人机工程学第二章人体测量及数据应用

　　1、第二章第二章 人体测量及数据应用人体测量及数据应用 人机工程学人机工程学 第二章第二章 人体测量及数据应用人体测量及数据应用(3)(3) 第一节第一节 人体测量简介人体测量简介 第二节第二节 人体测量的数据处理人体测量的数据处理 第三节第三节 常用人体测量数据常用人体测量数据 第四节第四节 人体各部分结构参数的计算中心人体各部分结构参数的计算中心 第五节第五节 人体测量数据的应用人体测量数据的应用 第一节第一节 人体测量简介人体测量简介 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 一、概念一、概念 1. 1. 人体测量：人体测量：指借助人体测量仪器，按照人体测量方法指借助

　　2、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。，对人体身体各方面数据特征（主要是尺寸）的度量。 2.2.人体测量学人体测量学：是指测量人体各部分尺寸或比例来研究人：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。体的形态特征的方法。 3. 3. 人体测量数据人体测量数据 1）人体构造尺寸，即静态尺寸，人在静止的状态）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下，即站立不动、坐着不动或静卧等情况下测量的 尺寸尺寸(静态人体测量静态人体测量) 2）人体功能尺寸，即动态尺寸，它包括在工作姿态）人体功能尺寸，即动态

　　3、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) 二、人体（尺寸）差异因素二、人体（尺寸）差异因素 1/4 1/2 3/4 EF 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 例如：美国按男子身高例如：美国按男子身高 设计的飞机，美国男子的设计的飞机，美国男子的 适应范围将为适应范围将为9090，对法，对法 国人将为国人将为8080，对日本人，对日本人 将为将为4343。泰国人为。泰国人为2424 。设计时要考虑民族因素。设计时要考虑民族因素 和

　　4、多民族的适应性。和多民族的适应性。 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。族的测量结果设计本民族的机具。 2. 2. 地区因素地区因素 一个国家由于地区不同一个国家由于地区不同 ，人体数据也有所差异，我，人体数据也有所差异，我 国身材较高的地区为河北、国身材较高的地区为河北、 山东、辽宁、吉林等省；中山东、辽宁、吉林等省；中 等身材的地区为浙江、江苏等身材的地区为浙江、江苏 、湖北等省；较矮身材的地、湖北等省；较矮身材的地 区为四川、云南、贵州、广区为四川、云南、贵州、广 西等省。设计要考虑

　　5、地区因西等省。设计要考虑地区因 素及地区适应性。素及地区适应性。 3. 3. 性别因素性别因素 u 对于大多数人体尺寸（平均身高），男性比女性对于大多数人体尺寸（平均身高），男性比女性 高高100mm100mm左右；左右； u 同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和同整个身体相比，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；头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽； u 皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也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；有明显差别； u 在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作 的岗位），

　　6、考虑女性的人体尺寸至关重要。的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。 4.4.年龄因素年龄因素 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同年龄组尺寸数据的差异 例如：人体尺寸增长过程：男例如：人体尺寸增长过程：男2020岁、女岁、女1818岁（结束）岁（结束） 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） 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） 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

　　7、后呈下降趋势。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却随年龄增长而增长 5.5.时代因素时代因素 在使用人体测量数据时，要考虑其测量年代，然后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。加以适当修正。 一组数据：欧洲居民每隔一组数据：欧洲居民每隔1010年身高增加年身高增加1-1.4cm1-1.4cm； 美国城市男性青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；日本男 性青年在性青年

　　8、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，胸 围增加围增加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年间年间 身高增加身高增加4.38cm4.38cm，女性身高增加，女性身高增加2.67cm2.67cm。 三、应用人体数据设计产品的步骤三、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用

　　9、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。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：例如：应用人体测量设计工作台时，可以遵循以下步骤： 1 1、分析任务，确定工作台有关的功能要求。、分析任务，确定工作台有关的功能要求。 2 2、设立调查表，找出与工作台有关的其他人机工程值。、设立调查表，找出与工作台有关的其他人机工程值。 3 3、确定使用者和相应的数据，如性别、种族、使用者年龄。、确定使用者和相应的数据，如性别、种族、使用者年龄。 4 4、确定适应人群所占的比率，即工作台要使多大比例、确定适应人群所占的比率，即工作台要使多大比例 的使

　　10、用者满意。的使用者满意。 5 5、确定基本的人体测量指标，如小腿高，坐高。、确定基本的人体测量指标，如小腿高，坐高。 6 6、确定与功能指标相应的工作台的尺寸有哪些。、确定与功能指标相应的工作台的尺寸有哪些。 7 7、确定人体尺寸。、确定人体尺寸。 8 8、利用人体测量的数据设计计算工作台的尺寸。、利用人体测量的数据设计计算工作台的尺寸。 9 9、建立实体模型。、建立实体模型。 1010、进行合适的实验。、进行合适的实验。 四、人体测量的术语及方法四、人体测量的术语及方法 1 1、GB3975GB39758383规定了人机工程学使用的成年人和青年规定了人机工程学使用的成年人和青年 人的人体测量

　　11、术语。该标准规定，只有在被测量者姿势人的人体测量术语。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、测量方向、测点等符合要求的前提下，测量数据才是 有效的。有效的。 2 2、GB5703GB57038585规定了人机工程学使用的人体参数的测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，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。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第二节

　　12、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。征参数。 均值均值方差方差 标准差标准差 百分位数百分位数 1.1.均值均值 表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，该值称为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，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

　　13、量水平和概括的表现测量数据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。对于有的集中情况。对于有n n个样本的测量值：个样本的测量值：x1x1，x2,.xnx2,.xn其其 均值为：均值为： n i i n X nn XXX X 1 21 1 2.2.方差方差 描述测量数据在中心位置描述测量数据在中心位置( (均值均值) )上波动程度差异上波动程度差异 的值叫均方差，通常称为方差。的值叫均方差，通常称为方差。 n n nn xx n xxxxxx n S 1 222 2 2 1 2 1 1 1 1 3.3.标准差标准差 它是方差的平方根，它是方差的平方根，表明一系列测量值对均

　　14、值的表明一系列测量值对均值的 波动情况波动情况 )( D S 2 1 1 2 2 1 1 n i iD xnx n S 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 )( D S )( D S 4.4.百分位数百分位数 人体测量的数据常以百分位数人体测量的数据常以百分位数P Pk k来表示人体尺来表示人体尺 寸等级，最常用的是以第寸等级，最常用的是以第5%、第、第50%、第、第95%三种百三种百 分位数来表示。分位数来表示。 百分位数百分位数P Pk k是一种位置指标、一个界值。一个是一种位置指标、一个界值。一个 百

　　15、分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分，百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分， 有有K%的测量值等于和小于它，有（的测量值等于和小于它，有（100-K）%大于它。大于它。 P P5 5（第第5 5百分位数百分位数）表示）表示“小小”身材，是指有身材，是指有5%5%的人群身材的人群身材 尺寸小于此值，而有尺寸小于此值，而有9595的人群身材尺寸大于此值；的人群身材尺寸大于此值； P P50 50（第 （第5050百分位数）表示百分位数）表示“中中”身材，是指大于和小于此身材，是指大于和小于此 值的人群身材尺寸各为值的人群身材尺寸各为5050； P P95 95（ （第第9595百分位数百

　　16、分位数）表示）表示“大大”身材，是指有身材，是指有9595的人群的人群 身材尺寸小于此值，而有身材尺寸小于此值，而有5 5的人群身材尺寸大于此值。的人群身材尺寸大于此值。 5 p X Y 95 p 5.5.百分率的计算百分率的计算 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数的数据，而往往以均值和标准差 来表示。虽然人体来表示。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线来计算。因此，在人机工程学中可以根据均值

　　17、 和标和标 准差准差 来计算来计算: : 求某百分位数值求某百分位数值 求数据所属的百分率求数据所属的百分率 1 1）求某一百分位数的人体尺寸）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当已知某项人体测量尺寸的均值为 ， 标准差为标准差为 ，需要求任一百分位的人体测量尺寸，需要求任一百分位的人体测量尺寸x x时，时， 可用下式计算：可用下式计算： 求求1 15050之间的数据，式中取之间的数据，式中取“”号；号； 求求50509999之间的数据，式中取之间的数据，式中取“”号号。 x )(kxx i 表表1 1 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 百分

　　18、比百分比%k k百分比百分比%k k 1 12.3262.32680800.8420.842 5 51.6451.64590901.2821.282 10101.2821.28295951.6451.645 50500.0000.00099992.3262.326 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 标准差标准差 求求 和和 的人体测量尺寸。的人体测量尺寸。 mmx25.1688 mm83.81 5 P95 P 解：已知解：已知 求求 、 的人体尺寸的人体尺寸 mmx25.1688mm83.81 5 P 95 P mmP64.155364

　　19、5. 183.8125.1688 5 mmP86.1822645. 183.8125.1688 95 2 2）求数据所属百分率）求数据所属百分率 当已知某项人体测量尺寸为当已知某项人体测量尺寸为 ，其均值，其均值 ，标准差为，标准差为 时，需要求该尺寸时，需要求该尺寸 所处的百分率所处的百分率 PP 时，可按时，可按 下列步骤求得：下列步骤求得： 计算出正态分布表中的计算出正态分布表中的 Z Z 值值 根据根据 Z Z 查正态分布表，求主概率数值查正态分布表，求主概率数值 p p 计算百分率计算百分率PP。 PP0.5+0.5+p p i x x i x / )(xxz i 例例2 2：若一名

　　20、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 的中国人超过他的身高？的中国人超过他的身高？ 已知：已知： 求：所处的百分率求：所处的百分率 解：解：计算：计算： 查正态分布表：查正态分布表： mmxi1700 mmx25.1688mm83.81 144. 0 83.81 )25.16881700()( xx z i mmxi1700 表表2 2 正态分布表正态分布表 z z0 01 12 23 34 45 5 0.00.0 0.10.1 0.20.2 0.30.3 0.00000.0000 0.03980.0398 0.07930.0793

　　21、0.11790.1179 0.00400.0040 0.04380.0438 0.08320.0832 0.12170.1217 0.00800.0080 0.04780.0478 0.08710.0871 0.12550.1255 0.01200.0120 0.05170.0517 0.09100.0910 0.12930.1293 0.01300.0130 0.05570.0557 0.09480.0948 0.13310.1331 0.01990.0199 0.05970.0597 0.09870.0987 0.13680.1368 Z = 0.144 计算百分率计算百分率P P=0.5

　　22、+0.057P P=0.5+0.0570.5570.557 答：身高在答：身高在1700mm1700mm以上的有以上的有44.344.3，身高在，身高在1700mm1700mm 以下的有以下的有55.755.7 0573. 04 10 0557. 00597. 0 0557. 0 1700 i x p 14. 0z 15. 0z 0557. 0p 0597. 0p 插值计算插值计算 第三节第三节 常用人体测量数据常用人体测量数据 一、一、我国成年人人体结构尺寸我国成年人人体结构尺寸 GB10000GB1000019881988是是19891989年年7 7月开始实施的月开始实施的中国成中国成

　　23、年人人体尺寸年人人体尺寸国家标准，适用于工业产品的设计、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。该标准共提供安全保护。该标准共提供7 7类类4747项人体尺寸基础人体数项人体尺寸基础人体数 据，（男性据，（男性18186060岁，女性岁，女性18185555岁），并按男、女岁），并按男、女 性别分开列表。性别分开列表。 1.1.人体主要尺寸：人体主要尺寸：GB10000GB100008888给出身高、体重、上臂长给出身高、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。、前臂长、大腿

　　24、长、小腿长共六项人体主要尺寸数据。 2.2.立姿人体尺寸：该标准提供成年人立姿人体尺寸有眼高立姿人体尺寸：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。、肩高、肘高、等六项人体尺寸数据。 3.3.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、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝 高、小腿加足高等共高、小腿加足高等共1111项。项。 4.4.人体水平尺寸：（人体水平尺寸：（GB10000GB100008888标准中提供），该标准标准中提供），该标准 中提供的

　　25、人体水平尺寸是指胸宽、胸厚、肩宽、等中提供的人体水平尺寸是指胸宽、胸厚、肩宽、等1010项。项。 5.5.各大区域人体尺寸的均值和标准差：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64648.28.260607.67.659597.77.757576.96.956566.96.955556.86.8 女女55557.77.752527.17.151517.27.250506.86.849496.56.550506.96.9 身身 高高 /mm/mm 男男1693

　　26、169356.656.61684168453.753.71686168655.255.21669166956.356.31650165057.157.11647164756.756.7 女女1586158651.851.81575157551.951.91575157550.850.81560156050.750.71549154949.749.71546154653.953.9 xxxxxx ？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 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

　　27、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

　　28、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。 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、立姿的活动空 间；间；B B、坐姿的活动空间；、坐姿的活动空间；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工作空间人体尺寸工作空间人体尺寸 标准提供了我国成年人立、

　　29、坐、卧、爬、等常用取姿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。势功能尺寸数据。 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 124912491339133914261426117311731251125113281328 表表2 上肢功能尺寸表（单位：上肢功能尺寸表（单位：mm） 95 P 50 P 5 P 5 P 50 P 95 P 第四节第四节 人体各部分结构参数的计算

　　30、人体各部分结构参数的计算 一、由身高计算各部分尺寸一、由身高计算各部分尺寸 二、由体重计算体积和表面积二、由体重计算体积和表面积 1. 1. 人体体积的计算：人体体积的计算： 2. 2. 人体表面积的计算：人体表面积的计算： （K=72.46K=72.46中国人）中国人） 937. 4015. 1WV 51456.042246.0 0235.0WHS 1529.00128.00061.0WHS KHWS 725.0425.0 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 ） 3. 3. 由身高、体重、体积计算生物力学参数由身高、

　　31、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 第五节人体测量数据的应用第五节人体测量数据的应用 一、人体尺寸的应用原则一、人体尺寸的应用原则 1. 1. 通常设计原则：通常设计原则：必须符合必须符合90%90%以上的人适用（即以上的人适用（即5%-95%5%-95%）之间的）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（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%-

　　32、1%- 99%99%），如：紧急出口），如：紧急出口P P99 99，紧急制动杆的距离 ，紧急制动杆的距离P P1 1。 2. 2. 极限设计原则：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，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。 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 P95 95。 。 3. 3. 可调原则：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%。 4. 4. 平均尺寸原则：平均尺寸原则：设计时以设计时以P P50 50为依据，如门

　　33、铃 为依据，如门铃 二、人体测量尺寸的修正二、人体测量尺寸的修正 1 1、有关人体尺寸标准中所列的数据是根据裸体或、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。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），必须增加适当的着装修正量。（见下表） 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 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