第二章-人体测量及数据应用

第二章人体测量及数据应用人机工程学第二章人体测量及数据应用第一节人体测量简介第二节人体测量的数据处理第三节常用人体测量数据第四节人体各部分结构参数的计算第五节人体测量数据的应用第一节人体测量简介•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。•一、概念1.人体测量：指借助人体测量仪器，按照人体测量方法，对人体身体各方面数据特征（主要是尺寸）的度量。2.人体测量学：是指测量人体各部分尺寸或比例来研究人体的形态特征的方法。形态测量人体体形尺寸体积重量表面积人体测量数据的种类运动测量人体的活动过程和活动范围的大小动作范围动作过程形体变化皮肤变化生理测量人体出力范围人体感觉反应人体疲劳人体的功能尺寸形态数据类型人体的构造尺寸动态尺寸人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸形态数据类型形态数据类型静态尺寸二、测量方法1.普通测量法2.摄影法，见图2-23.三维数学测量法，见图2-3图2-2摄影测量法图2-33D全身人体扫描系统三、人体（尺寸）差异因素1/41/23/4EF人体（尺寸）差异因素民族因素地区因素性别因素年龄因素时代因素1.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设计本民族的机具。例如：美国按男子身高设计的飞机，美国男子的适应范围将为90％，对法国人将为80％，对日本人将为43％。泰国人为24％。设计时要考虑民族因素和多民族的适应性。同样，中国人比较含蓄已经成为外国人对中国人的典型描述，针对中国文化的这一特点，在设计时，线形不宜过于强硬，尽量随和、流畅、圆润、稳重.2.地区因素一个国家由于地区不同，人体数据也有所差异。我国身材较高的地区为河北、山东、辽宁、吉林等省；中等身材的地区为浙江、江苏、湖北等省；较矮身材的地区为四川、云南、贵州、等省。设计要考虑地区因素及地区适应性。3.性别因素对于大多数人体尺寸（平均身高），男性比女性高100mm左右；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；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。4.年龄因素采用人体尺寸时，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岁身高的增长，在22岁之前呈上升趋势，30岁以后呈下降趋势。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。5.时代因素由于食物结构的改变，体育活动的开展，卫生知识的普及，当代年轻人的身材比老一辈要高。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1-1.4cm；美国城市男性青年在1973—1986年的13年间身高增加2.3cm；日本男性青年在1934—1965年的31年间身高增加5.2cm，体重增加4.0kg，胸围增加3.1cm（日本政府非常重视下一代的发展，在学校每天都有政府提供的牛奶和牛初乳，日本颁布了《学校午餐法》，目前，日本中小学生营养午餐的普及率高达82.2%和99.4%。）；我国原广州中山医学院男性在1956—1979年的23年间身高增加4.38cm，女性身高增加2.67cm。四、人体测量的术语及方法1.测量姿势（参见国标GB3975－88中的规定）（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。（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。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。（5）在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。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。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GB3975—83测点、测量项目国际GB5703—85测量方法测量项目-立姿（一）第二节人体测量的数据处理由于群体中个体与个体存在差异，一般来说某一个体的测量尺寸不能作为设计的依据，设计中所需要的是一个群体的测量尺寸。通常是通过测量群体中较少量的个体尺寸，经数据处理后而获得较为精确的所需群体尺寸。虽然人体的尺寸是千变万化的，但也有一定的分布规律，人体尺寸不完全遵循正态分布规律，但近似于正态分布，通常可借助正态分布曲线的概率分配来计算。以人体测量尺寸为横坐标，将各值出现的频数为纵坐标，可做出相对频数正态分布曲线图。根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。按照统计规律，任何一个测量项目（如身高）都有一个概率分布和累计概率。累计概率从0—100%,有若干个百分比值。均值方差标准差百分位数1.均值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。均值是描述测量数据位置特征的值，可用来衡量一定条件下的测量水平和概括的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：niinXnnXXXX12112.方差描述测量数据在中心位置(均值)上波动程度差异的值叫均方差，通常称为方差。nnnnxxnxxxxxxnS1222221211113.标准差它是方差的平方根，表明一系列测量值对均值的波动情况)(DS2112211niiDxnxnS小反映正态分布曲线陡，数据集中大反映正态分布曲线缓，数据分散)(DS)(DS4.百分位数人体测量的数据常以百分位数Pk来表示人体尺寸等级，最常用的是以第5%、第50%、第95%三种百分位数来表示。百分位数Pk是一种位置指标、一个界值。一个百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分，有K%的测量值等于和小于它，有（100-K）%大于它。P5（第5百分位数）表示“小”身材，是指有5%的人群身材尺寸小于此值，而有95％的人群身材尺寸大于此值；P50（第50百分位数）表示“中”身材，是指大于和小于此值的人群身材尺寸各为50％；P95（第95百分位数）表示“大”身材，是指有95％的人群身材尺寸小于此值，而有5％的人群身材尺寸大于此值。5.百分率的计算在一般的统计方法中，并不一一罗列出所有百分位数的数据，而往往以均值u和标准差σ来表示。虽然人体尺寸并不完全是正态分布，但通常仍可使用正态分布曲线来计算。因此，在人机工程学中可以根据均值u和标准差σ来计算:求某百分位数值求数据所属的百分率1）求某一百分位数的人体尺寸当已知某项人体测量尺寸的均值为，标准差为，需要求任一百分位的人体测量尺寸x时，可用下式计算：求1－50％之间的数据，式中取“－”号；求50－99％之间的数据，式中取“＋”号。x)(kxxi表1百分位数与变换系数k之间的关系百分比{%}k百分比{%}k12.326800.84251.645901.282101.282951.645500.000992.3265P95P例1：已知某一男性职工人群，其身高尺寸的均值标准差求和的人体测量尺寸。mmx25.1688mm83.81解：已知求、的人体尺寸mmx25.1688mm83.815P95PmmP86.1822645.183.8125.1688952）求数据所属百分率当已知某项人体测量尺寸为，其均值，标准差为时，需要求该尺寸所处的百分率P时，可按下列步骤求得：①计算出正态分布表中的值②根据Z查正态分布表求出概率数值p③计算百分率P。P＝0.5+pixxix/)(xxziz例2：若一名男性职工的身高为1700mm，求有百分之多少的男性职工超过他的身高？已知：求：所处的百分率Ｐ解：①计算ｚ：②查正态分布表：mmxi1700mmx25.1688mm83.81144.083.81)25.16881700()(xxzimmxi1700表2正态分布表z0123450.00.10.20.30.00000.03980.07930.11790.00400.04380.08320.12170.00800.04780.08710.12550.01200.05170.09100.12930.01300.05570.09480.13310.01990.05970.09870.1368Z=0.144③计算百分率PP=0.5+0.057＝0.557答：身高在1700mm以上的有44.3％，身高在1700mm以下的有55.7％0573.04100557.00597.00557.01700ixp14.0z15.0z0557.0p0597.0p插值计算例2：已知某一职工人群，其身高尺寸的均值标准差若一名职工的身高为1700mm，求有百分之多少的职工超过他的身高？mmx1670mms64第三节常用人体测量数据一、我国成年人人体结构尺寸GB10000－1988是1989年7月开始实施的《中国成年人人体尺寸》国家标准，适用于工业产品的设计、建筑设计、军事工业及工业的技术改造，设备更新及安全保护。该标准共提供7类47项人体尺寸基础人体数据，（男性18～60岁，女性18～55岁），并按男、女性别分开列表。1.人体主要尺寸：GB10000－88给出身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项人体主要尺寸数据。2.立姿人体尺寸：该标准提供成年人立姿人体尺寸有眼高、肩高、肘高、等六项人体尺寸数据。3.坐姿人体尺寸：标准中的成年人坐姿人体尺寸包括坐高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高等共11项。4.人体水平尺寸：（GB10000－88标准中提供），该标准中提供的人体水平尺寸是指胸宽、胸厚、肩宽、等10项。5.各大区域人体尺寸的均值和标准差：项目东北、华北西北东南华中华南西南SSSSSS体重/kg男648.2607.6597.7576.9566.9556.8女557.7527.1517.2506.8496.5506.9身高/mm男169356.6168453.7168655.2166956.3165057.1164756.7女158651.8157551.9157550.