第五章-作业空间设计1

1、人体测量的基本原理2、人体测量数据的应用3、作业空间设计的工效学原则4、坐姿作业空间设计5、立姿作业空间设计6、坐立姿作业空间设计第五章作业空间设计本章内容提要5.1人体测量的基本原理一．人体测量的基本概念1.人体静态测量利用人体测量仪器，按照人体测量方法，使用人体测量术语，对被测者静态的立姿或坐姿条件下，进行人体的各部分尺寸测量。人体测量仪器:测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、座高椅、软卷尺、医用磅秤等。人体测量方法：在规定的测量基准、测量方向、衣着等下，可以采用自动仪器测量、丈量法、摄影法等。人体测量术语：GB3975-83《人体测量术语》，如冠状面，鼻梁点，面宽等。2.人体动态测量数据动态数据涉及由四肢挥动所占有的空间体积与极限，一般具有三维空间，即人体功能上的尺寸，包括人在工作姿势下或某种操作活动状态下测量的尺寸。3．人体测量方法与仪器（1）普通测量法采用一般的人体生理测量仪器，包括人体测高仪、直角规、弯角规、三角平行规、软尺、测齿规、立方定颅器、平行定点仪、坐高椅，量足仪、软卷尺等，主要测量人体结构尺寸。图5.1人体测高仪普通测量技术所用仪器（2）摄像法通过投影测量来确定随人的姿势而变化的功能尺寸，如图5.4所示。常用的测量仪器是照相机或摄像机。（3）三维数字化人体测量法分为手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动非接触式。其测量效率高、数据处理容量大、速度快、精度高，但成本也较高。二.人体测量术语国标GB/T5703－1999《用于技术设计的人体测量基础项目》规定了人体测量术语。1.被测者姿势（１）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，自然伸直膝部，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45度夹角，体重均匀分布于两足。（２）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，膝弯曲大致呈直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。2.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（垂直轴、纵轴和横轴）来决定的（图5.7）。3.测量方向在人体的上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。在人体的左、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，将桡骨侧称为桡侧，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。4.支承面、衣着和测量精度立姿时站立的地面或平台及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。被测量者应裸体或穿着尽量少的内衣。线性尺寸测量精度为1mm，体重测量精度为0.5Kg。三、人体测量数据处理人体尺寸近似于正态分布，人体测量数据处理过程中的特征参数：XYM3M3（2）标准差它表明一系列变数距平均值的分布状态或离散程度。用表示。标准差常用于确定某一范围的界限。M（1）平均值它是指测量值分布最集中区，反映测量值本质与特征，是衡量一定条件下的测量水平。用表示。平均值不能作为设计的依据，否则只能满足50％的人使用。:68.27%M2:95.55%M3:99.73%M（3）百分比值vPMKvPMK百分比值与其所对应的尺寸有如下的换算关系：1%～50%百分比值处所对应的尺寸（值）：50%～99%百分比值处所对应的尺寸（值）：K为百分比值变换系数（P170，表5.1）测量尺寸频数5%95%50%百分比值的意义：低于该百分比值点尺寸的人群在总人群所占的比例。例.某一群体人的身高的平均值为1670mm，标准差为64mm，求5％和95％的百分比值的尺寸。解：查表5.1（表）,5％时K＝1.645，95％时K=1.6455％百分比值的尺寸Pv=1670-64×1.645≈1564.7mm95％百分比值的尺寸Pv=1670＋64×1.645≈1775.3mm。身高分布曲线（4）百分位数在工效学的设计中，为了保证设计尺寸符合95％的大多数人，经常使用5％、10％、50％、90％，95％五个百分比值，称为第5％、10％、50％、90％、95％百分位数。第5%百分位数是指：有5％的人群小于5％百分比值的尺寸。代表小身材尺寸。第50％百分位数是指：有50％的人群小于50％百分比值的尺寸。代表中等身材尺寸。第95%百分位数是指：有95％的人群小于95％百分比值的尺寸。代表大身材尺寸。5.2人体测量数据的应用一．常用人体静态测量数据人体静态测量中的常用形体参数包括：高度、长度、宽度、围径、体重、体积等。中国成年人人体尺寸数据（GB10000-1988）。应用时应考虑以下问题：（1）眼高的变化。眼高决定着信息装置放置的位置，需要根据不同作业姿势增加修正值。1．肢体的活动范围（1）肢体的活动角度大小。如，头、肩胛骨、臂、手、腿、脚等的活动角度。图（2）手臂所及范围的变化。手臂所及范围不仅确定手操作的最远点，而且还影响操作的可靠性和效率以及用力情况，所以应考虑动态尺寸。（2）肢体活动所能及的距离范围。如，人体处在不同作业姿势时，手所能到达的最大范围，包括最佳范围，最大可及范围等。图二．常用人体动态测量数据2．肢体的出力范围（1）坐姿作业时的手操纵力最大力方向见图表。（3）脚掌尺寸及下肢活动范围的变化。在不需要脚和腿操作时，使用静态尺寸可行，但进行脚控制时，则需考虑脚和下肢的所及范围。（2）立姿作业时的手操纵力最大力方向见图。（3）坐姿作业时的脚操纵力当膝部屈曲1300～1500或1600～1800时蹬力最大。图（4）手的尺寸及活动范围的变化。在设计手控制器和维修空间时，必须考虑手的动态尺寸。三．人体测量数据的使用方法1、百分位数的合理选择对供大多数人使用的设计，一般应考虑让90％，95％或99%的人适合，只排除10％，5％或1％的人。应该排除多少人，决定了设计的后果及经济效果。例1、门及通道的最小高度的设计，应尽可能考虑使99%人通过而不发生碰头事件，这时应选择高百分位身高数据。例2、操作力设计应按最小操作力设计，应选择低百分位数据。例3、汽车驾驶室座面至顶高的尺寸，要选择第95％百分位数所对应的尺寸再加上必要的调整量；若设计刹车脚踏板距座前沿的距离，应选第5％百分位数对应的尺寸加上调整量。2、考虑年龄、性别、地域的影响随年龄、性别、地区、民族的不同，人体尺寸也不同，设计时应考虑使用对象。3、年代的影响进行一次人体测量统计耗费大量的人力、物力和时间，因此制定一次标准必须使用若干年。但人体尺寸却随年代、社会经济状况的变化而不同，而且呈代代高现象，因此，在使用数据时必须考虑测量年代，对数据进行必要的修正。例2，目前许多产品都考虑到销往地域使用人群的人体测量尺寸。例1，自行车也分为多个尺寸段，如28、26、24，还有儿童自行车等，就是考虑到不同人群的使用。4、利用身高推算其它形体参数大量研究表示，其它形体参数与身高存在一定比例关系，当人体测量数据不全时，可以推算尚缺的数据。我国中等身材人体各部尺寸与身高（H）的比例项目公式(mm)项目公式(mm)坐高膝高坐姿臂高肘到座平面高大腿厚臀部到膝长度臀部到小腿长度肘与肘间宽度臀部宽肩宽手前举水平距离坐位眼高S1＝0.525H女:S1=0.528HS2＝0.311HS3＝0.249HS4＝0.135HS5＝0.086HS6＝0.342HS7＝0.280HS8＝0.256HS9＝0.203HS10＝0.229HS11＝0.462HS12＝0.454H两手平举直线距离座面至手举竖直距离手掌长前臂长上臂长大腿长小腿长躯干长肩峰至头顶高度上胶长下做长S13＝1.032H女:S13=1.01HS14＝0.795Hl1＝0.109Hl2＝0.157H女:l2=0.141Hl3＝0.172H女:l3=0.188Hl4＝0.232H女:l4=0.242Hl5＝0.274H女:l5=0.234Hl6＝0.300Hl7＝0.176H女:l7=0.179Hl8＝0.442H女:l8=0.444Hl9＝0.523H女:l9=0.520H例：一般的衣服、各种器具的设计是依据这样的尺寸比例。5、由人体尺寸推算设计尺寸采用“传递系数”由“人体测量尺寸”推算出机器的设计尺寸。传递系数：进行机械设计时，为了使用方便，对需要经常使用的设计尺寸，根据百分位数给出的数值，进行修正和标准化后得出的计算比例系数。机器尺寸=人体测量值×传递系数汽车尺寸(mm)人体测量平均值(mm)比值（%）座位一顶篷靠背高度座位宽度座位高度踏板一驾驶盘间距离靠背一驾驶盘距离座位深度座位－驾驶盘间距离1016458~513（496）458356610356458178坐高肩高少宽臀胭高腰高腹部厚臀限窝距大腿高914592366429549257470145112.083.9125.283.0111.1138.497.5123.0美国和日本汽车设计中采用的传递系数四．人体测量数据的应用1．确定产品（设备或建筑物）的功能尺寸在涉及人体尺寸的产品、设备或建筑物设计中，设定产品功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数，而人体尺寸百分位数的选用又与所设计产品的类型密切相关。因此，设定产品功能尺寸的一般步骤如下：（１）确定所设计产品（设备）的类型。凡涉及人体尺寸的产品设计，首先应按GB/T12985—91标准中规定的产品尺寸分类方法，如表5.6所示，确定所设计的对象属于其中的哪一类型。（２）选择人体尺寸百分位数。按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业品两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级以后，选择人体尺寸百分位数的依据是满足度。（３）确定功能修正量。在设计中考虑有关人体尺寸时，首先应在人体尺寸上增加适当的着装修正量；其次应考虑由于姿势不同引起的变化量；另外，还要考虑实现产品各种操作功能所需的修正量。所有这些修正量的总和为功能修正量。功能修正量一般由实验方法求得，但也可从统计数据中获得。（４）确定心理修正量。为了满足不同人群的审美等心理需求，在产品的最小功能尺寸上附加一项增量，称为心理修正量。功能修正量一般也由实验方法求得。（５）设定产品功能尺寸。产品功能尺寸是指为确保实现某一功能而在设计时规定的产品尺寸，其设定方法如下：最小功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量最佳功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量＋心理修正量2．用人体模板校核空间布置尺度根据对人体测量数据所作的处理和选择而得到标准人体尺寸，标准GB/T15759-1995规定了四个身高等级设计用人体外形模板的尺寸数据及其图形，适用于与人体有关的工作空间、操作位置的辅助设计及其工效学的评价3．数字化人体设计数字化人体模型技术可通过计算机辅助设计（CAD）方法确定人在相应的工作环境下的性能，确定人体尺寸、形态、功能及其定位，满足舒适性和安全性标准的要求。5.3作业空间设计工效学原则一．按“人—机”关系考虑的布置原则这里的人机关系表现为：人观察机器的运行状态，并对机器实行控制。从这一角度出发考虑机器设备的布置，应根据下述原则进行：1、根据人机之间的信息交换频率布置机器。将信息交换频率高的机器布置在离操作者最近的位置，便于操作者观察和控制。2、根据人机之间所交换信息的重要程度布置机器。最重要的机器布置在离操作者最近或最方便的位置，避免误观察或误操作。3、根据人操作机器或观察显示器的顺序布置机器。可以缩短人在观察和操作机器时所移动的距离，减少看管的时间周期，提高看管效率。例1：流水线操作。例2：雷达面板设计。图4、根据机器的功能布置机器。把具有相同功能的机器布置在一起，这样便于操作者记忆和管理。例1、操作面板设计。例2、工厂机加车间分为车工组、铣工组、钳工组等。上述四个原则，在实际实施中可能会相互矛盾，设计者应统筹考虑，全面权衡，根据主要目标选择一个原则（抓主要问题、解决主要矛盾），适当照顾其它原则，并进行多方案分析比较，找出一个较满意的解决方案。二．按“机—机”关系考虑的布置原则这里主要表现为生产工艺