第二章 人體測量及數(shù)據(jù)應(yīng)用

第二章人體測量及數(shù)據(jù)應(yīng)用人機工程學(xué)第二章人體測量及數(shù)據(jù)應(yīng)用第一節(jié)人體測量簡介

第二節(jié)人體測量的數(shù)據(jù)處理

第三節(jié)常用人體測量數(shù)據(jù)第四節(jié)人體各部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算第五節(jié)人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用

第一節(jié)人體測量簡介人體測量學(xué)是人機工程學(xué)的重要組成部分。進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，為使人與產(chǎn)品相互協(xié)調(diào)，必須對產(chǎn)品同人相關(guān)的各種裝置作適合于人體形態(tài)、生理以及心理特點的設(shè)計，讓人在使用過程中，處于舒適的狀態(tài)以及方便地使用產(chǎn)品。因此設(shè)計師應(yīng)了解人體測量學(xué)，生物力學(xué)方面的基本知識，并熟悉有關(guān)設(shè)計所必需的人體測量基本數(shù)據(jù)的性質(zhì)、應(yīng)用方法和使用條件。一、概念1.人體測量：指借助人體測量儀器，按照人體測量方法，對人體身體各方面數(shù)據(jù)特征（主要是尺寸）的度量。

2.人體測量學(xué)：是指測量人體各部分尺寸或比例來研究人體的形態(tài)特征的方法。形態(tài)測量人體體形尺寸體積重量表面積人體測量數(shù)據(jù)的種類運動測量

人體的活動過程和活動范圍的大小

動作范圍動作過程形體變化皮膚變化生理測量人體出力范圍人體感覺反應(yīng)人體疲勞人體的功能尺寸形態(tài)數(shù)據(jù)類型人體的構(gòu)造尺寸動態(tài)尺寸人在工作姿勢下或在某種操作活動狀態(tài)下測量的尺寸形態(tài)數(shù)據(jù)類型形態(tài)數(shù)據(jù)類型靜態(tài)尺寸二、測量方法1.普通測量法2.攝影法，見圖2-23.三維數(shù)學(xué)測量法，見圖2-3圖2-2攝影測量法圖2-33D全身人體掃描系統(tǒng)三、人體（尺寸）差異因素

1/41/23/4EF人體（尺寸）差異因素

民族因素地區(qū)因素性別因素年齡因素時代因素1.民族因素每個民族都有自己的人體數(shù)據(jù)，不能套用其他民族的測量結(jié)果設(shè)計本民族的機具。

例如：美國按男子身高設(shè)計的飛機，美國男子的適應(yīng)范圍將為90％，對法國人將為80％，對日本人將為43％。泰國人為24％。設(shè)計時要考慮民族因素和多民族的適應(yīng)性。

同樣，中國人比較含蓄已經(jīng)成為外國人對中國人的典型描述，針對中國文化的這一特點，在設(shè)計時，線形不宜過于強硬，盡量隨和、流暢、圓潤、穩(wěn)重.2.地區(qū)因素

一個國家由于地區(qū)不同，人體數(shù)據(jù)也有所差異。我國身材較高的地區(qū)為河北、山東、遼寧、吉林等??；中等身材的地區(qū)為浙江、江蘇、湖北等??；較矮身材的地區(qū)為四川、云南、貴州、等省。

設(shè)計要考慮地區(qū)因素及地區(qū)適應(yīng)性。3.性別因素

對于大多數(shù)人體尺寸（平均身高），男性比女性高100mm左右；同整個身體相比，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；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。4.年齡因素

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歲身高的增長，在22歲之前呈上升趨勢，30歲以后呈下降趨勢。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。5.時代因素

由于食物結(jié)構(gòu)的改變，體育活動的開展，衛(wèi)生知識的普及，當(dāng)代年輕人的身材比老一輩要高。

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(dāng)修正。

一組數(shù)據(jù)：歐洲居民每隔10年身高增加1-1.4cm；美國城市男性青年在1973—1986年的13年間身高增加2.3cm；日本男性青年在1934—1965年的31年間身高增加5.2cm，體重增加4.0kg，胸圍增加3.1cm（日本政府非常重視下一代的發(fā)展，在學(xué)校每天都有政府提供的牛奶和牛初乳，日本頒布了《學(xué)校午餐法》，目前，日本中小學(xué)生營養(yǎng)午餐的普及率高達(dá)82.2%和99.4%。

）；我國原廣州中山醫(yī)學(xué)院男性在1956—1979年的23年間身高增加4.38cm，女性身高增加2.67cm。四、人體測量的術(shù)語及方法1.測量姿勢（參見國標(biāo)GB3975－88中的規(guī)定）（1）直立姿勢（簡稱立姿）：被測者挺胸直立，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，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，體重均勻分布于兩足。為確保直立姿勢正確，被測者應(yīng)使足后跟、臀部和后背部與同一鉛垂面相接觸。

（2）坐姿：被測者挺胸坐在被調(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，膝彎屈大致成直角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。為確保坐姿正確，被測者的臀部、后背部應(yīng)同時靠在同一鉛垂面上。2.測量基準(zhǔn)面

（1）矢狀面人體測量基準(zhǔn)面的定位是由三個互相垂直的軸（鉛垂軸、縱軸和橫軸）來決定的。通過鉛垂軸和縱軸的平面及與其平行的所有平面都稱為矢狀面。（2）正中矢狀面在矢狀面中，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、右對稱的兩個部分。（3）冠狀面通過鉛垂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、后兩個部分。（4）水平面與矢狀面及冠狀面同時垂直的所有平面都稱為水平面。水平面將人體分成上、下兩個部分。（5）眼耳平面通過左、右耳屏點及右眼眶下點的水平面稱為眼耳平面或法蘭克福平面（OAE）。

圖2-6基準(zhǔn)面3.測量方向

（1）在人體上、下方向上，將上方稱為頭側(cè)端，將下方稱為足側(cè)端。（2）在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱為內(nèi)側(cè)，將遠(yuǎn)離正中矢狀面的方向稱為外側(cè)。（3）在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱為近位，將遠(yuǎn)離四肢附著部位的稱為遠(yuǎn)位。（4）在上肢上，將撓骨側(cè)稱為撓側(cè)，將尺骨側(cè)稱為尺側(cè)。（5）在下肢上，將脛骨側(cè)稱為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱為腓側(cè)。4.支承面和衣著

立姿時站立的地面或平臺以及坐姿時的椅平面應(yīng)是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。5.基本測點及測量項目

測點頭部測點（16個）軀干和四肢部位測點（22個）測量項目頭部測量項目（12項）軀干和四肢部位測量項目（69項）國際GB3975—83測點、測量項目國際GB5703—85測量方法

測量項目-立姿（一）第二節(jié)人體測量的數(shù)據(jù)處理由于群體中個體與個體存在差異，一般來說某一個體的測量尺寸不能作為設(shè)計的依據(jù)，設(shè)計中所需要的是一個群體的測量尺寸。通常是通過測量群體中較少量的個體尺寸，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后而獲得較為精確的所需群體尺寸。雖然人體的尺寸是千變?nèi)f化的，但也有一定的分布規(guī)律，人體尺寸不完全遵循正態(tài)分布規(guī)律，但近似于正態(tài)分布，通常可借助正態(tài)分布曲線的概率分配來計算。以人體測量尺寸為橫坐標(biāo)，將各值出現(xiàn)的頻數(shù)為縱坐標(biāo)，可做出相對頻數(shù)正態(tài)分布曲線圖。

根據(jù)概率論與數(shù)理統(tǒng)計理論對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而獲得所需群體尺寸的統(tǒng)計規(guī)律和特征參數(shù)。

按照統(tǒng)計規(guī)律，任何一個測量項目（如身高）都有一個概率分布和累計概率。累計概率從0—100%,有若干個百分比值。

均值方差標(biāo)準(zhǔn)差百分位數(shù)1.均值

表示樣本的測量數(shù)據(jù)集中地趨向某一個值，該值稱為平均值，簡稱均值。均值是描述測量數(shù)據(jù)位置特征的值，可用來衡量一定條件下的測量水平和概括的表現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的集中情況。對于有n個樣本的測量值：x1，x2,...xn，其均值為：

2.方差

描述測量數(shù)據(jù)在中心位置(均值)上波動程度差異的值叫均方差，通常稱為方差。

3.標(biāo)準(zhǔn)差

它是方差的平方根，表明一系列測量值對均值的波動情況

小反映正態(tài)分布曲線陡，數(shù)據(jù)集中

大反映正態(tài)分布曲線緩，數(shù)據(jù)分散

4.百分位數(shù)

人體測量的數(shù)據(jù)常以百分位數(shù)Pk來表示人體尺寸等級，最常用的是以第5%、第50%、第95%三種百分位數(shù)來表示。百分位數(shù)Pk是一種位置指標(biāo)、一個界值。一個百分位數(shù)將群體或樣本的全部測量值分成兩部分，有K%的測量值等于和小于它，有（100-K）%大于它。

P5（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；P50（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％；P95（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。5.百分率的計算

在一般的統(tǒng)計方法中，并不一一羅列出所有百分位數(shù)的數(shù)據(jù)，而往往以均值u和標(biāo)準(zhǔn)差σ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)分布曲線來計算。因此，在人機工程學(xué)中可以根據(jù)均值u和標(biāo)準(zhǔn)差σ來計算:

求某百分位數(shù)值求數(shù)據(jù)所屬的百分率1）求某一百分位數(shù)的人體尺寸

當(dāng)已知某項人體測量尺寸的均值為，標(biāo)準(zhǔn)差為，需要求任一百分位的人體測量尺寸x時，可用下式計算：

求1－50％之間的數(shù)據(jù)，式中取“－”號；求50－99％之間的數(shù)據(jù)，式中取“＋”號。

表1百分位數(shù)與變換系數(shù)k之間的關(guān)系百分比{%}k百分比{%}k12.326800.84251.645901.282101.282951.645500.000992.326例1：已知某一男性職工人群，其身高尺寸的均值

標(biāo)準(zhǔn)差

求和的人體測量尺寸。解：已知

求、的人體尺寸2）求數(shù)據(jù)所屬百分率當(dāng)已知某項人體測量尺寸為，其均值，標(biāo)準(zhǔn)差為時，需要求該尺寸所處的百分率P時，可按下列步驟求得：①計算出正態(tài)分布表中的值②根據(jù)Z查正態(tài)分布表求出概率數(shù)值p③計算百分率P。P＝0.5+p例2：若一名男性職工的身高為1700mm，求有百分之多少的男性職工超過他的身高？已知：求：所處的百分率Ｐ解：①計算ｚ：②查正態(tài)分布表：表2正態(tài)分布表z0123450.00.10.20.30.00000.03980.07930.11790.00400.04380.08320.12170.00800.04780.08710.12550.01200.05170.09100.12930.01300.05570.09480.13310.01990.05970.09870.1368Z=0.144③計算百分率PP=0.5+0.057＝0.557答：身高在1700mm以上的有44.3％，身高在1700mm以下的有55.7％插值計算例2：已知某一職工人群，其身高尺寸的均值

標(biāo)準(zhǔn)差若一名職工的身高為1700mm，求有百分之多少的職工超過他的身高？第三節(jié)常用人體測量數(shù)據(jù)一、我國成年人人體結(jié)構(gòu)尺寸

GB10000－1988是1989年7月開始實施的《中國成年人人體尺寸》國家標(biāo)準(zhǔn)，適用于工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計、建筑設(shè)計、軍事工業(yè)及工業(yè)的技術(shù)改造，設(shè)備更新及安全保護(hù)。該標(biāo)準(zhǔn)共提供7類47項人體尺寸基礎(chǔ)人體數(shù)據(jù)，（男性18～60歲，女性18～55歲），并按男、女性別分開列表。1.人體主要尺寸：GB10000－88給出身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項人體主要尺寸數(shù)據(jù)。2.立姿人體尺寸：該標(biāo)準(zhǔn)提供成年人立姿人體尺寸有眼高、肩高、肘高、等六項人體尺寸數(shù)據(jù)。3.坐姿人體尺寸：標(biāo)準(zhǔn)中的成年人坐姿人體尺寸包括坐高、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項。4.人體水平尺寸：（GB10000－88標(biāo)準(zhǔn)中提供），該標(biāo)準(zhǔn)中提供的人體水平尺寸是指胸寬、胸厚、肩寬、等10項。5.各大區(qū)域人體尺寸的均值和標(biāo)準(zhǔn)差：項目東北、華北西北東南華中華南西南SSSSSS體重/kg男648.2607.6597.7576.9566.9556.8女557.7527.1517.2506.8496.5506.9身高/mm男169356.6168453.7168655.2166956.3165057.1164756.7女158651.8157551.9157550.8156050.7154949.7154653.9？結(jié)合自己的身高，體重，計算自身所處百分位數(shù)二、我國成年人人體功能尺寸（動態(tài)測量尺寸）1.人在工作位置上的活動空間尺度：A、立姿活動空間：立姿時人的活動空間不僅取決于身體的尺寸，而且也取決于保持身體平衡的微小平衡動作和肌肉松弛、腳的站立平面不變時，為保持平衡必須限制上身和手臂能達(dá)到的活動空間。圖2-11立姿的活動空間B、坐姿的活動空間圖2-12坐姿的活動空間C、單腿跪姿的活動空間圖2-13單腿跪姿的活動空間2.常用的功能尺寸：GB/T13547－92標(biāo)準(zhǔn)提供了我國成年人立、坐、臥、爬、等常用取姿勢功能尺寸數(shù)據(jù)。男性（18——60歲）女性（18——55歲）參數(shù)立姿雙手上舉高197121082245184519682089坐姿雙手上舉高124913391426117312511328表2上肢功能尺寸表（單位：mm）第四節(jié)人體各部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算一、由身高計算各部分尺寸二、由體重計算體積和表面積

1.人體體積的計算：

2.人體表面積的計算：

（K=72.46中國人）其中：V—體積（L）；W—體重（kg）；H—身高（cm）；S—表面積（m2）3.由身高、體重、體積計算生物力學(xué)參數(shù)

手掌長L1＝0.109H手掌體積V1＝0.0056V手掌中心位置O1＝0.506L1手掌重量W1＝0.006W第五節(jié)人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用一、人體尺寸的應(yīng)用原則1.通常設(shè)計原則：必須符合90%以上的人適用（即5%-95%）之間的數(shù)據(jù)。有時當(dāng)身體尺寸超出界限以外會危害其健康，可擴大至（1%-99%），如：緊急出口P99，緊急制動桿的距離P1。2.極限設(shè)計原則：設(shè)計最大尺寸應(yīng)考慮人體尺寸的低百分位，如椅子高，P5。設(shè)計最小尺寸應(yīng)考慮人體尺寸的高百分位，如門高，P95。3.可調(diào)原則：設(shè)計時優(yōu)先選擇可調(diào)結(jié)構(gòu)，可調(diào)范圍5%-95%。4.平均尺寸原則：設(shè)計時以P50為依據(jù)，如門鈴二、主要人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用例如：1.身高尺寸，用于確定通道和門的最小高度（考慮盡可能適應(yīng)100%的人）；2.立姿眼高，用于確定劇院、禮堂、會議室等處的視線，用于布置