第二章人體的人機(jī)學(xué)參數(shù)-ppt=安全人機(jī)工程學(xué)=湖南工學(xué)院

第二章

人體的人機(jī)學(xué)參數(shù)內(nèi)容第一節(jié)人體有關(guān)參數(shù)的測(cè)量第二節(jié)人體測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用一、人體測(cè)量的基本知識(shí)二、人體測(cè)量中的主要統(tǒng)計(jì)函數(shù)三、人體尺寸數(shù)據(jù)的部分特性四、人體參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算五、人體測(cè)量的數(shù)據(jù)處理第一節(jié)人體有關(guān)參數(shù)的測(cè)量一、人體測(cè)量的基本知識(shí)（一）人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)1、被測(cè)者姿勢(shì)2、測(cè)量基準(zhǔn)面3、測(cè)量方向

4、支承面和著裝

5、基本測(cè)點(diǎn)及測(cè)量項(xiàng)目

（二）人體尺寸測(cè)量用的主要儀器第一節(jié)人體有關(guān)參數(shù)的測(cè)量（一）人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)1、被測(cè)者姿勢(shì)（1）立姿：挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側(cè)，手指輕貼大腿側(cè)面，自然伸直，左、右足后跟并攏，前端分開(kāi)，使兩足大致呈45角，體重均勻分布于兩足。（一）人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)

（2）坐姿：挺胸坐在被調(diào)節(jié)到腓骨頭高度的平面上，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，左右大腿大致平行，膝彎曲大致成直角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。（一）人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)2、測(cè)量基準(zhǔn)面人體基準(zhǔn)面的定位是由三個(gè)互為垂直的軸（鉛垂軸、縱軸和橫軸）來(lái)決定的。人體測(cè)量中設(shè)定的軸線和基準(zhǔn)面如圖。矢狀面；正中矢狀面；冠狀面；水平面；圖1人體測(cè)量基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)軸圖1-b人體測(cè)量基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)軸圖1-a人體測(cè)量基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)軸（一）人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)3、測(cè)量方向

(1)在人體上、下方向上，將上方稱(chēng)為頭側(cè)端，將下方稱(chēng)為足側(cè)端。(2)在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱(chēng)為內(nèi)側(cè)，將遠(yuǎn)離正中矢狀面的方向稱(chēng)為外側(cè)。(3)在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱(chēng)為近位，將遠(yuǎn)離四肢附著部位的稱(chēng)為遠(yuǎn)位。（4）對(duì)于上肢，將撓骨側(cè)稱(chēng)為撓側(cè)，將尺骨側(cè)稱(chēng)為尺側(cè)。（5）對(duì)于下肢，將脛骨側(cè)稱(chēng)為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱(chēng)為腓側(cè)。（一）人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)4、支承面和著裝

立姿時(shí)站立的地面或平臺(tái)以及坐姿時(shí)的椅平面應(yīng)是水平、穩(wěn)固的，且不可壓縮。要求被測(cè)量者裸體或穿著盡量少的內(nèi)衣（例如只穿內(nèi)褲和汗背心）測(cè)量，在后者情況下，在測(cè)量胸圍時(shí)，男性應(yīng)撩起汗背心、女性應(yīng)松開(kāi)胸罩后進(jìn)行測(cè)量。5、基本測(cè)點(diǎn)及測(cè)量項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)頭部測(cè)點(diǎn)（16個(gè)）軀干和四肢部位測(cè)點(diǎn)（22個(gè)）測(cè)量項(xiàng)目頭部測(cè)量項(xiàng)目（12項(xiàng)）軀干和四肢部位測(cè)量項(xiàng)目（69項(xiàng)）（一）人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)圖2-a測(cè)量項(xiàng)目-立姿圖2-b測(cè)量項(xiàng)目-立姿圖2-c測(cè)量項(xiàng)目-立姿圖2-d測(cè)量項(xiàng)目-立姿圖2-e測(cè)量項(xiàng)目-立姿圖2-f測(cè)量項(xiàng)目-立姿圖3-a測(cè)量項(xiàng)目-坐姿圖3-b測(cè)量項(xiàng)目-坐姿圖3-c測(cè)量項(xiàng)目-坐姿圖3-d測(cè)量項(xiàng)目-坐姿圖3-e測(cè)量項(xiàng)目-坐姿6、人體測(cè)量數(shù)據(jù)的種類(lèi)：類(lèi)型靜態(tài)尺寸動(dòng)態(tài)尺寸人體構(gòu)造上的尺寸人體功能上的尺寸（包括人在工作姿勢(shì)下或在某種操作活動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量的尺寸）

在人體尺寸測(cè)量中所采用的人體測(cè)量?jī)x器有：人體測(cè)高儀、人體測(cè)量用直腳規(guī)、人體測(cè)量用彎腳規(guī)、人體測(cè)量用三腳平行規(guī)、坐高椅、量足儀、角度計(jì)、軟卷尺以及醫(yī)用磅秤等。

人體測(cè)高儀直腳規(guī)彎腳規(guī)（參見(jiàn)圖4-a

見(jiàn)圖4-b

見(jiàn)圖4-c）（二）、人體尺寸測(cè)量用的主要儀器圖4-a人體測(cè)高儀主要用來(lái)測(cè)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體各部位高度尺寸。(1)人體測(cè)高儀:圖4-b人體測(cè)量用直腳規(guī)（2）人體測(cè)量用直角規(guī)：

主要用來(lái)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的直線距離，特別適宜測(cè)量距離較短的不規(guī)則部位的寬度或直徑。如耳、臉、手、足。圖2-4人體測(cè)量用彎腳規(guī)(4-c)

用于不能直接以直尺測(cè)量的兩點(diǎn)間距離的測(cè)量，如測(cè)量肩寬、胸厚等部位的尺寸。(3)彎腳規(guī)二、人體測(cè)量中的主要統(tǒng)計(jì)函數(shù)在人體測(cè)量中所得到的測(cè)量值都是離散的隨機(jī)變量，根據(jù)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論對(duì)人體測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而獲得群體尺寸的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和特征參數(shù)。群體的人體尺寸數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布規(guī)律對(duì)人體尺寸的分布狀況常采用兩種方法描述：第一種：每一項(xiàng)人體尺寸都給出7個(gè)百分位數(shù)的數(shù)據(jù)；第二種：給出人體尺寸均值和標(biāo)準(zhǔn)差。二、人體測(cè)量中的主要統(tǒng)計(jì)函數(shù)總體、樣本均值、標(biāo)準(zhǔn)差術(shù)語(yǔ)適應(yīng)域百分位百分位數(shù)總體

統(tǒng)計(jì)學(xué)中，把所要研究的全體對(duì)象的集合稱(chēng)為“總體”。人體尺寸測(cè)量中，總體是按一定特征被劃分的人群。因此，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)必須了解總體的特性，并且對(duì)該總體命名，例如，中國(guó)成年人、中國(guó)飛行員等。樣本

統(tǒng)計(jì)學(xué)中，把從總體取出的許多個(gè)體的全部稱(chēng)為“樣本”。各種人體尺寸手冊(cè)中的數(shù)據(jù)就是來(lái)自這些樣本，因此，設(shè)計(jì)人員必須了解樣本的特點(diǎn)及其表達(dá)的總體。均值描述一個(gè)分布，必須用兩個(gè)重要的統(tǒng)計(jì)量：均值：表示分布的集中趨勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)差：表示分布的離中趨勢(shì)。均值的計(jì)算公式為：

標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式為：

為相加，N為測(cè)量次數(shù)，為各單獨(dú)測(cè)量值，M為均值。S為標(biāo)準(zhǔn)差，其他符號(hào)與（1）相同。適應(yīng)域

一個(gè)設(shè)計(jì)只能取一定的人體尺寸范圍，只考慮整個(gè)分布的一部分“面積”，稱(chēng)為“適應(yīng)域”，適應(yīng)域是相對(duì)設(shè)計(jì)而言的，對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)的置信區(qū)間的概念。

適應(yīng)域可分為：對(duì)稱(chēng)適應(yīng)域、偏適應(yīng)域。對(duì)稱(chēng)適應(yīng)域?qū)ΨQ(chēng)于均值；偏適應(yīng)域通常是整個(gè)分布的某一邊。適應(yīng)度反映了設(shè)計(jì)所能適應(yīng)的身材的頒布范圍。滿足度是產(chǎn)品尺寸所適合的使用人群占總使用人群的百分比，產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸滿足特定使用者群體的百分率。也就是說(shuō)從人體工程學(xué)角度看，你的設(shè)計(jì)適合多少人。確定一個(gè)合適的滿足度其依據(jù)是用戶(hù)總體的人體尺寸、技術(shù)上的可能性和經(jīng)濟(jì)上合理性。每一項(xiàng)設(shè)計(jì)總希望能夠完美地適應(yīng)所有人員，但在實(shí)際上這是不可能的。出于經(jīng)濟(jì)的考慮，常常確保其90%的滿足度，如果可能的話，應(yīng)盡量取到95%~98%。適應(yīng)度與滿足度百分位百分位由百分比表示，稱(chēng)為“第幾百分位”。例如，50%稱(chēng)為第50百分位。百分位數(shù)百分位數(shù)是百分位對(duì)應(yīng)的數(shù)值。例如，身高分布的第5百分位數(shù)為1543，則表示有5%的人的身高將低于這個(gè)高度。

在人體測(cè)量資料中，常常給出的是第5、第50和第95百分位數(shù)值。在設(shè)計(jì)中，當(dāng)需要得到任一百分位數(shù)值時(shí)，則可按下式求出：1%-50%之間的數(shù)值：P=M-（SK）50%-99%之間的數(shù)值：P=M+（SK）M為標(biāo)準(zhǔn)值；S為標(biāo)準(zhǔn)差；K為百分比變換系數(shù)。人體尺寸的區(qū)域劃分東北黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古華北山東、北京、天津、河北；

甘肅、青海、陜西、山西、西藏、

寧夏、河南、新疆；東南區(qū)：安徽、江蘇、上海、浙江；華中區(qū)：湖南、湖北、江西；華南區(qū)：廣東、廣西、福建；西南區(qū)：貴州、四川、云南。區(qū)：西北區(qū)：東北華北區(qū)身高:M=1693（1586）S=56.6(51.8)體重:M=64（55）；S=8.2(7.7)西北區(qū)：身高:M=1684(1575);S=53.7(51.9)體重:M=60(52);S=7.6(7.1)東南區(qū)：身高:M=1686(1575);S=55.2(50.8)體重:M=59(51);S=7.7(7.2)華中區(qū)：身高:M=1669(1560);S=56.3(50.7)體重:M=57(50);S=6.9(6.8)華南區(qū)：身高:M=1650(1549);S=57.1(49.1)體重:M=56(49);S=6.9(6.5)西南區(qū)：身高:M=1647(1546);S=56.7(53.9)體重:M=55(50);S=6.8(6.9)各地區(qū)身高、體重的M、S值百分比對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)K5%———1.64510%———1.28220%———0.84225%———0.67450%———0.00075%———0.67480%———0.84290%———1.28295%———1.645例：設(shè)計(jì)適用于90%華北男性使用的產(chǎn)品，

試問(wèn)應(yīng)按怎樣的身高范圍設(shè)計(jì)該產(chǎn)品尺寸？解：由表查知華北男性身高平均值M=1693mm，標(biāo)準(zhǔn)差S=56.6mm.要求產(chǎn)品適用于90%的人，故以第5百分位和第95百分位確定尺寸的界限值，由表查得變換系數(shù)K=1.645；即第5百分位數(shù)為：P=1693-（56.6*1.645）=1600mm第95百分位數(shù)為：P=1693+（56.6*1.645）=1786mm結(jié)論：按身高1600-1786mm設(shè)計(jì)產(chǎn)品尺寸，將適應(yīng)用于90%的華北男性。討論：平均值是作為設(shè)計(jì)的基本尺寸，而標(biāo)準(zhǔn)差是作為設(shè)計(jì)的調(diào)整量的。注意：例中被排除的10%的人，是10%的矮小者還是高大者或者大小各排除5%即取中間值，取決于排除后對(duì)使用者的影響和經(jīng)濟(jì)效果。當(dāng)需要得到某項(xiàng)人體測(cè)量尺寸M1所處的百分率P時(shí)，可按下列步驟及公式求得：Z=（M1-M）/S然后根據(jù)Z值查表得小p的值再按下列公式求百分率PP=0.5+p

例2已知男性A身高1720mm,試求有百分之多少的西北男性超過(guò)其高度？解：由表查得西北男性身高平均值M=1684mm，標(biāo)準(zhǔn)差S=53.7mm那么Z=（1720-1684）/53.7=0.670再根據(jù)Z=0.670查表得p=0.2486(0.249)即P=0.5+0.249=0.749

結(jié)論：身高在1720mm以下的西北男性為74.9%，超過(guò)男性A身高的西北男性則為25.1%。三、人體尺寸數(shù)據(jù)的部分特性（一）群體的人體尺寸數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布規(guī)律（二）各人體尺寸之間一般具有線性相關(guān)性（三）人體各尺寸大小及各尺寸間比例關(guān)系，與不同國(guó)家、種族、不同時(shí)代的人群相關(guān)（二）各人體尺寸之間一般具有線性相關(guān)性正常成年人人體各部分尺寸之間存在一定的比例關(guān)系，各人體尺寸之間一般具有線性相關(guān)性身高、體重、手長(zhǎng)等是基本的人體尺寸數(shù)據(jù)，按正常人體結(jié)構(gòu)關(guān)系，以站立平均身高為基數(shù)通?？梢酝扑闳梭w其他部位的尺寸數(shù)據(jù)。

Y=aX+bY——某一人體尺寸數(shù)據(jù)X——身高、體重、手長(zhǎng)等基本人體尺寸（之一）a、b——（對(duì)于特定的人體尺寸）常數(shù)

（三）人體各尺寸大小及各尺寸間比例關(guān)系，與不同國(guó)家、種族、不同時(shí)代的人群相關(guān)1、地區(qū)因素：

一個(gè)國(guó)家由于地區(qū)不同，人體數(shù)據(jù)也有差異。2、性別因素：

平均身高，男性比女性高100mm左右3、年齡因素：

身高的增長(zhǎng)，在22歲之前，呈上升趨勢(shì)，30歲以后，呈下降趨勢(shì)。4、民族因素：

每個(gè)民族都有自己的人體數(shù)據(jù)，不能套用其他民族的測(cè)量結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)本民族的機(jī)具。同樣對(duì)于不同種族、國(guó)家、民族來(lái)說(shuō)，人體尺寸之間具有的線性相關(guān)關(guān)系Y=aX+b都是適用的，但是系數(shù)a和b卻隨著這些的不同而有所不同。四、人體參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算1、我國(guó)成年人的人體結(jié)構(gòu)尺寸2．

我國(guó)成年人人體動(dòng)態(tài)尺度

3、常用人體功能尺寸測(cè)量區(qū)域4、手、腳作業(yè)域測(cè)量5、有關(guān)人機(jī)學(xué)參數(shù)計(jì)算

1、我國(guó)成年人的人體結(jié)構(gòu)尺寸

圖2-5立姿人體尺寸上臂長(zhǎng)前臂長(zhǎng)身高大腿長(zhǎng)小腿長(zhǎng)眼高肩高會(huì)陰高肘高脛骨點(diǎn)高手功能高圖2-6坐姿人體尺寸坐高坐姿頸椎點(diǎn)高坐姿肩高坐姿肘高坐姿眼高坐姿大腿厚坐姿膝高坐姿下肢長(zhǎng)小腿加足高坐深臂膝距圖2-7人體水平尺寸最大肩寬肩寬胸寬臀寬腰圍臀圍胸圍胸厚坐姿兩肘肩寬坐姿臀寬表2—2人體主要尺寸(單位：mm)

表2-3立姿人體尺寸(單位：mm)

表2-4坐姿人體尺寸(單位：mm)表2-5人體水平尺寸（單位：mm）

表2-6各區(qū)域的體重、身高和胸圍三項(xiàng)參數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差2．

我國(guó)成年人人體動(dòng)態(tài)尺度

（1）肢體活動(dòng)角度范圍

圖2-8人體肢體活動(dòng)角度范圍人體上部及上肢固定姿勢(shì)活動(dòng)角度范圍坐姿上身及手的可及范圍（2）不同姿勢(shì)時(shí)手能及的空間范圍立姿上身及手的可及圖2-11單腿跪姿上身及手的可及范圍圖2-12仰臥姿勢(shì)手及腿的活動(dòng)空間3、常用人體功能尺寸測(cè)量區(qū)域4、手、腳作業(yè)域測(cè)量（1）手的測(cè)量

人體手部尺寸人體手部尺寸男女手部控制部位尺寸的回歸方程(A)水平作業(yè)域手在水平面的正常作業(yè)閾和最大作業(yè)域（cm）

坐姿抓握作業(yè)域（cm）

(B)垂直作業(yè)域立姿單臂垂直作業(yè)域圖

立姿雙臂垂直作業(yè)域身高與摸高的關(guān)系2）腳的測(cè)量腳的測(cè)量人體足部尺寸人體足部尺寸腳作業(yè)空間腳的作業(yè)區(qū)域5、有關(guān)人機(jī)學(xué)參數(shù)計(jì)算1）用人體身高尺寸計(jì)算人體各部分尺寸正常成年人人體各部分尺寸之間存在一定的比例關(guān)系，因而按正常人體結(jié)構(gòu)關(guān)系，以站立平均身高為基數(shù)來(lái)推算各部分的結(jié)構(gòu)尺寸是比較符合實(shí)際情況的。坐姿靜態(tài)尺寸編號(hào)圖坐姿靜態(tài)尺寸與身高的關(guān)系

單位：cm參數(shù)名稱(chēng)計(jì)算公式參數(shù)名稱(chēng)計(jì)算公式座高膝高坐姿臀高肘關(guān)節(jié)至椅面高臀部至小腿長(zhǎng)大腿厚S1=0.523HS2=0.311HS3=0.249HS4=0.135HS5=0.280HS6=0.086H臀寬肩寬手前舉水平距離坐姿眼高兩手平舉直線距座面至臂上舉高度S7=0.203HS8=0.229HS9=0.462HS10=0.454HS11=1.03HS12=0.795H立姿靜態(tài)尺寸圖2）用人體體重計(jì)算人體體積和表面積（參見(jiàn)教材）（A）人體體積計(jì)算（適用于體重在50～100kg男子）V=1.015W-4.937 式中

V—人體體積，L；W—人體體重，kg。（B）用身高、體重、表面積求算有關(guān)人機(jī)學(xué)參數(shù)（C）人體表面積計(jì)算：Bubois算法

S=KR·W0.425·H0.725 Stevenson算法S=0.0061H+0.0128W—0.1529 賴(lài)氏算法

S=0.0235H0.42246W0.051456

式中

S—人體表面積，m2；H—人體身高，cm；W—人體體重，kg；KR—人種常數(shù)，中國(guó)人取72.46。五、人體測(cè)量的數(shù)據(jù)處理人體測(cè)量的數(shù)據(jù)處理步驟:1．將人體測(cè)量數(shù)據(jù)分類(lèi)分組2．劃出頻數(shù)分布，作直方圖與概率計(jì)算3．確定假定平均數(shù)4．計(jì)算離均差5．計(jì)算并列表

五、人體測(cè)量的數(shù)據(jù)處理1．將人體測(cè)量數(shù)據(jù)分類(lèi)分組首先要定“組距”，組距可根據(jù)“全距”來(lái)劃定。所謂“全距”就是測(cè)量值中最大值與最小值之差。身高——20mm；胸圍——20mm；體重——2kg；握力——3kg；拉力——5kg；椅高——5mm；立姿眼高——15mm。

五、人體測(cè)量的數(shù)據(jù)處理2．劃出頻數(shù)分布，作直方圖與概率計(jì)算將各測(cè)量值歸入適當(dāng)組內(nèi)，“對(duì)號(hào)入座”，作出直方圖；概率：某一組的頻數(shù)除以總頻數(shù)（組受測(cè)人數(shù)÷總受測(cè)人數(shù)）。如手動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)：其最大高度應(yīng)取決于第5%身材的人直立時(shí)能夠接觸得到；而最低高度應(yīng)該是第95%身材的人的指節(jié)高度。

五、人體測(cè)量的數(shù)據(jù)處理3．確定假定平均數(shù)假定平均數(shù)：組中的上限加下限除以2而得，亦即此組的組中值。理論上講，假定平均數(shù)選哪一組都可以，對(duì)測(cè)量指標(biāo)均無(wú)影響；通常以選取與真實(shí)平均數(shù)相接近的一個(gè)組，較為簡(jiǎn)便。有時(shí)，亦選頻數(shù)較多那一組的組中值作為平均數(shù)。

五、人體測(cè)量的數(shù)據(jù)處理4．計(jì)算離均差離均差就是各組與假定平均數(shù)的差數(shù)

式中

x——離均差；Gi——各組的組中值；Go——假定的組中