素也将不断影响和干扰系统（如图21所示）。因此，广义上的人机系统应该是人机环境系统，这里的所指“环境”是运行系统中的人与机器所共处的环境。由于人的感官等子系统是人机环境系统信息传递的重要环节，因此本讲将从人机工程学的观点来讨论人体的这些系统的功能特点，为产品的人机设计提供有关的生理学和心理学基础。,2.1.1基本概念 2.1.1.1感觉,感觉是人脑对直接作用感觉器官的客观事物的个别属性的反映。人的感觉器官接受内、外环境的刺激，并将其转化为神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢