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1、会计学1人机工程学人机工程学 人体测量及数据应用人体测量及数据应用第二章第二章 人体测量及数人体测量及数据应用据应用(3)n n第一节 人体测量简介 n n第二节 人体测量的数据处理 n n第三节 常用人体测量数据n n第四节 人体各部分结构参数的计算中心 n n第五节 人体测量数据的应用 第1页/共51页第一节第一节第一节第一节 人体测量简介人体测量简介人体测量简介人体测量简介n n人的特性可分为形态特征和机能特征人的特性可分为形态特征和机能特征n n一、概念一、概念n n1.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。n n2.人体测量学：
2、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。第2页/共51页n n3.人体测量数据1）人体构造尺寸）人体构造尺寸，即，即静态尺寸静态尺寸，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，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(静态人体测量静态人体测量)2）人体功能尺寸）人体功能尺寸，即，即动态尺寸动态尺寸，它包括在工作姿态下或在某种操作活动下测量的尺寸，它包括在工作姿态下或在某种操作活动下测量的尺寸(动态人体测量动态人体测量)第3页/共51页第4页/共51页第5页/共51页第6页/共51页二、人体（尺寸）差异二、人体（尺寸）差异因素因素 1/
3、41/23/4EF人体（尺寸）差异因素人体（尺寸）差异因素 民族因素民族因素地区因素地区因素性别因素性别因素年龄因素年龄因素时代因素时代因素第7页/共51页n n 例如：例如：美国按男子美国按男子身高设计的飞机，美国身高设计的飞机，美国男子的适应范围将为男子的适应范围将为9090，对法国人将为，对法国人将为8080，对日本人将为对日本人将为4343。泰。泰国人为国人为2424。设计时要。设计时要考虑民族因素和多民族考虑民族因素和多民族的适应性。的适应性。1.1.民族因素民族因素 每个民族都有自己的人体数据，不能套用其他民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。族
4、的测量结果设计本民族的机具。第8页/共51页n n 2.地区因素n n 一个国家由于地一个国家由于地区不同，人体数据也有所区不同，人体数据也有所差异，我国差异，我国身材较高的地身材较高的地区区为河北、山东、辽宁、为河北、山东、辽宁、吉林等省；吉林等省；中等身材的地中等身材的地区区为浙江、江苏、湖北等为浙江、江苏、湖北等省；省；较矮身材的地区较矮身材的地区为四为四川、云南、贵州、广西等川、云南、贵州、广西等省。设计要考虑地区因素省。设计要考虑地区因素及地区适应性。及地区适应性。第9页/共51页n n3.性别因素uu 对于大多数人体尺寸（平均身高），男性比女性高100mm左右；uu 同整个身体相比
5、，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；uu 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；uu 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。第10页/共51页n n4.年龄因素n n 采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄组，要注采用人体尺寸时，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意不同年龄组尺寸数据的差异n n例如：例如：人体尺寸增长过程：男人体尺寸增长过程：男2020岁、女岁、女1818岁（结束）岁（结束）n n手的尺寸：男手的尺寸：男1515岁、女岁、女1313岁（达到一定值）岁（达到一定值）n
6、n脚的大小：男脚的大小：男1717岁、女岁、女1515岁（基本定型）岁（基本定型）n n身高的增长，在身高的增长，在2222岁之前呈上升趋势，岁之前呈上升趋势，3030岁以后呈下降趋势。岁以后呈下降趋势。n n成年人：身高随年龄增长而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、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胸围却随年龄增长而增长第11页/共51页n n5.时代因素 n n 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。n nn n一组数据：一组数据：欧洲居民每隔欧洲居民每隔1010年年身高增加身高增加1-1.4cm1-1.4cm；n n美国城市男性青
7、年在美国城市男性青年在1973197319861986年的年的1313年间身高增加年间身高增加2.3cm2.3cm；日本男性青年在；日本男性青年在1934193419651965年的年的3131年间身高增加年间身高增加5.2cm5.2cm，体重增加，体重增加4.0kg4.0kg，胸围增加，胸围增加3.1cm3.1cm；我国原广州中山医学院男性在；我国原广州中山医学院男性在1956195619791979年的年的2323年间身高增加年间身高增加4.38cm4.38cm，女性身高增加，女性身高增加2.67cm2.67cm。第12页/共51页三、应用人体数据设计三、应用人体数据设计产品的步骤产品的步
8、骤 n n 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。n n例如：应用人体测量设计工作台时，可以遵循以下步骤：n n1、分析任务，确定工作台有关的功能要求。n n2、设立调查表，找出与工作台有关的其他人机工程值。n n3、确定使用者和相应的数据，如性别、种族、使用者年龄。第13页/共51页n n4、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。n n5、确定基本的人体测量指标，如小腿高，坐高。n n6、确定与功能指标相应的工作台的尺寸有哪些。n n7、确定人体尺寸。n n8、利用人体测量的数据设计计算工作
9、台的尺寸。n n9、建立实体模型。n n10、进行合适的实验。第14页/共51页四、人体测量的术语及四、人体测量的术语及方法方法n n1、GB397583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。n n2、GB570385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15页/共51页第二节人体测量的数第二节人体测量的数据处理据处理n n在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变n n量
10、，所以要根据概率论与数理统计理论对测最数据进n n行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特n n征参数。n n 均值均值方差方差标准差标准差百分位数百分位数第16页/共51页1.1.均值均值n n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：第17页/共51页2.2.方差方差n n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。第18页/共51页3.3.标准差标准差n n它是方差的平方根，表明一系列测量
11、值对均值的波动情况 小反映正态分布曲线陡，数据集中小反映正态分布曲线陡，数据集中 大反映正态分布曲线缓，数据分散大反映正态分布曲线缓，数据分散 第19页/共51页4.4.百分位数百分位数n n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。n n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。第20页/共51页n nP5（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；n nP50（第50百分位数
12、）表示“中”身材，是指大于和小于此值的人群身材尺寸各为50；n nP95（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。第21页/共51页XY第22页/共51页5.5.百分率的计算百分率的计算n n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s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s来计算:n n 求某百分位数值求某百分位数值n n 求数据所属的百分率求数据所属的百分率第23页/共51页 1）求某一百分位数的人）求某一百分位数的人体尺寸体
13、尺寸n n 当已知某项人体测量尺寸的均值为 ，n n标准差为s，需要求任一百分位的人体测量尺寸x时，可用下式计算：n n n n n n求150之间的数据，式中取“”号；n n求5099之间的数据，式中取“”号。第24页/共51页表表表表1 1 百分位数与变换系数百分位数与变换系数百分位数与变换系数百分位数与变换系数k k之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系百分比百分比%k k百分比百分比%k k1 12.3262.32680800.8420.8425 51.6451.64590901.2821.28210101.2821.28295951.6451.64550500.0000.00099
14、992.3262.326第25页/共51页例例例例1 1：已知某一男性职工人群，其身高尺寸的均值：已知某一男性职工人群，其身高尺寸的均值：已知某一男性职工人群，其身高尺寸的均值：已知某一男性职工人群，其身高尺寸的均值 标准差标准差标准差标准差 求求求求 和和和和 的人体测量尺寸。的人体测量尺寸。的人体测量尺寸。的人体测量尺寸。解：已知解：已知 求求 、的人体尺寸的人体尺寸第26页/共51页2）求数据所属百分率）求数据所属百分率n n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：n n计算出正态分布表中的 Z 值 n n根据 Z 查正态分
15、布表，求主概率数值 pn n计算百分率P。P0.5+p第27页/共51页例例例例2 2：若一名男性职工的身高为：若一名男性职工的身高为：若一名男性职工的身高为：若一名男性职工的身高为1700mm1700mm，求有百分之多少，求有百分之多少，求有百分之多少，求有百分之多少的中国人超过他的身高？的中国人超过他的身高？的中国人超过他的身高？的中国人超过他的身高？n n已知：n n 求：所处的百分率n n解：计算：n n查正态分布表：第28页/共51页表表表表2 2 正态分布表正态分布表正态分布表正态分布表z z0 01 12 23 34 45 50.00.00.10.10.20.20.30.30.0
16、0000.00000.03980.03980.07930.07930.11790.11790.00400.00400.04380.04380.08320.08320.12170.12170.00800.00800.04780.04780.08710.08710.12550.12550.01200.01200.05170.05170.09100.09100.12930.12930.01300.01300.05570.05570.09480.09480.13310.13310.01990.01990.05970.05970.09870.09870.13680.1368Z=0.144第29页/共51
17、页n n计算百分率P P=0.5+0.0570.557n n答：身高在1700mm以上的有44.3，身高在1700mm以下的有55.7插值计插值计算算第30页/共51页第三节第三节 常用人体测量数常用人体测量数据据n n一、我国成年人人体结构尺寸n n GB100001988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1860岁，女性1855岁），并按男、女性别分开列表。第31页/共51页n n1.人体主要尺寸：GB1000088给出身高、体重、上臂长、前臂
18、长、大腿长、小腿长共六项人体主要尺寸数据。n n2.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。n n3.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。n n4.人体水平尺寸：（GB1000088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。第32页/共51页n n5.各大区域人体尺寸的均值和标准差：项目项目东北、华北东北、华北西北西北东南东南华中华中华南华南西南西南S SS SS SS SS SS S体体重重/kg/kg男男64648.28.26060
19、7.67.659597.77.757576.96.956566.96.955556.86.8女女55557.77.752527.17.151517.27.250506.86.849496.56.550506.96.9身身高高/mm/mm男男1693169356.656.61684168453.753.71686168655.255.21669166956.356.31650165057.157.11647164756.756.7女女1586158651.851.81575157551.951.91575157550.850.81560156050.750.71549154949.749.715
20、46154653.953.9？结合自己的身高，体重，计算自身所处百分位数结合自己的身高，体重，计算自身所处百分位数第33页/共51页GB10000-1988GB10000-1988中国成年人人体尺寸中国成年人人体尺寸等系列人体尺寸国等系列人体尺寸国家标准家标准 存在的问题存在的问题一是不含未成年人的人体尺寸一是不含未成年人的人体尺寸 二是二是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。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，数据多达采
21、用了先进的三维人体扫描技术，数据多达150150多多项，比项，比19861986年多出一倍。可在不到年多出一倍。可在不到1010秒的时间内，秒的时间内，获得完整的获得完整的1111的人体三维模型，然后通过测量软的人体三维模型，然后通过测量软件在模型上提取立姿、坐姿、头部、足部等件在模型上提取立姿、坐姿、头部、足部等150150多多个人体尺寸，准确度个人体尺寸，准确度1 1毫米左右。毫米左右。第34页/共51页n n二、我国成年人人体功能尺寸（动态测量尺寸）二、我国成年人人体功能尺寸（动态测量尺寸）1.1.人在工作位置上的活动空间尺度：人在工作位置上的活动空间尺度：A A、立姿的活动空间；立姿的
22、活动空间；B B、坐姿的活动空、坐姿的活动空间；间；C C、仰卧的活动空间。、仰卧的活动空间。2.2.常用的功能尺寸：常用的功能尺寸：GB/T13547GB/T135479292工作工作空间人体尺寸空间人体尺寸标准提供了我国成年人标准提供了我国成年人立、坐、卧、爬、等常用取姿势功能立、坐、卧、爬、等常用取姿势功能尺寸数据。尺寸数据。男性（男性（18601860岁）岁）女性（女性（18551855岁）岁）参参 数数立姿双手上举高立姿双手上举高197119712108210822452245184518451968196820892089坐姿双手上举高坐姿双手上举高1249124913391339
23、14261426117311731251125113281328表表2 上肢功能尺寸表（单位：上肢功能尺寸表（单位：mm）第35页/共51页第四节第四节 人体各部分结构人体各部分结构参数的计算参数的计算n n一、由身高计算各部分尺寸第36页/共51页二、由体重计算体积和表面积二、由体重计算体积和表面积二、由体重计算体积和表面积二、由体重计算体积和表面积n n 1.1.人体体积的计算：n n 2.人体表面积的计算：n n n n （K=72.46K=72.46中国人中国人）其中：其中：V体积（体积（L）；）；W体重（体重（kg）；）；H身高（身高（cm）；）；S表面积（表面积（m2）第37页/共
24、51页n n3.3.由身高、体重、体积计算生物力学参数由身高、体重、体积计算生物力学参数 手掌长手掌长L1L10.109H 0.109H 手掌体积手掌体积V1V10.0056V 0.0056V 手掌中心位置手掌中心位置O1O10.506L10.506L1 手掌重量手掌重量W1W10.006W0.006W第38页/共51页第五节人体测量数据的第五节人体测量数据的应用应用n n一、人体尺寸的应用原则n n1.通常设计原则：必须符合必须符合90%90%以上的人适用以上的人适用（即（即5%-95%5%-95%）之间的数据。有时当身体尺寸超出界限以外会危害其）之间的数据。有时当身体尺寸超出界限以外会危害
25、其健康，可扩大至（健康，可扩大至（1%-99%1%-99%），如：紧急出口），如：紧急出口P P9999，紧急制动杆的距离，紧急制动杆的距离P P1 1。n n2.极限设计原则：n n 设计最大尺寸应考虑人体尺寸的低百分位，如椅子高，设计最大尺寸应考虑人体尺寸的低百分位，如椅子高，P P5 5。n n 设计最小尺寸应考虑人体尺寸的高百分位，如门高，设计最小尺寸应考虑人体尺寸的高百分位，如门高，P P9595。n n3.可调原则：设计时优先选择可调结构，可调范围设计时优先选择可调结构，可调范围5%-95%5%-95%。n n4.平均尺寸原则：设计时以设计时以P P5050为依据，如门铃为依据，如
26、门铃第39页/共51页二、人体测量尺寸的修正二、人体测量尺寸的修正二、人体测量尺寸的修正二、人体测量尺寸的修正n n1、有关人体尺寸标准中所列的数据是根据裸体或着单薄内衣的条件测得的，测量时不穿鞋或穿拖鞋。而设计中所涉及的人体尺度应该是在穿衣服、穿鞋条件下此的人体尺寸，因此考虑有关人体尺寸时，必须增加适当的着装修正量。（见下表）第40页/共51页2.2.人体测量时要求躯干挺直姿势，而人在正常作业时，躯干则人体测量时要求躯干挺直姿势，而人在正常作业时，躯干则人体测量时要求躯干挺直姿势，而人在正常作业时，躯干则人体测量时要求躯干挺直姿势，而人在正常作业时，躯干则为自然放松姿势，为此应考虑姿势不同而
27、引起的变化量。为自然放松姿势，为此应考虑姿势不同而引起的变化量。为自然放松姿势，为此应考虑姿势不同而引起的变化量。为自然放松姿势，为此应考虑姿势不同而引起的变化量。项目项目尺寸修正量尺寸修正量修正原因修正原因站姿高站姿高25253838鞋高鞋高坐姿高坐姿高3 3裤厚裤厚站姿眼高站姿眼高3636鞋高鞋高坐姿眼高坐姿眼高3 3裤厚裤厚肩宽肩宽1313衣衣立姿时的身高、眼高减立姿时的身高、眼高减10mm，坐姿时的身高、眼高减，坐姿时的身高、眼高减44mm。第41页/共51页三、人体身高在设计中的应用方法三、人体身高在设计中的应用方法三、人体身高在设计中的应用方法三、人体身高在设计中的应用方法n n高
28、度与人体身高的比例关系高度与人体身高的比例关系代号代号定义定义设备高与身高之比设备高与身高之比1 1举手达到的高度举手达到的高度4/34/32 2可随意取放轴的搁板可随意取放轴的搁板7/67/63 3楼梯的顶棚高度（最小值，地面倾斜度为楼梯的顶棚高度（最小值，地面倾斜度为25253535）1/11/14 4办公桌高度（不包括鞋）办公桌高度（不包括鞋）7/177/175 5桌下的空间（高度最小值）桌下的空间（高度最小值）1/31/36 6工作椅的高度工作椅的高度3/133/137 7采用直立姿势时工作面的高度采用直立姿势时工作面的高度6/116/11第42页/共51页四、人体模板四、人体模板四、
29、人体模板四、人体模板n n二维人体模板；三维人体模板n n坐姿人体模板：GB/T1477993 标准规定了成年人坐姿模板的功能设计基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用条件。n n人体外形模板：GB/1575995 标准提供了设计人体外形模板的尺寸数据及其图形。第43页/共51页第44页/共51页人体模板用于人体模板用于拖拉机驾驶室拖拉机驾驶室设计设计 第45页/共51页人体模板用人体模板用于小车驾驶于小车驾驶室设计室设计 第46页/共51页思考与复习题思考与复习题n n1、什么是人机工程学？叙述它的应用范围，并举例说明。n n2、什么是人体测量？人体测量分几类？n n3、有一位女同学，她的身高是1598mm 请说明有百分之几的人超过了她的身高？又有百分之几的人比她矮？n n（平均身高1586mm 标准差51.8mm）n n4、试研究自行车主要尺寸与人体尺寸的对应关系。第47页/共51页第48页/共51页第49页/共51页第50页/共51页