第二章(2)：人体测量学

百分位数在人体测量资料中，常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。在设计中，当需要得到任一百分位数值时，则可按下式进行计算：百分位表示设计的适应域。在人机工程学设计中常用的是第5、第50、第95百分位。第5百分位数代表“小身材”，即只有5%的人群的数值低于此下限值值；第50百分位数代表“适中”身材，即分别有50%的人群的数值高于或低于此值；第95百分位数代表“大”身材，即只有5%的人群的数值高于此上限值。当百分位为K%时，也是说明有K%的人小于这个值，（100-K）%的人大于这个值。第三节人体尺寸数据的应用a.人体主要尺寸量百分分组项位数目男（18～60岁）女（18～55岁）151050909599151050909599身高15431583160416781754177518141449148415031570164016591697体重kg4448505970758339424452636674上臂长279289294313333338349252262267284303308319前臂长206216220237253258268185193198213229234242大腿长413428436465496505523387402410438467476494小腿长324338344369396403419300313319344370376390单位：mm(1)极限设计原则,有大尺寸设计和小尺寸设计两种。大尺寸一般选用99%、95%做为尺寸上限(如安全门,床等)；小尺寸一般以1%、5%为尺寸下限。(2)可调设计原则(至少达到适应域为90%（P95和P5），（P99和P1）可满足98%人的需求)应用：汽车驾驶员座椅的调节范围设计时，为了使司机的眼睛位于最佳位置，获得良好的视野以及方便地操纵驾驶盘，脚踩刹车：高身材司机将座椅调低，矮身材司机将座椅调高，人体尺寸的应用原则因此,对于座椅的高度调节范围的确定:需取坐姿眼高的P95和P5为上下限值为依据(3)平均设计原则50%(门琐,把手等)其它：请参考产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则GB/T12985----91。该标准将产品使用百分位数的不同分为I型，II型，III型。I型---需有两个尺寸百分位数作为限值（双限值设计）II型：A---大尺寸设计---只需要一个上限值B---小尺寸设计----只需要一个下限值III型---平均尺寸设计50%，如锁，开关，照相机，打字机，计算机等。对于I，II型选P99，P95，P90以上为上限选P1，P5，P10以下为下限1.确定所设计产品的类型，2.选择人体尺寸的分位数，3.确定功能修正量4.确定心理修正量5.产品功能尺寸的确定•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＋心理修正量人机工程学在产品设计中的应用程序人体大小各不相同的，但设计的产品一般不可能满足所有使用者。为使设计适合于较多的使用者，则需要根据产品的用途及使用情况应用人体尺寸数据，按下列基本原理进行设计：设计要达到适合体型矮小的使用者的尺寸；设计要达到适合体型高大的使用者的尺寸。为使设计满足上述原理，必须合理选用百分位。通常选用百分位的原则是，在不涉及使用者健康和安全时，选用适当偏离极端百分位的第5百分位和第95百分位作为界限值较为适宜，以便简化加工制造过程、降低生产成本。具体应用时要考虑以下几点原则：a、由人体身高决定的产品，如门、船舱口、通道、床、担架等，其尺寸应以第99百分位数值为依据。b、由人体某些部分的尺寸决定的物体，如取决于腿长的坐平面高度，其尺寸应以第5百分位数值为依据。c、可调尺寸，应可调节到使第5百分位和第95百分位之间的所有人使用方便。d、以第5百分位和第95百分位为界限值的物体，当身体尺寸在界限值以外的人使用会危害其健康或增加事故危险时，其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。紧急出口以及至运转着的机器部件的有效半径，应以第99百分位数值为依据，而使用者与紧急制动杆的距离则应以第1百分位数值为依据。e、门铃、插座、电灯开关等的安装高度以及营业柜台高度等这类具有普遍性的场合，应以第50百分位数值为依据。人体尺寸数据在设计中的应用，是一个极其重要而又很复杂的问题，它关系到所设计的设备、机器等产品定向目标的适用性，操作简便、准确，舒适性，显示装置的可辨性和易读性以及结构的宜人性。关于这些问题，将在后续有关章节中阐述。人体尺度主要决定人机系统的操纵是否方便和舒适宜人。因此，各种工作面的高度和设备高度如操纵台、仪表盘、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等，都要根据人的身高确定。以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度的方法，通常是把设计对象归成各种典型的类型，并建立设计对象的高度与人体身高的比例关系，以供设计时选择查用。应用人体尺寸数据时应注意的要点a、必须弄清设计的使用者或操作者的状况，分析使用者的特征，包括性别、年龄、种族、身体健康状况、体形等。b、人体尺寸的统计分布一般是呈正态分布的，故按人体尺寸的平均值设计产品和工作空间，往往只能适合50%的人群，而对另外50%的人群则不适合。例如以最大肩宽的平均值设计舱口直径，将只有小于平均最大肩宽的一半人可由该舱口出入，而大于平均最大肩宽的另一半人则无法由此出入。又如一个不常使用的控制阀门需要安装在通过过道的架空管道上，手轮安装高度若以人体的平均高度设计，将只有大于双臂功能上举高平均值的50%的人，才能达到阀门手轮的安装高度，而另外50%的人的手臂则够不着阀门的手轮，在紧急状态时将无法进行控制。因此，一般不能以平均值作为设计的唯一根据。c、大部分人体尺寸数据是裸体或是穿汗背心、胸罩、内裤时测量的结果。设计人员选用数据时，不仅要考虑操作者的着衣穿鞋情况，而且还应考虑其他可能配备的东西，如手套、头盔、鞋子及其他用具。我国目前尚无统一的着衣人体尺寸增大的调整值，表2—6给出了一个建议调整数据，供设计时参考。对于特殊的紧急情况也应予以考虑，例如在正常情况下99%的人可以顺利通过的通道，一旦失火，由于救护人员戴着头盔、穿着防火衣并携带救护工具就可能无法顺利通过，因而要考虑非常情况下的宽度要求。d、静态测得的人体尺寸数据，虽可解决很多产品设计中的问题，但由于人在操作过程中姿势和身体位置经常变化，静态测得的尺寸数据会出现较大误差，设计时需用实际测得的动态尺寸数据加以适当调整。e、确定作业空间的尺寸范围，不仅与人体静态测量数据有关，同时也与人的肢体活动范围及作业方式方法有关。如手动控制器最大高度应使第5百分位数身体尺寸的人直立时能触摸到，而最低高度应是第95百分位数的人的触摸高度。设计作业空间还必须考虑操作者进行正常运动时的活动范围的增加量，如人行走时，头顶的上下运动幅度可达50mm。主要人体尺寸的应用实例1.身高2.立姿眼高2.立姿眼高3.肘高4.坐高5.坐姿眼高6.坐姿肩峰高7.最大肩宽坐姿两肘间宽9.臀宽10.坐姿大腿厚11.膝盖高度人体尺度主要决定人机系统的操纵是否方便和舒适宜人。因此，各种工作面的高度和设备高度如操纵台、仪表盘、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等，都要根据人的身高确定。以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度的方法，通常是把设计对象归成各种典型的类型，并建立设计对象的高度与人体身高的比例关系，以供设计时选择查用。人在各种情况工作时都需要有足够的活动空间。工作位置上的活动空间设计与人体的功能尺寸密切相关，但在现有人体测量数据中，又缺少这类设计依据。为此，作者根据GB10000-88标准中的人体测量基础数据，分析了几种主要作业姿势活动空间设计的人体尺度，以供设计参考。由于活动空间应尽可能适应于绝大多数人的使用，设计时应以高百分位人体尺寸为依据。所以，在以下的分析中均以我国成年男子第95百分位身高（1775mm）为基础。在工作中常取站、坐、跪（如设备安装作业中的单腿跪）、卧（如车辆检修作业中的仰卧）等作业姿势。现从各个角度对其活动空间进行分析说明，并给出人体尺度图。人在工作位置上的活动空间尺度a、立姿的活动空间立姿时人的活动空间不仅取决于身体的尺寸，而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉，驰、脚的站平面不变时，为保持平衡必须限制上身和手臂能达到的活动空间。在此条件下，立姿活动空间的人体尺度如图1-11所示。讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。①首先我们来看自行车是怎样使用的，其使用过程。准备工作跨骑、滑行骑行下车自行车设计中的一些尺度的确定往往是以人体测量尺寸为参照来进行的。我们设计定位的使用人群是18岁以上的成年人，车是两轮的人力的、单人骑乘的自行车。自行车的形式有许多种。②自行车设计的国家标准要求对零部件的安全要求是：在正常的骑行、搬运和维修时，凡骑行者的手、腿等可触及之处，都不应有外露的锐边。经组装后，凡长度大于8毫米的外露突出物，应有保护措施。每辆自行车应装有两个制动系统，一个制动前轮，一个制动后轮，制动系统应操作灵活。标准规定：自行车在做干态（晴好天气）制动时，应满足试验速度为每小时25公里，使用的车闸两个车闸或单用后闸，制动距离两个车闸为7米，单用后闸为15米；在做湿态（雨雪天气）制动时，应满足试验速度为每小时16公里，使用两个车闸，制动距离为9米，单用后闸，制动距离为19米。讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。1、车闸（制动系统）自行车应装有制动系统，或保证符合上述要求的装置。只有一个制动闸时，应装在后轮上;有两个独立的制动闸时，则一个装在前轮上，另一个装在后轮上。手闸A、闸把位置前、后闸把安装在车把两侧的具体位置可根据我国的使用习惯:前闸把在右、后闸把在左。B、握闸尺寸从闸把外表面量到车把、或车把把套、或其他防护物外表面的最大握闸尺寸d(见图2)，在A和B二点之间不应超过90mm，B和C二点之间不应超过100mm。讨论：自行车设计要涉及的人体尺寸。2、车把把横管的总宽度应在350~700mm之间。处于最高位置时的把套上端面和处于最低位置时的鞍座面之间的垂直距离不应超过400mm。把横管末端应装有把套或把盖，它们应能承受70N的拉脱力。车把稳定性车把经正确调整后，应在正前方位置的左右两侧各不小于60。的范围内转向灵活，轴承处不应出现紧点、僵呆或松弛现象。当骑行者坐在鞍座上，双手握住车把把套并尽量往后靠时，自行车和骑行者的总重量至少应有25%压在前轮上。3、脚蹬脚踩面脚蹬的脚踩面应安装可靠，相对于脚蹬部件应无松动。自行车直放不骑人，一只脚蹬处于最低位置且脚踩面与地面平行，如果只有一个脚踩面的话，该脚踩面要朝上，自行车应能向一侧倾斜25。而脚蹬上的任何零部件不触及地面。足趾间隙不装足尖套的自行车，其脚蹬到前轮胎或泥板之间的间隙(在轮胎或泥板转到任意角度时)至少应为89mm。间隙的测量方法是从两脚蹬的中心线分别向前平行于自行车的纵轴线，量到轮胎或泥板旋转弧线的最近距离，取其小者，见图3。自行车的前叉设计得可装前泥板的，其足趾间隙必须以装上泥板后的情况进行测量。4、鞍座与限制尺寸鞍座、鞍座架和其他鞍座附件的任何部分，从鞍座面与鞍管轴线之交点算起，都不能超过鞍座面以上125mm。5、相关的人体尺寸①手掌的宽度；②手在握把时，手指有效的抓握宽度；③整个手臂的长度；④手在握把时的长度（这与把的形状有关）；⑤肩宽；⑥坐姿两肘间宽；⑦坐姿下肢长；⑧坐姿肩高；⑨会阴高；⑩脚宽；⑾坐姿臀部宽（坐骨结节的宽度）；⑿臀部至膝盖的距离；⒁在骑乘过程中膝盖的活动范围；⒂手握车把时的活动范围。