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第三章人体测量第一节人体测量简介一、人体测量（Anthropometry）为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。因此，设计者必须了解有关人体测量学方面的知识，并能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。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、形状和耐力；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。例如，在各种机动车辆的设计中，方向盘、控制手柄及脚踏装置位置都必须安排在人的肢体活动所能达到的范围内，操作的用力也应该处在人的肢体用力的适宜范围之内。人因工程学范畴内的人体测量数据可分为人体构造尺寸和人体功能尺寸，构造尺寸指静态尺寸；功能尺寸指动态尺寸，它包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸。在设备和工作台的设计中，必须利用人体测量的统计数据，使设备和工作台适合使用者。其最基本的要求是设备和工作台的物理尺寸要和人体相匹配。对生产企业来说，首要的问题就是要提高生产率和降低成本。生产设备是生产企业中最重要的部分，生产设备设计的合适与否直接影响效率和工人的身体健康，直接影响工人的出勤率及工伤。所以企业设计或使用合理的生产工具是非常重要的。二、人体尺寸与工作台设计人体测量的统计结果称作为人体尺寸，这些度量结果对于设计特定设备或环境有很重要的作用。例如，在椅子的设计中，必须考虑到使用者小腿的长度，如果椅子太高，则会因足部不能得到地面的支撑，而导致大腿下侧受压而感到不适。在实际工作中，经常采用数种指标来评价使用者和工作设备之间相匹配的程度，常用的指标有舒适性、安全性、效率等，它们可依重要性称为较高、一般和基本的要求。如在椅子设计中舒适性是最基本的指标时，设计者必须考虑使用者的小腿长度。如果椅子太高，使用者会感觉不舒服。由此便产生了设计的准则：座位的高度应当小于或等于小腿的长度。在应用人体结构尺寸来设计产品或设备时，应先确定使用对象并收集相应的统计数据，然后根据人体尺寸来确定设备或产品的尺寸。例如，应用人体测量设计工作台时可以遵循以下步骤：1、分析任务，确定与工作有关的功能要求；2、设立调查表找出与工作台有关的其它人因工程问题；3、确定使用者和相应的数据：如性别、种族、使用者年龄等。4、确定适应人群所占的比例，即工作台要使多大比例的使用者满意；5、确定基本的人体测量指标，如小腿高、坐高等；6、确定与指标相关的工作台尺寸有哪些；7、确定人体尺寸；8、利用人体测量的数据计算工作台的尺寸；9、建立实体模型10、进行合适度实验三、人体测量的方法（一）被测者姿势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，是两足大致成45º夹角，体重均匀分布于两足。2、坐姿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。（二）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（铅垂轴，纵轴和横轴）来决定的。人体测量中设定的轴线和基准面如图3-1所示。矢状面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面。正中矢状面将人体分成左右对称的两部分。冠状面通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两部分。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、下两部分。眼耳平面通过左、右耳屏点及眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。（三）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，将挠骨侧称为挠侧，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。（四）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。要求被测量者裸体或穿着尽量少的内衣(例如只穿内裤和汗背心)测量，在后者情况下，在测量胸围时，男性应撩起汗背心，女性应松开胸罩后进行测量。四、人体测量的主要仪器在人体尺寸参数的测量中，所采用的人体测量仪器有：人体测高仪、人体测量用直脚规、人体测量用弯脚规、人体测量用三脚平行规、坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺以及医用磅图3-1秤等。我国对人体尺寸测量专用仪器已制订了标准，而通用的人体测量仪器可采用一般的人体生理测量的有关仪器。1、人体测高仪它主要是用来测量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人体各部位高度尺寸。2、人体测量用直脚规它是用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径，如测量耳、脸、手、足等部位的尺寸。3、人体测量用弯脚规它用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。第二节静态测量人体尺寸的静态测量属于传统的测量方法，用途很广。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。制作衣服时人体尺寸的测量是常见的人体静态测量的方法，这种测量是在被测量者静态地站着或坐着的姿势下进行的。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。一、结构化的人体测量数据人体测量的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。不同的人给出的人体测量的定义可能略有出入。1986年Pheasant给出了较权威的各种人体测量数据的图示。下面给出关于此图的有关解释（图3-2）：1)身高（Stature）：从地面到头顶的垂直距离（高度）2)眼高（Eyeheight）：从地面到眼脚的高度3)肩高（Shoulderheight）：从地面到肩峰的高度4)肘高（Elbowheight）：从地面到周关节的高度，用来决定工作台的高度5)臀高（Hipheight）：指人体站立时，从地面到臀部关节的高度6)指节的高度（Knuckleheight）：作为栏杆和手柄的参考7)指尖的高度（Fingertipheight）：与手指操作控件的最低可接受水平有关8)坐高（Sittingheight）：从坐的平面到头顶的高度9)坐眼高（Sittingeyeheight）：指人体处于坐姿时，从坐立面到眼角的高度10)坐肩高（Sittingshoulderheight）：指人体处于坐姿时，从坐立面到肩关节的高度11)坐肘高（Sittingelbowheight）：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（Thighthickness）：与座位和桌面之间的空间有关13)臀部-膝盖的长度（Buttock-kneelength）：与座位之间的行距有关14)臀部-腿弯部的长度（Buttock-popliteallength）：与座位的深度15)膝盖的高度（Kneeheight）：与桌子下面的空间有关16)腿弯部的高度（Poplitealheight）：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（Shoulderbreadth：bideltoid）：肩部的最大水平宽度，与肩部的水平空间有关18)肩宽（Shoulderbreadth:biacromial）：指人体肩关节之间的距离，与服装设计有关19)臀宽（Hipbreadth）：设计座位的宽度20)胸部厚度（Chestdepth）：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（Abdominaldepth）：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-elbowlength）：在标准的坐姿中，从肩峰到肘下部的距离23)肘-指尖的长度（Elbow-fingertiplength）：在标准的坐姿中，从肘后到中指尖的距离，涉及前臂延伸的区域，用来定义正常的工作区域，胳膊的伸展区域24)上肢的长度（Upperlimblength）：在肘和腕都伸直的状态下，从肩峰到指尖的距离肩25)手心的长度（Shoulder-griplength）：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26)头部厚度（Headlength）：脸部的眉间到后脑部的距离，可作为眼部位置的参考数据27)头部的宽度（Headbreadth）：头部两耳上面的最大宽度28)手的长度（Handlength）：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（Handbreadth）：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（Footlength）：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（Footbreadth）：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（Elbowspan）：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（Gripreaches）：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，手掌的最高握点衡量胳膊在肩部的高度水平向前举起时，从背部到手掌的距离。这是人体无须刻意伸展便可达到的距离，在设计控制室或驾驶舱中的最大可图3-2静态的人体尺寸操作的开关时，要考虑此距离。值得注意的是，不同的书对人体测量术语及定义不同，所以，在实际应用中一定要搞清其人体测量数据的确切含义。二、数据的统计含义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。因此，通常选择测量群体中具有代表性的样本，并对其测量结果进行统计处理获得所需的数据。人体测量的数据常以百分位数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。其中第5百分位数是指有5%的人群身体尺寸小于此值，而有95%的人群身体尺寸均大于此值；第50百分位数是指大于和小于此人群身体尺寸的各为50%；第95%百分位数指有95%的人群身体尺寸均小于此值，而有5%的人群身体尺寸大于此值。在人体测量的实际应用中，除了上述三种常用的百分位数外，还常给出其它百分位数，其含义可依此类推。人群中的每个人都具有不同的形态和尺寸。如假定人体尺寸服从均值为μ的正态分布，则如果已知其均值μ和标准差S，就可以根据均值和标准差来计算百分位值。X(p)=μ+zS其中，z是正态分布中对应于所选百分位数的常量，X是对应的尺寸。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%。三、人体着装结构尺寸：由于在实际中用到的一般都是人体着装时的尺寸，所以对前面所说的人体结构尺寸在实际应用中要根据研究对象的不同进行修正，获得人体着装以后的结构尺寸。实际应用中，一般用特定的人体结构尺寸均值Mx加上平均的衣物修正值My来获得人体着装结构尺寸M(x+y)：M(x+y)=Mx+My人体尺寸轻薄的夏装冬季外套轻薄的工作服、靴和盔身高坐高大腿与台面距离足长足跟高头长头宽肩最大宽臀宽25/4031313/4013/4025/40--131325/4010254013/2525/40--50/7550/75703134025351001051313注：表中斜杠前为男性数据，斜杠后为女性数据