人机工程学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(3)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中心第五节人体测量数据的应用第一节人体测量简介人的特性可分为形态特征和机能特征一、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。3.人体测量数据1）人体构造尺寸，即静态尺寸，人在静止的状态下，即站立不动、坐着不动或静卧等情况下测量的尺寸(静态人体测量)2）人体功能尺寸，即动态尺寸，它包括在工作姿态下或在某种操作活动下测量的尺寸(动态人体测量)二、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。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。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、广西等省。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；皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别；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（结束）手的尺寸：男15岁、女13岁（达到一定值）脚的大小：男17岁、女15岁（基本定型）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；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。三、应用人体数据设计产品的步骤在应用人体尺寸来设计产品（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产品（或设备）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，确定工作台有关的功能要求。2、设立调查表，找出与工作台有关的其他人机工程值。3、确定使用者和相应的数据，如性别、种族、使用者年龄。4、确定适应人群所占的比率，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。6、确定与功能指标相应的工作台的尺寸有哪些。7、确定人体尺寸。8、利用人体测量的数据设计计算工作台的尺寸。9、建立实体模型。10、进行合适的实验。四、人体测量的术语及方法1、GB3975—83规定了人机工程学使用的成年人和青年人的人体测量术语。该标准规定，只有在被测量者姿势、测量方向、测点等符合要求的前提下，测量数据才是有效的。2、GB5703—85规定了人机工程学使用的人体参数的测量方法。这些方法适合成年人和青少年的人体参数测量，凡需要进行测量时，必须按照该标准规定的测量方法进行测量，其测量结果方为有效。第二节人体测量的数据处理在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，所以要根据概率论与数理统计理论对测最数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。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。5pXY95p5.百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，而往往以均值和标准差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和标准差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{%}k12.326800.84251.645901.282101.282951.645500.000992.326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5P95P解：已知求、的人体尺寸mmx25.1688mm83.815P95PmmP64.1553645.183.8125.16885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Z值②根据Z查正态分布表，求主概率数值p③计算百分率P。P＝0.5+pixxix/)(xxzi例2：若一名男性职工的身高为1700mm，求有百分之多少的中国人超过他的身高？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158651.8157551.9157550.8156050.7154949.7154653.9xxxxxx？结合自己的身高，体重，计算自身所处百分位数GB10000-1988《中国成年人人体尺寸》等系列人体尺寸国家标准存在的问题一是不含未成年人的人体尺寸二是20多年过去了，随着人民群众生活水平的提高，体貌特征已经发生巨大变化，许多数据已经不能适应生产生活设计的需要。采用了先进的三维人体扫描技术，数据多达150多项，比1986年多出一倍。可在不到10秒的时间内，获得完整的1∶1的人体三维模型，然后通过测量软件在模型上提取立姿、坐姿、头部、足部等150多个人体尺寸，准确度1毫米左右。二、我国成年人人体功能尺寸（动态测量尺寸）1.人在工作位置上的活动空间尺度：A、立姿的活动空间；B、坐姿的活动空间；C、仰卧的活动空间。2.常用的功能尺寸：GB/T13547－92工作空间人体尺寸标准提供了我国成年人立、坐、卧、爬、等常用取姿势功能尺寸数据。男性（18——60岁）女性（18——55岁）参数立姿双手上举高197121082245184519682089坐姿双手上举高124913391426117312511328表2上肢功能尺寸表（单位：mm）95P50P5P5P50P95P第四节人体各部分结构参数的计算一、由身高计算各部分尺寸二、由体重计算体积和表面积1.人体体积的计算：2.人体表面积的计算：（K=72.46中国人）937.4015.1WV51456.042246.00235.0WHS1529.00128.00061.0WHSKHWS725.0425.0其中：V—体积（L）；W—体重（kg）；H—身高（cm）；S—表面积（m2）3.由身高、体重、体积计算生物力学参数手掌长L1＝0.109H手掌体积V1＝0.0056V手掌中心位置O1＝0.506L1手掌重量W1＝0.006W第五节人体测量数据的应用一、人体尺寸的应用原则1.通常设计原则：必须符合90%以上的人适用（即5%-95%）之间的数据。有时当身体尺寸超出界限以外会危害其健康，可扩大至（1%-99%），如：紧急出口P99，紧急制动杆的距离P1。2.极限设计原则：设计最大尺寸应考虑人体尺寸的低百分位，如椅子高，P5。设计最小尺寸应考虑人体尺寸的高百分位，如门高，P95。3.可调原则：设计时优先选择可调结构，可调范围5%-95%。4.平均尺寸原则：设计时以P50为依据，如门铃二、人体测量尺寸的修正1、有关人体尺寸标准中所列的数据