人机工程学第2章课件

东莞理工学院工业工程教研室1人机工程学(二)东莞理工学院教学课件主讲：黄辉宇博士/副教授Email：[e-mail]课程网址：第二章人体测量与数据应用主要内容2.4人体尺寸的应用2.3常用的人体测量数据2.1人体测量的基本知识2.2人体测量中的主要统计参数PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology32.1人体测量的基本知识2.1.1概述人体测量学定义：人体测量学是一门新兴学科，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。（如图2-1）PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology4图2-1机床与人体尺度的关系PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology5人体测量数据的种类：类型静态尺寸动态尺寸人体构造上的尺寸人体功能上的尺寸（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）PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology62.1.2人体测量的主要方法1.普通测量法2.摄影法，见图2-23.三维数字化人体测量法，见图2-3图2-2摄影法测量返回PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology8三维数字化人体测量图2-3aPreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology9三维数字化人体测量图2-3bPreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology10三维数字化人体测量图2-3cPreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology112.1.3人体测量的基本术语1）被测者姿势：（1）立姿：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，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45角，体重均匀分布于两足。参见国标GB3975－88中的规定PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology12（2）坐姿：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，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology132）测量基准面人体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，如右图所示。矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面；眼耳平面。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology143）测量方向(1)在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。(2)在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将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，将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，将尺骨侧称为尺侧。(5)对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology154）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。5）基本测点及测量项目（GB3975—83）（GB3975—85测量方法）测点头部测点（16个）躯干和四肢部位测点（22个）测量项目头部测量项目（12项）躯干和四肢部位测量项目（69项）PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology162.1.4人体测量的主要仪器(1)人体测高仪:主要用来测量身高、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。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology17（2）人体测量用直角规：主要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。如耳、脸、手、足。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology18（3）人体测量用弯角规：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。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。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology192.2人体测量中的主要统计参数(术语)总体、样本均值、标准差术语适应域百分位百分位数PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology20总体统计学中，把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。人体尺寸测量中，总体是按一定特征被划分的人群。因此，设计产品时必须了解总体的特性，并且对该总体命名，例如，中国成年人、中国飞行员等。样本统计学中，把从总体取出的许多个体的全部称为“样本”。各种人体尺寸手册中的数据就是来自这些样本，因此，设计人员必须了解样本的特点及其表达的总体。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology21均值描述一个分布，必须用两个重要的统计量：均值和标准差。前者表示分布的集中趋势；后者表示分布的离中趋势。标准差均值的计算公式为：为相加，n为测量次数，为各单独测量值。iXniixnx11标准差的计算公式为：2/112211niiDxnxnsPreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology22适应域可分为：对称适应域、偏适应域。对称适应域对称于均值；偏适应域通常是整个分布的某一边。一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只考虑整个分布的一部分“面积”，称为“适应域”，适应域是相对设计而言的，对应统计学的置信区间的概念。适应域PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology23百分位百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。例如，50%称为第50百分位。百分位数百分位数是百分位对应的数值。例如，身高分布的第5百分位数为1543，则表示有5%的人的身高将低于这个高度。求某百分位数人体尺寸在人体测量资料中，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，则可按下式求出：1%－50%之间的数值：P=M-(SK)50%－99%之间的数值：P=M+(SK)M为标准值；S为标准差；K为百分比变换系数。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology24百分比对应的变换系数K5%———1.64510%———1.28220%———0.84225%———0.67450%———0.00075%———0.67480%———0.84290%———1.28295%———1.645PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology25例1设计适用于90%华北男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？解：由表查知华北男性身高平均值M=1693mm，标准差S=56.6mm.要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95百分位确定尺寸的界限值，由表查得变换系数K=1.645；即：第5百分位数为：P=1693-（56.6*1.645）=1600mm第95百分位数为：P=1693+（56.6*1.645）=1786mm结论：按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%的华北男性。讨论：平均值是作为设计的基本尺寸，而标准差是作为设计的调整量的。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology26注意：例中被排除的10%的人，是10%的矮小者还是高大者或者大小各排除5%即取中间值，取决于排除后对使用者的影响和经济效果。求数据所属百分率当需要得到某项人体测量尺寸M1所处的百分率P时，可按下列步骤及公式求得：Z=（M1-M）/S然后根据Z值查表得小p的值，再按下列公式求百分率P：P=0.5+pPreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology27例2已知男性A身高1720mm，试求有百分之多少的西北男性超过其高度？解：由表查得西北男性身高平均值M=1684mm，标准差S=53.7mm那么Z=（1720-1684）/53.7=0.670再根据Z=0.670查表得p=0.2486(0.249)即P=0.5+0.249=0.749结论：身高在1720mm以下的西北男性为74.9%，超过男性A身高的西北男性则为25.1%。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology282.3常用人体测量数据2.3.1我国成年人人体结构尺寸（参阅GB10000－88我国成年人人体尺寸国家标准）主要包括：1.人体主要尺寸2.立姿人体尺寸，见图2-83.坐姿人体尺寸，见图2-94.人体水平尺寸，见图2-105.各大区域人体尺寸的均值和标准差6.我国香港地区成年人人体尺寸各类人体测量尺寸的数值参阅表2-2至2-7。图2-8立姿人体尺寸返回图2-9坐姿人体尺寸返回图2-10人体水平尺寸返回PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology32影响人体测量数据差异的因素：年龄年代地区与种族职业性别PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology33年龄在采用人体尺寸时，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。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）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。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology34性别男女之间的差异：1、对于大多数人体尺寸，男性比女性大些；（但有四个尺寸—胸厚、臀宽、臂部及大腿周长正相反）2、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；3、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；4、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。PreparedbyPhDHuangHuiyu,DongguanUniversityofTechnology35年代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