人體的人機學參數(shù)和測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用

1、人體的人機學參數(shù)和測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用內(nèi) 容第一節(jié) 人體尺寸及其測量 第二節(jié) 人體的人機學參數(shù)第三節(jié) 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用一、人體測量的基本術(shù)語被測者姿勢（立姿 、坐姿）測量基準面 （見圖1）測量方向 支承面和著裝 基本測點及測量項目 (見圖2、圖3)第一節(jié) 人體尺寸及其測量繼 續(xù)圖1 人體測量基準面和基準軸 圖1-b 人體測量基準面和基準軸 圖1-a 人體測量基準面和基準軸 圖2-a 測量項目-立姿圖2-b 測量項目-立姿圖2-c 測量項目-立姿圖2-d 測量項目-立姿圖2-e 測量項目-立姿圖2-f 測量項目-立姿圖3-a 測量項目-坐姿圖3-b 測量項目-坐姿圖3-c 測量項目-坐姿圖3-d 測

2、量項目-坐姿圖3-e 測量項目-坐姿 在人體尺寸測量中所采用的人體測量儀器有：人體測高儀、人體測量用直腳規(guī)、人體測量用彎腳規(guī)、人體測量用三腳平行規(guī)、坐高椅、量足儀、角度計、軟卷尺以及醫(yī)用磅秤等。 人體測高儀直腳規(guī)直腳規(guī)二、人體尺寸測量用的主要儀器圖4-a 人體測高儀 圖4-b 人體測量用直腳規(guī) 圖2-4 人體測量用彎腳規(guī)(4-c) 三、人體測量中的主要統(tǒng)計函數(shù) 均值 方差 三、人體測量中的主要統(tǒng)計函數(shù)標準差抽樣誤差 百分位數(shù)和適應(yīng)度 百分比（%）K百分比（%）K0.52.576700.5241.02.326750.6742.51.960800.84251.645851.036101.28290

3、1.282151.036951.645200.84297.51.960250.67499.02.326300.52499.52.576表2-1 百分比與變換系數(shù) 例:設(shè)計適用于90%華北男性使用的產(chǎn)品,試問應(yīng)按怎樣的身高范圍設(shè)計該產(chǎn)品尺寸？解：由表查知華北男性身高平均值M=1693mm，標準差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)計產(chǎn)品尺

4、寸，將適應(yīng)用于90%的華北男性。討論：平均值是作為設(shè)計的基本尺寸，而標準差是作為設(shè)計的調(diào)整量的。 影響人體測量數(shù)據(jù)差異的因素：年齡性別年代地區(qū)與種族職業(yè)四、常用人體測量數(shù)據(jù)年 齡注意：在采用人體尺寸時，必須判斷對象適合那些年齡組，要注意不同年齡組尺寸數(shù)據(jù)的差異。例如：人體尺寸增長過程：男20歲、女18歲。（結(jié)束）手的尺寸：男15歲、女13歲。（達到一定值）腳的大小：男17歲、女15歲。（基本定型）成 年 人：身高隨年齡增長而收縮；體重、肩寬、腹圍、臀圍、胸圍卻隨年齡增長而增長。性 別 男女之間的差異：1、對于大多數(shù)人體尺寸，男性比女性大些；（但有四個尺寸胸厚、臀寬、臂部及大腿周長正相反）2、同

5、整個身體相比，女性的手臂和腿較短，軀干和頭占的比例較大，肩較窄，骨盆較寬；3、皮下脂肪厚度及脂肪層在身體上的分布，男女也有明顯差別；4、在腿的長度尺寸起重要作用的場所（如座姿操作的崗位），考慮女性的人體尺寸至關(guān)重要。年 代在使用人體測量數(shù)據(jù)時，要考慮其測量年代，然后加以適當修正。一組數(shù)據(jù)：歐洲居民每隔10年身高增加11.4cm;美國城市男性青年在19731986年的13年間身高增加2.3cm;日本男性青年在19341965年的31年間身高增加、體重增加4kg、胸圍增加3.1cm;我國原廣州中山醫(yī)學院男性在19561979年的23年間身高增加、女性身高增加。 地區(qū)與種族注意點： 由于不同國家、不

6、同地區(qū)、不同種族的人體尺寸的差異，即使是同一國家，不同地區(qū)的人體尺寸也有差異。因此，在設(shè)計中考慮產(chǎn)品的多民族的通用性。職 業(yè) 不同職業(yè)的人，在身體大小及比例上也存在著差異。例如，一般體力勞動者平均身體尺寸都比腦力勞動者稍大些。1、我國成年人的人體結(jié)構(gòu)尺寸 圖2-5 立姿人體尺寸 圖2-6 坐姿人體尺寸 圖2-7 人體水平尺寸 表22 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、身高和胸圍三項參數(shù)的均值和標準差（單位：mm） 我國人體主要尺寸-1 測量項目男性女性均值

7、標準差均值標準差身高167859.93157052.12體重596.66526.06上臂長31314.5528413.33前臂長23712.7321312.12大腿長46522.4243821.82小腿長36918.7934418.79立姿眼高156859.99145450.30立姿肩高136752.12127146.06立姿肘高102442.4296036.97手功能高74136.9770437.37立姿會陰高79037.5873336.36立姿脛骨點高44421.2141020.00我國人體主要尺寸-2坐高90830.3085527.88坐姿眼高79839.7073926.67坐姿肩高59

8、824.8555623.03坐姿肘高26321.2125121.82坐姿大腿厚13010.9113010.30坐姿膝高49322.4245820.61小腿加足高41318.1838224.24坐深45721.8243319.39臀膝距55423.6452920.61坐姿下肢長99243.0391236.97我國人體主要尺寸-3 胸寬28016.3626013.36胸厚21215.7519917.58肩寬37518.7935118.29臀寬30614.5531716.36坐姿臀寬32115.7634420.61坐姿兩肘間寬42230.9140433.94胸圍86746.0682548.48腰圍7

9、3551.5277268.48臀圍87542.4290046.06頭圍56014.5554615.77頭全高22310.302169.701荷蘭182.511加拿大17725阿爾及利亞172.22丹麥181.514希臘176.526土耳其1723德國180.215法國176.427巴西1714挪威179.716意大利176.127墨西哥1715瑞典179.616愛爾蘭176.129日本170.76盧森堡179.118比利時175.630波蘭1707奧地利178.219俄羅斯17531馬爾他169.97芬蘭178.219美國17532中國169.79英國178.119新西蘭17533通加169.

10、410羅馬尼亞17822葡萄牙173.934蒙古16811澳大利亞17723西班牙173.435印度167.611匈牙利17724韓國173.336越南16537朝鮮158世界各國國民的身高2 我國成年人人體動態(tài)尺度 （1）肢體活動角度范圍 圖2-8 人體肢體活動角度范圍 圖2-9 人體上部及上肢固定姿勢活動角度范圍 圖2-10 立姿上身及手的可及范圍、坐姿上身及手的可及范圍 （2） 不同姿勢時手能及的空間 范圍圖2-11單腿跪姿上身及手的可及范圍圖2-12 仰臥姿勢手及腿的活動空間 3、常用人體功能尺寸測量區(qū)域 五、手、腳作業(yè)域測量1、 手的測量 圖214 手的測量手活動范圍(1) 水平作業(yè)

11、域 圖2-15 手在水平面的正常作業(yè)閾和最大作業(yè)域（cm） 圖2-16 坐姿抓握作業(yè)域（cm） (2) 垂直作業(yè)域 圖2-17 立姿臂垂直作業(yè)域圖 2-18 立姿雙臂垂直作業(yè)域 圖2-19 身高與摸高的關(guān)系 2、腳的測量 圖220 腳的測量 3、 腳作業(yè)空間 圖2-21 腳的作業(yè)區(qū)域 一、人體體部指數(shù)及有關(guān)人機學參數(shù)計算 可根據(jù)人體的身高、體重等基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)，利用一些經(jīng)驗公式計算出所需的其它各部分數(shù)。1、體的體部指數(shù)（參見教材P34公式2-72-11）2、用人體身高尺寸計算人體各部分尺寸（見圖2-22、圖2-23及表2-9）第二節(jié) 人體的人機學參數(shù)圖2-22 坐姿靜態(tài)尺寸編號圖 圖223 立姿

12、靜態(tài)尺寸圖 名 稱計算式名 稱計算式坐 高0.523H肘與肘間寬0.256H膝 高0.311H臀部寬0.203H坐姿臀高0.249H肩 寬0.229H座到肘高0.135H手前伸長度0.462H大腿厚0.086H坐位眼高0.454H臀部到膝高0.342H兩手惻平伸長度1.032H臀部到小腿長0.280H坐面至舉手指尖高0.795H表 2-9 靜坐時人體尺寸與身高的關(guān)系 3、用人體體重計算人體體積和表面積 （1）人體體積 （2）體表面積4、用身高、體重、表面積求有關(guān)人機學參數(shù) （見表2-10 ）表2-10 人體有關(guān)人機學參數(shù)計算公式 二、 人體生理學參數(shù)及測量 1、最大耗氧量（Vo2max）及氧債

13、能力 （見圖2-24 ）2、最大心率3、搏出量與最大心臟輸出 4、肌電圖5、呼吸量的測定 6、脈搏數(shù)的測定 7、發(fā)汗的測定 8、血液成份變化的測定 9、腦電圖 （見表212 ）產(chǎn)熱量的計算方法 通常采用開放式氣體代謝法，其步驟：準確測定吸入氣和呼出氣中的O2和CO2濃度，計算出耗氧量和CO2的排出量；求出呼吸商（RQ= 產(chǎn)生的CO2 / 消耗的O2 ）；查非蛋白呼吸商所對應(yīng)的氧熱價表用該氧熱乘以一定時間內(nèi)的總耗電量，即得出單位時間內(nèi)的產(chǎn)熱量。 人體能量的產(chǎn)生機理（1）ATP-CP系列: 肌肉收縮與松弛所需的能量是由三磷酸腺苷（ATP）分解成二磷酸腺苷（ADP）過程中釋放能量提供的（式1-1），

14、并由磷酸肌酸（CP）及時分解補充（式1-2）。ATPH2O ADPPi29.3 KJ/mol （式1-1）CPADPCrATP （式1-2）（2）需氧系列：需要氧的參與才能進行提供能量。1摩爾葡萄糖38分子ATP1摩爾脂肪130分子ATP（3）乳酸系列(大強度勞動，機體供氧能力受到限制時)需靠無氧糖酵解產(chǎn)生乳酸的方式來提供能量。1摩爾葡萄糖2分子ATP反應(yīng)速度較需氧系列快32倍氧化磷酸化ATP-CP系列乳酸系列需氧系列氧無氧無氧需氧酶ATP酶糖酵解酶系三羧酸循環(huán)酶系速度非常迅速迅速較慢能源CP,儲量有限糖原，產(chǎn)生的乳酸有致疲勞作用糖原，脂肪及蛋白質(zhì)，不產(chǎn)生致疲勞性副產(chǎn)物產(chǎn)生ATP很少有限幾乎不

15、受限制最終產(chǎn)物肌酸乳酸H2O CO2勞動類型任何勞動，包括短暫的極重勞動短期重及很重的勞動長期輕及中等勞動表 肌肉能量供應(yīng)系統(tǒng)的一般特性當勞動強度和作業(yè)時間增加時 需氧量也增強。氧需(oxygen demand)：勞動1分鐘所需要的氧。 氧需能否得到滿足主要取決于循環(huán)系統(tǒng)的功，其次為呼吸器官的功能。氧上限（maximum oxygen uptake）：血液在1 分鐘內(nèi)能供應(yīng)的最大氧量。 成人3L，運動員、有煅煉者可達4L多。氧債（oxygen debt）：氧需和實際供氧量之，即氧需氧上限，指缺氧量。人體能量代謝測定 圖2-24 三種氧債與相應(yīng)的勞動負荷示意圖（a）常量負荷 （b）高量負荷 （c

16、）超量負荷 氧需 最大攝氧量(勞動強度過大)工作開始：缺氧狀態(tài)(產(chǎn)生較大氧債) 機體調(diào)整氧需仍大于攝氧量，未達到平衡 受人的氧債能力限制10L。勞動結(jié)束 ：增大償還氧債時間 恢復(fù)到靜止劇烈運動后的恢復(fù) 劇烈運動會使身體內(nèi)部發(fā)生一系列變化，如代謝旺盛心跳加快、肺臟呼吸加快等，內(nèi)臟器官也需要在跑步停止后一段時間才能調(diào)整到正常狀態(tài)。 此外，劇烈運動后驟然停止腿部肌肉活動，使大量血液積聚在下肢舒張的血管里，回流心臟的血液減少，導(dǎo)致心臟搏出的血液量也相應(yīng)減少，還會因頭部血液突然減少，而出現(xiàn)一時性失去知覺的現(xiàn)象，即運動性暈厥。 所以劇烈運動后需要做調(diào)整動作，以加速氧的補充和身體的恢復(fù)。 運動后洗澡 這種做

17、法不科學，因為在運動時，流向肌肉的血液增多，心率增加。停止運動后，這種情況仍會持續(xù)一段時間，如果這時立即洗熱水澡，就會使血液不足以供應(yīng)其它重要器官，如心臟和大腦供血不足，就會感到頭昏、惡心、全身無力，嚴重的還會誘發(fā)其它疾病，因此應(yīng)格外注意。 運動后立即洗冷水澡更是弊多利少。由于運動的時候身體新陳代謝過程加強，皮下血管擴張，并大量出汗。運動后馬上洗冷水澡，使體內(nèi)產(chǎn)生的大量熱不能很好地散發(fā)，形成內(nèi)熱外涼，破壞人體的平衡，這樣容易生病。 正確的方法是運動后休息一會兒（以脈搏恢復(fù)到接近正常數(shù)為準）再洗澡，最好洗溫水澡。二、不要馬上洗澡：劇烈運動后如果洗冷水澡，皮膚會因突然受到刺激，使血管立即收縮，血液

18、循環(huán)阻力加大，同時機體抵抗能力降低，人容易生病。洗熱水澡則會繼續(xù)增加皮膚內(nèi)的血液流量，導(dǎo)致心臟和大腦供血不足，輕者頭暈眼花，重者虛脫休克，還容易誘發(fā)其他慢性疾病。腦電波 我們的腦無時無刻不在產(chǎn)生腦電波。早在1857年，英國的一位青年生理科學工作者卡通（R.Caton）在兔腦和猴腦上記錄到了腦電活動，并發(fā)表了“腦灰質(zhì)電現(xiàn)象的研究”論文，但當時并沒有引起重視。十五年后，貝克（A.Beck）再一次發(fā)表腦電波的論文，才掀起研究腦電現(xiàn)象的熱潮，直至1924 年德國的精神病學家貝格爾（H.Berger）才真正地記錄到了人腦的腦電波，從此誕生了人的腦電圖。 這是一些自發(fā)的有節(jié)律的神經(jīng)電活動，其頻率變動范圍在

19、每秒130次之間，可劃分為四個波段，即（13Hz）、（47Hz）、（813Hz）、（1430Hz）。 波，頻率為每秒13次，當人在嬰兒期或智力發(fā)育不成熟、成年人在極度疲勞和昏睡狀態(tài)下，可出現(xiàn)這種波段。波，頻率為每秒47次，成年人在意愿受到挫折和抑郁時以及精神病患者這種波極為顯著。但此波為少年（1017歲）的腦電圖中的主要成分。波，頻率為每秒813次，平均數(shù)為10次左右，它是正常人腦電波的基本節(jié)律，如果沒有外加的刺激，其頻率是相當恒定的。人在清醒、安靜并閉眼時該節(jié)律最為明顯，睜開眼睛或接受其它刺激時，波即刻消失。波，頻率為每秒1430次，當精神緊張和情緒激動或亢奮時出現(xiàn)此波，當人從睡夢中驚醒時，

20、原來的慢波節(jié)律可立即被該節(jié)律所替代。 在人心情愉悅或靜思冥想時，一直興奮的波、波或波此刻弱了下來，波相對來說得到了強化，因為這種波形最接近右腦的腦電生物節(jié)律，于是人的靈感狀態(tài)就出現(xiàn)了。 腦電波的節(jié)律來源于丘腦，科學家曾將動物大腦皮層與丘腦的聯(lián)系切斷，腦電波的節(jié)律消失，而丘腦的電節(jié)律活動仍然保持著。如果用813Hz的電脈沖刺激丘腦，在大腦皮層可出現(xiàn)類似節(jié)律的腦電波。因此，正常腦電波的維持需要大腦與丘腦都要完好無損。 表212 大腦意識狀態(tài)與人為錯誤的潛在危險性 第三節(jié) 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用 一、人體數(shù)據(jù)的運用準則1、最大最小準則。 2、可調(diào)性準則 3、平均準則 4、使用最新人體數(shù)據(jù)準則 5、地域性

21、準則 6、功能修正與最小心理空間相結(jié)合準則 7、標準化準則。8、姿勢與身材相關(guān)聯(lián)準則 9、合理選擇百分位和適用度準則 人體測量數(shù)據(jù)選用的注意事項設(shè)計和確定作業(yè)空間尺寸的根據(jù)，必須保證至少90%的用戶的適應(yīng)性、兼容性、操作性和維護性，即人體主要尺寸的設(shè)計極限應(yīng)根據(jù)第5至95百分位數(shù)的值確定。 必須適應(yīng)或允許身體某些部分通過的空間尺寸（如通道、出入口、防觸及危險部位的安全距離等），應(yīng)以第95百分位的值作為適用的人體尺寸。有限度的或受身體延伸所限制的空間尺寸（如抓握物體的可及距離、控制器的位移、顯示器與測試點位置、安全防護罩上的空隙等），應(yīng)以第5百分位的值作為適用的人體尺寸。 可調(diào)整的尺寸（如高度可

22、調(diào)的坐椅、工作臺、控制器、安全帶等），應(yīng)以第5百分位至第95百分位的人體尺寸范圍作為高速范圍適用的人體尺寸；只能用一種中等尺寸供群體使用時（如墻壁上的開關(guān)高度、門上把手尺寸等），應(yīng)以第50百分位數(shù)作為適用的人體尺寸搞清該尺寸的適用范圍，如適用的國家、地區(qū)、民族、年齡、性別、職業(yè)及社會階層等，否則，盲目選用，設(shè)計出的產(chǎn)品適用性較差人體測量數(shù)據(jù)應(yīng)用應(yīng)注意人體尺寸的變化，一方面從事某種工作的勞動人群的身材有變化時，其最佳適應(yīng)尺寸也應(yīng)隨之改變；另一方面，世界各國人體身高有增加的趨勢，近20年來世界各國人體的身高平均每10年增加1cm，我國的人體身高增加更快，所以在收集或選用人體尺寸資料時應(yīng)注意這種現(xiàn)象

23、。二、人體尺度在工程設(shè)計中的應(yīng)用 1人體尺度應(yīng)用的原則 （從工程設(shè)計應(yīng)用角度講）（1） 滿足度：滿足度是產(chǎn)品設(shè)計尺寸滿足特定使用者群體的百分率。也就是說從人體工程學角度看，你的設(shè)計適合多少人.（2） 產(chǎn)品尺寸設(shè)計任務(wù)的分類 I型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(就是上面所說的可調(diào)準則)：尺寸在上限值和下限值之間可調(diào)，上下限百分位分別為5和95時，滿足度為90。 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(最大最小準則)表216 產(chǎn)品類型產(chǎn)品類型定義說 明I型產(chǎn)品尺寸設(shè)計需要兩個百分位數(shù)作為尺寸上限值和下限值的依據(jù)屬雙限值設(shè)計型產(chǎn)品尺寸設(shè)計只需要一個百分位數(shù)作為尺寸上限值或下限值的依據(jù)屬單限值設(shè)計A型產(chǎn)品尺寸設(shè)計只需要一個人體尺寸百分位數(shù)作為

24、尺寸上限值的依據(jù)屬大尺寸設(shè)計B型產(chǎn)品尺寸設(shè)計只需要一個人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸下限值的依據(jù)屬小尺寸設(shè)計型產(chǎn)品尺寸設(shè)計只需要第50百分位數(shù)作為產(chǎn)品尺寸設(shè)計的依據(jù)平均尺寸設(shè)計表2-16 人體尺寸百分位數(shù)選擇 2、人體尺寸的應(yīng)用方法和程序 （1） 確定所設(shè)計對象的類型和適應(yīng)度 確定設(shè)計對象的功能尺寸的主要依據(jù)是人體尺寸百分位數(shù)，而它的選用又與設(shè)計對象的類型密切相關(guān)。首先應(yīng)確定所設(shè)計的對象是屬于哪一類型。見表217。 （2） 選擇人體尺寸百分位數(shù) 在確認所設(shè)計的產(chǎn)品類型及其等級之后，選擇人體尺寸百分位數(shù)的依據(jù)是適用度。人機工程學設(shè)計中的適用度，是指所設(shè)計產(chǎn)品在尺寸上能滿足多少人使用，通常以適合使用的人

25、數(shù)占使用者群體的百分比表示。設(shè)計類型產(chǎn)品重要程度百分位數(shù)的選擇適應(yīng)度I 型涉及人的安全、的健康一般用途選用戶x99和x1為尺寸上、下限值的依據(jù)選用x99和x5作為尺寸上、下限值的依據(jù)98%90%A型涉及人的安全、健康的一般用途選用x99和x95作為尺寸上限值的依據(jù)選用x90作為尺寸上限值的依據(jù)99%或95%90%B型涉及人的安全、健康的一般用途選用x1和x5幾作為尺寸下限值的依據(jù)選用x10作為尺寸下限值的依據(jù)99%或95%90%型產(chǎn)品一般用途選用戶x50作為產(chǎn)品尺寸設(shè)計的依據(jù)通用成年男、女通用產(chǎn)品一般用途選用男性的x99，x95或x90為尺寸上限值選用女性的x1、x5，或x10為尺寸下限值通用表2-17 產(chǎn)品尺寸設(shè)計分類 3確定功能修正量和心理修正量 （1）必須考慮到實際中人的可能姿勢、動態(tài)操作、著裝等需要的設(shè)計裕度，所有這些設(shè)計裕度總計為功能修正量 （2