人因工程学第11章人体测量

第十一章人体测量一、人体测量概述二、常用的人体测量数据三、人体测量数据的应用四、案例第一节人体测量概述人体测量学是一门新兴的学科，它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。这些测量数据对工作空间的设计，机器、设备设计以及操纵装置等设计具有重要意义，并直接关系到合理地布置工作地，保证合理的工作姿势，使操作者能安全、舒适、准确地工作，减少疲劳和提高工作效率。一、人体测量的基本术语（一）基本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，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45°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，膝弯屈大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。一、人体测量的基本术语（二）测量基准面，如图11-1所示1.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。2.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。3.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。4.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。一、人体测量的基本术语一、人体测量的基本术语（三）测量方向（1）在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，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，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，远离四肢附着部位的称为远位。（4）对于上肢，将桡骨侧称为桡侧，尺骨侧称为尺侧。（5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，腓骨侧称为腓侧。一、人体测量的基本术语（四）支承面、衣着和测量精确度支撑面。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、不可压缩的。衣着。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，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。测量值读数精度。线性测量项目测量值读数精确度为1mm，体重读数精确度为0.5kg。二、人体尺寸测量分类人体测量学：通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，使设计更适于人。测量数据：1、静态人体尺寸测量，见图11-22、动态人体尺寸测量，见图11-3三、人体测量方法(一)测量仪器1.人体测高仪，见图；2.人体测量用直脚规，见图；3.人体测量用弯脚规，见图；此外，还有人体测量用三脚平行规，坐高椅，量足仪，软卷尺以及医用磅秤等。三、人体测量方法（二）测量方法测量时应在呼气与吸气的中间进行。其次序为从头向下到脚；从身体的前面，经过侧面，再到后面。测量时只许轻触测点，不可紧压皮肤，以免影响测量的准确性。身体某些长度的测量，既可用直接测量法，也可用间接测量法——两种尺寸相加减。另外，测量项目应根据实际需要确定，具体测量方法详见GB/T5703—1999《用于技术设计的人体测量基础项目》的有关规定。第二节常用的人体测量数据一、我国成年人人体结构(静态)尺寸参阅GB10000－88我国成年人人体尺寸国家标准，主要包括：(一)人体主要尺寸，见图11-4和表11-1(二)立姿人体尺寸，见图11-5和表11-2(三)坐姿人体尺寸，见图11-6和表11-3(四)人体水平尺寸，见图11-7和表11-4第二节常用的人体测量数据二、我国成年人人体功能(动态)尺寸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能转动的角度进行测量。由于人主要依靠上肢从事各项操作活动，因此本节只给出上肢功能(动态)尺寸，见表11-6第三节人体测量数据的应用一、人体测量中的主要统计指标在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，因而可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。一、人体测量中的主要统计指标1.平均值niixnx11一、人体测量中的主要统计指标2.标准差2/112211niiDxnxns一、人体测量中的主要统计指标3.百分位数在设计中，当需要得到任一百分位α的数值时，则可按下式进行计算KSXXDK为百分比变换系数，见表11-7例11-1设计适用于90％东南区男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸?解：由表11-5查得东南区男性身高平均值1686mm，标准差55.2mm。要求产品适用于90％的人群，故应以第5百分位数为下限，第95百分位数为上限进行设计，由表11-7查得，5%与95%的变换系数K＝1.645。由此可求得第5百分位数为1686—55.2×1.645=1595.2（mm）第95百分位数值为1686＋55.2×1.645=1776.8（mm）结论：按身高1595.2～1776.8mm设计产品尺寸，将适用于90％的东南区男性。人体测量尺寸对应的百分率P=0.5＋s式中S为概率数值，可根据值，在正态分布表中查取DiSXXZ例11-2已知女性A身高1610mm，试求有百分之几的东北女性超过其高度？解由表11-5查得东北女性身高平均值=1586mm,标准差SD=51.8mm。则根据Z值查表11-8得s=0.1772(取近似值0.177)，由式（11-5）求得P值为P=0.5＋0.177=0.677结论：身高在1610mm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%。X463.08.51248.5115861610Z二、人体尺寸数据的应用(一)人体测量数据的运用准则（1）最大最小准则（2）可调性准则（3）平均性准则（4）使用最新人体数据准则（5）地域性准则二、人体尺寸数据的应用(一)人体测量数据的运用准则（6）功能修正与最小心理空间相结合准则最小功能尺寸Xmin=Xα＋Δf最佳功能尺寸Xopm（7）姿势与身材相关联准则（8）合理选择百分位和适用度准则例11-3试设计适用于中国人使用的车船卧铺上下铺净空高度解：车船卧铺上下铺净空高度属于一般用途设计。根据人体数据运用准则应选用中国男子坐姿高第99百分位数为基本参数Xα，查表11-3，Xα＝979mm。衣裤厚度(功能)修正量取25mm，人头顶无压迫感最小高度(心理修正量)为115mm，则卧铺上下铺最小净间距和最佳净间距分别为Xmin=Xα＋Δf＝979十25＝1004mmXopm=Xα＋Δf＋Δp＝979十25十115=1119mm例11-4试确定适合中国男人使用的固定座椅座面高度解：座椅座面高度属于一般用途设计。根据人体数据运用准则，座椅座面高度应取第5百分位的“小腿加足高”人体数据为基本设计数据，以防大腿下面承受压力引起疲劳和不舒适。查表11-3，Xα＝38.3cm，功能修正主要应考虑两方面：一是鞋跟高的修正量，一般为2.5～3.8cm，取2.5cm；另一方面是着装(裤厚)修正量，一般为0.3cm。即Δf＝2.5十0.3＝2.8cm。座椅座面高度的设计不需考虑心理修正量，即Δp=0。因此，固定座椅座面高度的合理值应为Xopm=Xα＋Δf＋Δp＝38.3十2.8十0=41.1≈41.0cm二、人体尺寸数据的应用(二)人体各部分结构参数的计算由身高计算各部分尺寸，见图11-8由体重计算体积和表面积V=1.015W－4.937式中：V为人体体积(L)；W为人体体重(kg)人体表面积可参照第八章人体表面积计算公式二、人体尺寸数据的应用(三)人体身高在设计中的应用以身高为基准的设备和用具尺寸推算方法见图11-9，图中有关尺寸定义参阅表11-10。案例基于人体测量的羊毛衫领型结构设计1.三维人体测量实验2.测量数据的处理与分析3.羊毛衫领型结构设计4.结论1.三维人体测量实验1.1TecMath非接触三维人体测量系统本实验使用德国TecMath公司非接触三维人体激光扫描仪进行人体数据采集,能够在8－10s内扫描2.1m高的区域,分辨率可达0.15mm,测量精度±2mm。1.2测量范围随机抽取200名年龄在19~26岁之间的在校男大学生作为测量对象。案例2.测量数据的处理与分析2.1数据预处理首先应用箱图对数据奇异值进行寻找，把奇异值删除形成缺失值，并利用对缺失值进行处理的常用方法处理。其次，进行配对样本t检验。检验结果表明，对人体对称部位分析时只采取一侧指标即可。2.2因子分析第一因子主要描述颈部围度和宽度、颈中围、颈根围、颈中横宽、颈中纵宽、后颈根围、肩颈从宽；第二因子主要描述肩部宽度、总肩宽、小肩宽；第三因子主要描述高度、颈长；第四因子主要描述肩部斜度、肩斜角。表1为因子累积贡献率表。案例案例表1因子累积贡献率表2.3聚类分析使用R型聚类，对变量进行聚类。在不同类中提取反映人体颈部特征的特征项目，将特征指标与样板制作紧密联系起来。经过分类，把10个测量项目分成5类：并参考领型结构设计所需要的人体测量尺寸，提取了颈根围、后颈根围、肩颈从宽、颈长、总肩宽共5个特征尺寸。2.4回归分析（表2）通过领型样板尺寸中横开领大小、直开领大小与人体部位的关系，结合几何方法通过回归分析可以求得表3的计算公式(数据经过调整)。案例案例表2颈部控制部位与胸围、身高的一元、二元回归方程式案例表3计算公式表cm3.羊毛衫领型结构设计3.1Primavision设计软件和辅助羊毛衫设计3.2羊毛衫领型成品规格设计利用Primavision设计软件进行羊毛衫领型结构设计。羊毛衫领型规格如表4(横、纵密为每10cm的横、纵向线圈数)所示案例案例表4羊毛衫领型规格表3.3领型结构设计图1、图2是Primavision系统的吓数纸(即羊毛衫编织生产工艺单)的设计界面案例图1前片编制样版图2后片编制样版4.结论领型设计是羊毛衫设计最重要部分之一。它影响羊毛衫穿着的合体性、舒适性和美观性。本例实现了准确获取和利用较多的人体颈部部位尺寸，应用于羊毛衫领型样板的制作，提高了毛衫领型的合体性。案例复习思考题1.我国成年人身体尺寸分成西北、东南、华中、华南、西南、东北等六个区域，这对产品设计有何影响?2.某地区人体测量的均值＝1650mm，标准差SD＝57.1mm，求该地区第95、90及第80的百分位数。3.巳知某地区人的足长均值＝264.0mm，标准差SD＝45.6mm，求适用该地区90%的人们穿的鞋子长度值。4.为什么说人体测量参数是一切设计的基础?5.如何选择百分位和适用度?6.为什么要进行功能修正量和心理修正量的确定?怎样确定?XX图11-1返回图11-2返回图11-3返回返回返回返回图11-4返回图11-5返回图11-6返回图11-7返回图11-8返回图11-9返回返回年龄分组百分测量位数项目男（18~60岁）女（18~55岁）1510509095991510509095991.1身高/mm154315831604167817541775181414491484150315701640165916971.2体重/kg44485059707583394244526366711.3上臂长/mm2792892943133333383492522622672843033023191.4前臂长/mm2062162202372532582681851931982132292342421.5大腿长/mm4134284364654965055233874024104384674764941.6小腿长/mm324338344369396403419300313319344370375390表11-1人体主要尺寸返回年龄分组百分测量位数项目男（18~60岁）女