人機(jī)工程學(xué)第2章-人的形體參數(shù)課件

1、第2章 人的形體參數(shù) 2.1 人體測(cè)量 2.2 常用人體測(cè)量數(shù)據(jù) 2.3 人體測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用 2.4 人體數(shù)學(xué)模型 2.5 人體模板 2.1 人體測(cè)量 為了設(shè)計(jì)和改善人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)， 必須知道人體各部外觀形態(tài)特征及各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)， 其中包括人體高度、 人體各部分長(zhǎng)度、 厚度及活動(dòng)位移范圍等。 對(duì)于這些參數(shù)的測(cè)量， 叫做人體測(cè)量。 2.1.1 人體測(cè)量的基本術(shù)語 GB3975-83人體測(cè)量術(shù)語和GB5703-85人體測(cè)量方法規(guī)定了人機(jī)工程學(xué)使用的人體測(cè)量術(shù)語和人體測(cè)量方法， 適用于成年人和青少年借助人體測(cè)量?jī)x器(GB5704.14-85)進(jìn)行的測(cè)量。 1. 基本姿勢(shì) 人體測(cè)量的主要姿勢(shì)是直立姿勢(shì)和坐

2、姿。 直立姿勢(shì)(簡(jiǎn)稱立姿)是指被測(cè)者挺胸直立， 頭部以眼耳平面(通過左右耳屏點(diǎn)及右眼框下點(diǎn)的水平面)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， 膝部自然伸直， 左、 右足后跟并攏， 前端分開， 使兩足大致成45夾角， 體重圖2 - 1 人體的測(cè)量基準(zhǔn)面和軸 均勻分布于兩足。 為確保直立姿勢(shì)正確， 被測(cè)者應(yīng)使足后跟、 臀部和后背部與同一鉛垂面相接觸。 坐姿是指被測(cè)者挺胸坐在被調(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， 膝大致屈成直角， 足平放地面上， 手輕放在大腿上。 為確保坐姿正確， 被測(cè)者的臀部、

3、 后背部應(yīng)同時(shí)靠在同一鉛垂面上。 無論何種姿勢(shì)， 身體都必須保持左右對(duì)稱， 由于呼吸而使測(cè)量值有變化的測(cè)量項(xiàng)目， 應(yīng)在呼吸平靜時(shí)進(jìn)行測(cè)量。 2. 測(cè)量基準(zhǔn)面 人體測(cè)量的基準(zhǔn)面主要有矢狀面、 冠狀面和水平面。 它們是由互相垂直的三個(gè)軸(垂直軸、 縱軸和橫軸)來定位的(見圖2 - 1)。 通過垂直軸和縱軸的平面及與其平行的所有平面都稱為矢狀面。 在矢狀面中， 把通過人體正中線的矢狀面稱為正中矢狀平面。 正中矢狀平面將人體分成左、 右對(duì)稱的兩個(gè)部分。 通過垂直軸和橫軸的平面及與其平行的所有平面都稱為冠狀面。 冠狀面將人體分成前、 后兩部分。 與矢狀面及冠狀面同時(shí)垂直的所有平面都稱為水平面。 水平面將

4、人體分成上、 下兩部分。 3. 測(cè)量方向 在人體的上下方向上， 上方稱頭側(cè)端， 下方稱足側(cè)端。 在人體的左右方向上， 靠近正中矢狀面的方向稱內(nèi)側(cè)，遠(yuǎn)離正中矢狀面的方向稱外側(cè)。 在四肢上， 靠近四肢附著部位的稱近位， 遠(yuǎn)離四肢附著部位的稱遠(yuǎn)位。 在上肢上， 撓骨側(cè)稱撓側(cè)， 尺骨側(cè)稱尺側(cè)。 在下肢上， 脛骨側(cè)稱脛側(cè)， 腓骨側(cè)稱腓側(cè)。 4. 其他 人體測(cè)量時(shí)， 立姿站立的地面或平臺(tái)以及坐姿的椅平面應(yīng)是水平的、 穩(wěn)固的和不可壓縮的； 要求被測(cè)者裸體或穿著盡量少的內(nèi)衣； 測(cè)量值的讀數(shù)精度， 線性測(cè)量項(xiàng)目為1mm， 體重為0.5 kg。 2.1.2 人體尺寸測(cè)量的分類 1. 靜態(tài)人體尺寸測(cè)量 靜態(tài)人體尺寸

5、測(cè)量是指被測(cè)者靜止地站著或坐著進(jìn)行的一種測(cè)量方式。 靜態(tài)測(cè)量的人體尺寸用以設(shè)計(jì)工作區(qū)間的大小。 圖2 - 2所示為靜態(tài)下測(cè)出的男性身體處于站、 坐、 跪、 臥、 蹲等不同姿勢(shì)時(shí)的限制尺寸。 圖2 - 2 男性身體處于不同姿勢(shì)時(shí)的限制尺寸 圖2 - 2 男性身體處于不同姿勢(shì)時(shí)的限制尺寸 2. 動(dòng)態(tài)人體尺寸測(cè)量 動(dòng)態(tài)人體尺寸測(cè)量是指被測(cè)者處于動(dòng)作狀態(tài)下所進(jìn)行的測(cè)量， 重點(diǎn)是測(cè)量人在執(zhí)行某種動(dòng)作時(shí)的形體特征。 如圖2 - 3所示為駕駛車輛的靜態(tài)圖和動(dòng)態(tài)圖。 靜態(tài)圖強(qiáng)調(diào)駕駛員與駕駛座位、 方向盤、 儀表等的物理距離； 動(dòng)態(tài)圖則強(qiáng)調(diào)駕駛員身體各部位的動(dòng)作關(guān)系。 動(dòng)態(tài)人體尺寸測(cè)量的特點(diǎn)是， 在任何一種身體

6、活動(dòng)中， 身體各部位的動(dòng)作并不是獨(dú)立無關(guān)的， 而是協(xié)調(diào)一致的， 具有連貫性和活動(dòng)性。 例如手臂可及的極限并非唯一由手臂長(zhǎng)度決定， 它還受到肩部運(yùn)動(dòng)、 軀干扭轉(zhuǎn)、 背部屈曲以及操作本身特性的影響。 圖2 - 3 駕駛車輛時(shí)的靜態(tài)圖與動(dòng)態(tài)圖 (a) 靜態(tài)圖； (b) 動(dòng)態(tài)圖 動(dòng)態(tài)人體測(cè)量通常是對(duì)手、 上肢、 下肢、 腳所及的范圍以及各關(guān)節(jié)能達(dá)到的距離和能轉(zhuǎn)動(dòng)的角度進(jìn)行測(cè)量， 如圖2 - 4所示。 圖2 - 4 上、 下肢的轉(zhuǎn)動(dòng)， 移動(dòng)范圍 2.1.3 人體測(cè)量方法 人體測(cè)量通常采用的儀器主要有： 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

7、計(jì)、 軟卷尺、 描骨器以及醫(yī)用臺(tái)秤等。 我國(guó)對(duì)前四種測(cè)量?jī)x器已制定了標(biāo)準(zhǔn)。 測(cè)量應(yīng)在呼氣與吸氣的中間進(jìn)行。 其次序?yàn)閺念^向下到腳； 從身體的前面， 經(jīng)過側(cè)面， 再到后面。 測(cè)量時(shí)只許輕觸測(cè)點(diǎn)， 不可緊壓皮膚， 以免影響測(cè)值的準(zhǔn)確性。 一般只測(cè)量左側(cè)， 特殊目的除外。 測(cè)量項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定。 如確定座椅尺寸， 則需測(cè)定坐姿小腿加足高、 坐深、 臀寬， 并測(cè)定人體兩種坐姿端坐(最大限度的挺直)與松坐(背部肌肉放松)的尺寸， 以便確定靠背的傾斜度。 2.1.4 人體測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理 由于群體中個(gè)體與個(gè)體之間存在著差異， 一般來說， 某一個(gè)體的測(cè)量尺寸不能作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。 為使產(chǎn)品適合于一個(gè)群

8、體的使用， 設(shè)計(jì)中需要的是一個(gè)群體的測(cè)量尺寸。 然而， 全面測(cè)量群體中每個(gè)個(gè)體的尺寸又是不現(xiàn)實(shí)的。 通常是通過測(cè)量群中較少量個(gè)體的尺寸， 經(jīng)數(shù)據(jù)處理后而獲得較為精確的所需群體尺寸。 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， 因而可根據(jù)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 從而獲得所需群體尺寸的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和特征參數(shù)。 1. 均值 表示樣本的測(cè)量數(shù)據(jù)集中地趨向某一個(gè)值， 該值稱為平均值， 簡(jiǎn)稱均值。 均值是描述測(cè)量數(shù)據(jù)位置特征的值， 可用來衡量一定條件下的測(cè)量水平和概括地表現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的集中情況。 對(duì)于有n個(gè)樣本的測(cè)量值： 1. 均值 表示樣本的測(cè)量數(shù)據(jù)集中地趨向某一個(gè)值， 該值稱為

9、平均值， 簡(jiǎn)稱均值。 均值是描述測(cè)量數(shù)據(jù)位置特征的值， 可用來衡量一定條件下的測(cè)量水平和概括地表現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的集中情況。 對(duì)于有n個(gè)樣本的測(cè)量值：x1、 x2、 xn， 其均 值為（2 -1） 2. 方差 描述測(cè)量數(shù)據(jù)在中心位置(均值)上下波動(dòng)程度差異的值叫均方差， 通常稱為方差。 方差表明樣本的測(cè)量值是變量， 既趨向均值而又在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。 對(duì)均值為 的n個(gè)樣本測(cè)量值： x1、 x2、 xn， 其方差S2的定義為 （ - 2） 用上式計(jì)算方差效率不高， 常用與其等價(jià)公式計(jì)算， 即（ - 3） 果測(cè)量值xi全部靠近均值 x， 則優(yōu)先選用這個(gè)等價(jià)的計(jì)算式來計(jì)算方差 3. 標(biāo)準(zhǔn)差 由方差的計(jì)算公式

10、可知， 方差的量綱是測(cè)量值量綱的平方， 為使其量綱和均值相一致， 則取其均方根差值， 即標(biāo)準(zhǔn)差來說明測(cè)量值對(duì)均值的波動(dòng)情況。 所以， 方差的平方根S稱為標(biāo)準(zhǔn)差。 對(duì)于均值為 x 的n個(gè)樣本測(cè)量值： x1、 x2xn， 其標(biāo)準(zhǔn)差S的一般計(jì)算為(2 - 4) 4. 抽樣誤差 抽樣誤差又稱標(biāo)準(zhǔn)誤差， 即全部樣本均值的標(biāo)準(zhǔn)差。 在實(shí)際測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析中， 總是以樣本推測(cè)總體。 而在一般情況下， 樣本與總體不可能完全相同， 其差別就是由抽樣引起的。 抽樣誤差數(shù)值大， 表明樣本均值與總體均值的差別大； 反之， 說明其差別小， 即均值的可靠性高。 概率論證明， 當(dāng)樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為S， 樣本容量為n時(shí)， 則抽

11、樣誤差 的計(jì)算式為（ - 5） 5. 百分位數(shù) 人體測(cè)量的數(shù)據(jù)常以百分位數(shù)表示人體尺寸等級(jí)， 最常用的是第5、 第50、 第95三種百分位數(shù)。 其中第5百分位數(shù)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； 第50百分位數(shù)表示“中”身材， 是指大于和小于此值的人群身材尺寸各為50 % ； 第95百分位數(shù)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。 在有些人體測(cè)量尺寸資料中， 除了給出上述常用百分位數(shù)的數(shù)據(jù)外， 還給出其間的其他百分位數(shù)的數(shù)據(jù)。 在一般統(tǒng)計(jì)方法中， 并不一一羅列出所有百分位數(shù)的數(shù)據(jù)，

12、 而往往以均值x 和標(biāo)準(zhǔn)差S來表示。 雖然人體尺寸并不完全是正態(tài)分布， 但通常仍可使用正態(tài)分布曲線來計(jì)算。 因此， 在人機(jī)工程學(xué)中可以根據(jù)均值x 和標(biāo)準(zhǔn)差S來計(jì)算百分位數(shù)， 或計(jì)算某一人體尺寸所屬的百分位。 1) 求百分位數(shù)。 當(dāng)已知某項(xiàng)人體測(cè)量尺寸的均值為x， 標(biāo)準(zhǔn)差為S， 需要求任一百分位的人體測(cè)量尺寸Pv(百分位數(shù))時(shí)， 可用下式計(jì)算： (2 - 6) 當(dāng)求 50%之間的數(shù)據(jù)時(shí)， 式中取“”號(hào)； 當(dāng)求5099%之間的數(shù)據(jù)時(shí)， 式中取“”號(hào)。 式中K為變換系數(shù)， 設(shè)計(jì)中常用的百分位與變換系數(shù)K的關(guān)系見表2 - 1。 表2 1 百分位與變換系數(shù)K 2) 求數(shù)據(jù)所屬百分位。 當(dāng)已知某項(xiàng)人體測(cè)量

13、尺寸為xi， 其均值為x， 標(biāo)準(zhǔn)差為S時(shí)， 需要求該尺寸xi所處百分位P時(shí)， 可按下列 方法求得， 即按 計(jì)算出Z值， 根據(jù)Z值在表2 - 2給出的正態(tài)分布概率數(shù)值表上查得對(duì)應(yīng)的概率數(shù)值p； 則百分位P按下式計(jì)算： （ - ） 2.2 常用人體測(cè)量數(shù)據(jù) 2.2.1 影響人體測(cè)量數(shù)據(jù)差異的因素 人體測(cè)量數(shù)據(jù)的差異通常與下列因素有關(guān)。 1. 年齡 人體尺寸增長(zhǎng)過程， 一般男性20歲結(jié)束， 女性18歲結(jié)束。 通常男性15歲、 女性13歲手的尺寸就達(dá)到了一定值。 男性17歲、 女性15歲腳的大小也基本定型。 成年人身高隨年齡的增長(zhǎng)而收縮一些， 但體重、 肩寬、 腹圍、 臀圍、 胸圍卻隨年齡的增長(zhǎng)而增加

14、。 2. 性別 在男性與女性之間， 人體尺寸、 重量和比例關(guān)系都有明顯差異。 對(duì)于大多數(shù)人體尺寸， 男性都比女性大些， 但有些尺寸胸厚、 臀寬及大腿周長(zhǎng)， 女性比男性大。 男女即使在身高相同的情況下， 身體各部分的比例也是不同的。 同整個(gè)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。 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。 3. 年代 隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展， 衛(wèi)生、 醫(yī)療、 生活水平的提高以及體育運(yùn)動(dòng)的大力開展， 人類的成長(zhǎng)和發(fā)育也發(fā)生了變化。 據(jù)調(diào)查， 歐洲居民每隔10年身高增加11.4 cm； 美國(guó)城市男性青年19731986年13年間身

15、高增長(zhǎng)2.3 cm； 日本男性青年19341965年31年間身高增長(zhǎng)5.2 cm、 體重增加4 kg、 胸圍增加3.1 cm； 我國(guó)廣州中山醫(yī)學(xué)院男生19561979年23年間身高增長(zhǎng)4.38 cm、 女性身高增長(zhǎng)2.67 cm。 身高的變化， 勢(shì)必帶來其他形體尺寸的變化。 4. 地區(qū)與種族 不同的國(guó)家、 不同的地區(qū)、 不同的種族人體尺寸差異較大， 即使是同一國(guó)家， 不同區(qū)域也有差異。 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或工程設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)考慮不同國(guó)家、 不同區(qū)域的人體尺寸差異。 5. 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(dòng)者平均身體尺寸都比腦力勞動(dòng)者稍大些。 在美國(guó)， 工業(yè)部門

16、的工作人員要比軍隊(duì)人員矮?。?在我國(guó)， 一般部門的工作人員要比體育運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的人矮小。 也有一些人由于長(zhǎng)期的職業(yè)活動(dòng)改變了形體， 使其某些身體特征與人們的平均值不同。 另外， 數(shù)據(jù)來源不同、 測(cè)量方法不同、 被測(cè)者是否有代表性等因素， 也常常造成測(cè)量數(shù)據(jù)的差異。 2.2.2 人體結(jié)構(gòu)尺寸 1. 我國(guó)人體尺寸 我國(guó)1989年7月1日實(shí)施的GB10000 - 88中國(guó)成年人人體尺寸， 適用于工業(yè)產(chǎn)品、建筑設(shè)計(jì)、 軍事工業(yè)以及工業(yè)的技術(shù)改造、 設(shè)備更新和勞動(dòng)安全保護(hù)。 現(xiàn)將其中的人體主要測(cè)量項(xiàng)目及尺寸摘錄于圖2 - 5及表2 - 3中， 供使用時(shí)查閱。 圖2 5 人體尺寸部位標(biāo)號(hào) 圖2 5 人體尺寸部

17、位標(biāo)號(hào) 表2 - 3 我國(guó)成年人人體主要尺寸(mm)及體重(kg) 選用GB10000 - 88中所列人體尺寸數(shù)據(jù)時(shí)， 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1) 表列數(shù)值均為裸體測(cè)量的結(jié)果， 在用于設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)根據(jù)各地區(qū)不同的著衣量而增加余量。 2) 立姿時(shí)要求自然挺胸直立， 坐姿時(shí)要求端坐。 如果用于其他立、 坐姿的設(shè)計(jì)(例如放松的坐姿)， 要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?3) 由于我國(guó)地域遼闊， 不同地區(qū)間人體尺寸差異較大。 表2 - 4所列數(shù)據(jù)為六個(gè)區(qū)域年齡為1860歲人的身高、 胸圍、 體重的均值 x及標(biāo)準(zhǔn)差 S 值。 表2 - 4 身高、 胸圍、 體重的均值x及標(biāo)準(zhǔn)差S 2. 其他國(guó)家的人體尺寸 表2 - 5所示

18、為美國(guó)、 前蘇聯(lián)、 日本等14個(gè)國(guó)家及地區(qū)的人體身高均值 H和標(biāo)準(zhǔn)差S 。 表2 - 5 部分國(guó)家及地區(qū)人體身高平均值H及標(biāo)準(zhǔn)差S 2.2.3 人體主要參數(shù)計(jì)算 正常成年人的身體各部分之間都成一定的比例關(guān)系， 因此， 可根據(jù)這種比例關(guān)系計(jì)算人體相關(guān)參數(shù)。 1. 人體各部分尺寸與身高的相關(guān)計(jì)算 根據(jù)GB10000-88中國(guó)成年人人體尺寸給定的人體尺寸數(shù)據(jù)的均值， 推算出我國(guó)成年人人體各部分尺寸與身高 H 的比例關(guān)系如圖2 - 6所示。 圖2 - 6 我國(guó)成年人人體各部分尺寸與身高 H 的比例關(guān)系 (a) 男性； (b) 女性 2. 體重與身高的相關(guān)計(jì)算 一般人的體重與身高之間存在下列關(guān)系正常體重

19、 WZ H 110（kg） 理想體重 WL H 110（kg） （2 - 8） 式中：H 身高(cm)。 圖2 - 7 人體各部分尺寸計(jì)算標(biāo)號(hào) 表2 - 6 美國(guó)、 加拿大和歐洲男性坐姿各部分尺寸計(jì)算公式 3. 人體體積和表面面積的計(jì)算 當(dāng)體重在50100 kg時(shí)， 可根據(jù)體重、 身高按下列公式求得人體體積和表面面積。 1) 人體體積計(jì)算公式： V. （- 9） 式中：V 人體體積(L)； 人體重量(kg)。 2) 人體表面面積計(jì)算公式。 由身高計(jì)算人體表面面積： 男性 B100 女性 B77 （ - 10） 式中：B 人體表面面積(cm2）；H 身高(cm)。 由身高和體重計(jì)算人體表面面積

20、B0.00610.01280.1529 （2 - 11） 式中： B 人體表面面積(m2)； 體重(kg)；H 身高(cm)。 4. 人體生物力學(xué)參數(shù)的計(jì)算 在已知人體身高 H (cm)、 體重 W(kg)、 體積 V (L)時(shí)， 可計(jì)算出人體生物力學(xué)各參數(shù)的近似值， 見表2 - 7。 表2 - 7 人體生物力學(xué)參數(shù)的計(jì)算公式 5. 男女人體尺寸的換算 同一民族的男性與女性在身高、 體重等參數(shù)之間， 也存在著相關(guān)關(guān)系， 故可用來相互換算。 表2 - 8所列為日本人機(jī)工程學(xué)者大島正光由測(cè)量調(diào)查而得出的以男性數(shù)據(jù)為基數(shù)求女性參數(shù)的換算系數(shù)。 根據(jù)表2 - 8通過間接計(jì)算所得的數(shù)據(jù)均為近似值， 與直

21、接測(cè)量所得數(shù)據(jù)有一定的誤差。 因此， 將這些近似值應(yīng)用于設(shè)計(jì)時(shí)， 必須考慮它們能否滿足設(shè)計(jì)要求。 表2 - 8 由男性測(cè)量值求女性人體尺寸的換算系數(shù) 2.3 人體測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用 2.3.1 人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用原則 人體大小各不相同， 設(shè)計(jì)一般不可能滿足所有使用者。 為了使設(shè)計(jì)能適合于較多的使用者， 在應(yīng)用人體測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)考慮以下原則: 1) 由人體身高決定的物體， 如門、 船艙口、 通道、 床、 擔(dān)架等， 其尺寸應(yīng)以第95百分位數(shù)為依據(jù)。 2) 由人體某些部分的尺寸決定的物體， 如取決于腿長(zhǎng)的坐平面高度， 其尺寸應(yīng)以第5百分位數(shù)為依據(jù)。 3) 可調(diào)尺寸， 應(yīng)可調(diào)節(jié)到使第5百分位數(shù)和第95百分位

22、數(shù)之間的所有人使用方便。 4) 以第5百分位數(shù)和第95百分位數(shù)為界限值的物體， 當(dāng)身體尺寸在界限以外的人使用會(huì)危害其健康或增加事故危險(xiǎn)時(shí)， 其尺寸界限應(yīng)擴(kuò)大到第1百分位數(shù)和第99百分位數(shù)。 如緊急出口以及至運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)器部件的有效半徑， 應(yīng)以第99百分位數(shù)為依據(jù)， 而使用者與緊急制動(dòng)桿的距離則應(yīng)以第1百分位數(shù)為依據(jù)。 5) 門 鈴、 插座、 電燈開關(guān)的安裝高度以及付賬柜臺(tái)高度， 應(yīng)以第50百分位數(shù)為依據(jù)。 2.3.2 應(yīng)用人體尺寸數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意的問題 1) 必須弄清設(shè)計(jì)的使用者或操作者的狀況， 列出使用者的特征， 包括性別、 年齡、 種族、 體格等。 2) 人體尺寸的統(tǒng)計(jì)分布一般是呈正態(tài)分布的，

23、故按人體尺寸均值設(shè)計(jì)產(chǎn)品和工作空間， 往往只能適合50%的人群， 而對(duì)另外50%的人群則不適合。 例如一個(gè)不常使用的控制閥門需要安裝在通過過道的架空管道上， 手輪安裝高度若以人體的平均高度設(shè)計(jì)， 將只有大于雙臂功能上舉高平均值的50%的人才能達(dá)到閥門手輪的安裝高度， 而另外50%的人的手臂則夠不著閥門的手輪， 在緊急狀態(tài)時(shí)將無法進(jìn)行控制。 因此， 一般不能以均值作為設(shè)計(jì)的唯一根據(jù)。 3) 選用人體尺寸數(shù)據(jù)時(shí)， 要考慮操作者的著衣穿鞋情況和其他可能配備的東西， 如手套、 頭盔、 靴子及其他用具。 表2 - 9給出了建議調(diào)整數(shù)據(jù)， 供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 表2 - 9 由于著衣人體尺寸增大的調(diào)整值(建議值

24、) 4) 由于人在操作過程中姿勢(shì)和體位經(jīng)常變換， 使用靜態(tài)測(cè)得的尺寸數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)較大誤差，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要用動(dòng)態(tài)測(cè)得的尺寸數(shù)據(jù)加以適當(dāng)調(diào)整。 5) 確定作業(yè)空間的尺寸范圍， 與人的肢體活動(dòng)范圍及作業(yè)方式有關(guān)。 如手動(dòng)控制器最大高度應(yīng)使第5百分位數(shù)身體尺寸的人直立時(shí)能夠著， 而最低高度應(yīng)使第95百分位數(shù)的人能夠操作。 2.3.3 人體尺寸數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 1. 立姿人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用 立姿身高常用來確定建筑物高度， 設(shè)備高度， 車廂、 機(jī)艙、 船艙高度， 立姿使用的用具高度， 危區(qū)防護(hù)欄高度， 床的長(zhǎng)度， 服裝的長(zhǎng)度等。 立姿身高也是計(jì)算人體各部分相關(guān)尺寸與設(shè)備高度的基礎(chǔ)。 立姿眼高常用來確定立姿

25、操作時(shí)機(jī)械儀表的高度、 數(shù)控機(jī)床控制顯示屏幕的高度和需要被視看對(duì)象等的高度。 立姿肩高、 肘高、 橈骨點(diǎn)高、 中指指尖高、 手功能高、 中指指尖舉高、 雙臂功能上舉高、 肩寬、 最大肩寬、 上肢長(zhǎng)、 全臂長(zhǎng)、 上臂長(zhǎng)、 兩臂展開寬、 兩臂功能展開寬和兩臂肘展開寬等尺寸數(shù)據(jù)， 主要用來確定作業(yè)空間的最大范圍、 正常范圍、 最佳范圍， 以及各種操縱控制器、 各種顯示器、 各種操縱控制臺(tái)、 精密操作平臺(tái)、 機(jī)床工作面高度， 操作手柄、 手輪的高度， 車床的中心高度， 物料放置位置， 床寬， 桌高， 方桌邊長(zhǎng)和圓桌直徑等。 2. 坐姿人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用 坐高、 坐姿上肢最大前伸長(zhǎng)、 坐姿肩寬、 坐姿肘

26、高、 坐姿下肢長(zhǎng)等尺寸數(shù)據(jù)， 主要用來確定坐姿作業(yè)所需的作業(yè)空間， 作業(yè)最大范圍、 正常范圍、 最佳范圍， 設(shè)備、 控制器分布位置， 精密作業(yè)平臺(tái)， 各種操縱控制臺(tái)和放物料的位置等。 坐姿眼高常用來確定坐姿操作時(shí)各種機(jī)械儀表的高度和需要被視看對(duì)象的位置等。 坐姿膝高、 坐姿大腿厚等尺寸數(shù)據(jù)， 常用來確定設(shè)備、 控制臺(tái)、 工作臺(tái)、 桌子等的容膝空間。 小腿加足高、 坐深、 坐姿臀寬等尺寸數(shù)據(jù)， 主要用來設(shè)計(jì)各種工作椅、 沙發(fā)、 床鋪等的有關(guān)尺寸。 3. 頭、 手、 足尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用 人體頭圍、 手長(zhǎng)、 手寬、 手握圍， 足長(zhǎng)、 足寬、 足圍的尺寸數(shù)據(jù)， 常用來設(shè)計(jì)頭盔、 各種手柄、 杠桿、 踏腳

27、板、 樓梯梯級(jí)深度、 帽子、 手套、 靴子、 鞋襪等。 4.用身高推算設(shè)備、 用具高度 以人體身高為基準(zhǔn)， 根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象高度與人體身高一般成一定比例關(guān)系， 可利用圖2 - 8 推算工作面高度、 設(shè)備高度和用具高度。 圖2 - 8中各代號(hào)的意義如表2 - 10所示。 圖2 - 8 以人體身高推算設(shè)備、 用具高度 表2 - 10 不同用途的設(shè)備、 用具高度與人體身高的比例2.4 人體數(shù)學(xué)模型 為了研究和分析人體動(dòng)作范圍、 作業(yè)姿勢(shì)、 作業(yè)區(qū)域等， 用數(shù)學(xué)方法對(duì)人體各部分尺寸與相對(duì)位置進(jìn)行描述的模型， 稱為人體數(shù)學(xué)模型。 圖2 - 9是人體側(cè)面數(shù)學(xué)模型構(gòu)成圖， 它是在 直角坐標(biāo)系中以Pi點(diǎn)（i=1，

28、 2， ， 11）表示人體的11個(gè)部位， 各點(diǎn)之間的直線連線表示人體各部分， 連線之間的夾角i(t)(i=1,2,10)表示各關(guān)節(jié)點(diǎn)處肢體間的夾角， 兩腳間的距離為d（t）。 Pi、 i、 d1都是時(shí)間t的函數(shù)。 圖2 - 9 人體側(cè)面數(shù)學(xué)模型構(gòu)成圖 由觀察到的d1（t）， i(t)可以求出各Pi點(diǎn)的位置(xi,yi)， 從而確定工作姿勢(shì)。 圖中V、 H分別表示垂直線、 水平線。 P2、 P1為左、 右腳著地點(diǎn)； P4、 P3為左、 右膝關(guān)節(jié)； P5為髖關(guān)節(jié)； P6為肩關(guān)節(jié)； P8、 P為左、 右肘關(guān)節(jié)； P10、 P9為左、 右手； P11為頭部； 2、 1為左、 右膝關(guān)節(jié)角； 3為軀干傾斜

29、角； 5、 4為左、 右臂開放角；7、 6為左、 右肘開放角； 8為頭部?jī)A斜角； 10、 9為左、 右踝開放角。 在以下分析中， 取兩腳靠在一起， 即d1， 兩腳著地點(diǎn)的坐標(biāo)為(xc,O)； P1、 P2的x坐標(biāo)相同， 即x1x2xc； 任意兩點(diǎn)Pi、 Pj間的距離為dpipj。 2.4.1 人體作業(yè)姿勢(shì)的數(shù)學(xué)描述 作業(yè)姿勢(shì)通常按作業(yè)面布置和操作對(duì)象位置、 作業(yè)性質(zhì)分為站立、 彎腰、 前屈、 下蹲(含坐姿)四種， 見圖2 - 10。 用上述數(shù)學(xué)模型來表示這四種姿勢(shì)時(shí)， 符號(hào)“”代表“并有”， 符號(hào)“”代表“根據(jù)定義等于”， 又令0， 則 1. 站立姿勢(shì)P（見圖2 - 10( a )） P （t

30、）（t）（t） （t）（t） 2. 彎腰姿勢(shì)Pb(見圖2 - 10 (b) ) Pb（t）（t） （t）（t）（t）(90) 3. 前屈姿勢(shì)Ps(見圖2 - 10 (c) ) Ps （t）（）（t） （t）（）（t）（t）（） 4. 下蹲姿勢(shì)Pz(見圖2 - 10 (d) ) Pz （t）（t）（t）（t） （t）（） 圖2 - 10 作業(yè)姿勢(shì) (a) 站立； (b) 彎腰； (c)前屈； (d) 下蹲 分析作業(yè)場(chǎng)所時(shí)， 涉及到操縱對(duì)象的布置及作業(yè)者與作業(yè)對(duì)象的相對(duì)位置， 見圖2 - 11。 圖2 - 11 人與作業(yè)對(duì)象的相對(duì)位置 2.5 人體模板 由于人體各部位的尺寸因人而異， 而且人體的工

31、作姿勢(shì)隨著作業(yè)對(duì)象和工作情況的不同而不斷變化， 因而要從理論上來解決人機(jī)相關(guān)位置問題是比較困難的。 但是， 若利用人體結(jié)構(gòu)和尺度關(guān)系， 將人體尺度用各種模擬人來代替， 通過“機(jī)”與人體模型相關(guān)位置的分析， 便可以直觀地求出人機(jī)相對(duì)位置的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)， 為合理布置人機(jī)系統(tǒng)提供可靠條件。 國(guó)外研究人機(jī)工程學(xué)歷史較長(zhǎng)的國(guó)家， 如美國(guó)、 西德、 日本等， 在進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)相關(guān)位置設(shè)計(jì)中， 模擬人已成為有效的輔助設(shè)計(jì)手段。 他們研制開發(fā)了成套的標(biāo)準(zhǔn)模擬人， 主要有二維人體模板(即平面模擬人)， 其次是三維人體模型(即立體模擬人)。 平面的成套的標(biāo)準(zhǔn)模擬人已由專門的銷售部門作為設(shè)計(jì)的輔助工具出售， 為設(shè)計(jì)部

32、門提供了極為方便的條件。 2.5.1 二維人體模板 目前， 在人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用較多的是二維人體模板(簡(jiǎn)稱人體模板)。 這種人體模板是根據(jù)人體測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和選擇而得到的標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸， 利用塑料板材或密實(shí)纖維板等材料， 按照11、 15等設(shè)計(jì)中常用比例制成人體各個(gè)關(guān)節(jié)均可活動(dòng)的人體側(cè)視模型， 如圖2 - 12所示。 圖2 - 12 二維人體模板 圖2 - 12表示坐姿時(shí)裸露人體(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須穿鞋)的側(cè)視圖。 圖中人身各肢體上標(biāo)出的基準(zhǔn)線用以確定關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)角度， 這些角度可以從人體模板上相應(yīng)部位所設(shè)置的刻度盤上讀出； 頭部標(biāo)出的眼線表示人的正常視線； 鞋上標(biāo)出的基準(zhǔn)線表示人的腳底線。 人體模板可

33、以在側(cè)視圖上演示關(guān)節(jié)的多種功能， 但不能演示側(cè)向外展和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 模板上帶有角刻度的人體關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)范圍， 是指功能技術(shù)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)節(jié)角度， 包括健康人在韌帶和肌肉不超過負(fù)荷的情況下所能達(dá)到的位置， 而不考慮那些雖然可能， 但對(duì)勞動(dòng)姿勢(shì)來說超出了有生理意義的界限運(yùn)動(dòng)。 由于人體模板中部分關(guān)節(jié)角度是根據(jù)有關(guān)專家們提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的， 并對(duì)一些關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)(如P)作了一定程度的簡(jiǎn)化， 因而沒有反映人體這一區(qū)域的生理作用， 其背部外形也不能表示正常人體的腰曲弧形。 所以， 這種人體模板不適宜作為工作座椅靠背曲線的模型。 表2 - 11列出了人體模板關(guān)節(jié)角的調(diào)節(jié)范圍。 表2 - 11 人體模板關(guān)節(jié)角的調(diào)節(jié)范圍 根據(jù)工作中手的姿勢(shì)的不同， 有下列幾種手的姿勢(shì)， 供選擇使用： 1) 三指捏在一起的手， 見圖2 - 12中A型。 2) 握住圓棒的手， 手的橫軸為垂直面， 見圖2 - 12中B型。 3) 握住圓棒的手， 手的橫軸為水平面， 見圖2 - 12中C型。 4) 伸開的