人體測(cè)量及數(shù)據(jù)應(yīng)用.ppt

1、第 2 章 人體測(cè)量與數(shù)據(jù)應(yīng)用,Anthropometry and Application,2.1 人體測(cè)量的基本知識(shí),人體測(cè)量學(xué)是人機(jī)工程學(xué)的重要組成部分。進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，為使人與產(chǎn)品相互協(xié)調(diào)，必須對(duì)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(diǎn)的設(shè)計(jì)，讓人在使用過(guò)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(jì)師應(yīng)了解人體測(cè)量學(xué)，生物力學(xué)方面的基本知識(shí)，并熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)所必需的人體測(cè)量基本數(shù)據(jù)的性質(zhì)、應(yīng)用方法和使用條件。（圖2-1）,一、概述,人體測(cè)量學(xué)是人機(jī)工程學(xué)的一門(mén)分支學(xué)科，是一門(mén)用測(cè)量方法研究人體的體格特征的科學(xué)。它是通過(guò)測(cè)量人體各部位尺寸來(lái)確定個(gè)體之間和群體之間在人體尺寸

2、上的差別，用以研究人的形態(tài)特征，從而為本學(xué)科提供人體測(cè)量數(shù)據(jù)。,圖2-1機(jī)床與人體尺度的關(guān)系,返回,形態(tài)測(cè)量 人體體形尺寸 體積 重量 表面積,運(yùn)動(dòng)測(cè)量 人體的活動(dòng)過(guò)程和活動(dòng)范圍的大小 動(dòng)作范圍 動(dòng)作過(guò)程 形體變化 皮膚變化,生理測(cè)量 人體出力范圍 人體感覺(jué)反應(yīng) 人體疲勞,人體的功能尺寸,形態(tài)數(shù)據(jù)類(lèi)型,靜態(tài)尺寸,人體的構(gòu)造尺寸,動(dòng)態(tài)尺寸,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,二、測(cè)量方法,1. 普通測(cè)量法 借助有關(guān)儀器 耗時(shí)耗力、易出錯(cuò) 2.攝影法，見(jiàn)圖2-2 3.三維數(shù)學(xué)測(cè)量法，見(jiàn)圖2-3 人體測(cè)量、汽車(chē)駕駛研究,圖2-2 攝影測(cè)量法,返回,帶有光源的投影板,圖2-3 3D全身人體

3、掃描系統(tǒng),返回,三、人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)（Terminology of Anthropometry）,（1）直立姿勢(shì)（簡(jiǎn)稱(chēng)立姿）：被測(cè)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(kāi)，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(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。,1. 測(cè)量姿勢(shì),（參見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB397588中的規(guī)定）,圖2-4 立姿,P23,（2）坐姿： 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，膝彎屈大致成直

4、角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。為確保坐姿正確，被測(cè)者的臀部、后背部應(yīng)同時(shí)靠在同一鉛垂面上。,圖2-5 坐姿,P25,2.測(cè)量基準(zhǔn)面,（1）矢狀面 人體測(cè)量基準(zhǔn)面的定位是由三個(gè)互相垂直的軸（鉛垂軸、縱軸和橫軸）來(lái)決定的。通過(guò)鉛垂軸和縱軸的平面及與其平行的所有平面都稱(chēng)為矢狀面。 （2）正中矢狀面 在矢狀面中，把通過(guò)人體正中線(xiàn)的矢狀面稱(chēng)為正中矢狀平面。正中矢狀平面將人體分成左、右對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)部分。 （3）冠狀面 通過(guò)鉛垂軸和橫軸的平面及與其平行的所有平面都稱(chēng)為冠狀面。冠狀面將人體分成前、后兩個(gè)部分。 （4）水平面 與矢狀面及冠狀面同時(shí)垂直的所有平面都稱(chēng)為水平面。水平面將人體分成上、下兩個(gè)部分。

5、（5）眼耳平面 通過(guò)左、右耳屏點(diǎn)及右眼眶下點(diǎn)的水平面稱(chēng)為眼耳平面或法蘭克福平面（OAE）。,圖2-6 基準(zhǔn)面,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）在上肢上，將撓骨側(cè)稱(chēng)為撓側(cè)，將尺骨側(cè)稱(chēng)為尺側(cè)。 （5）在下肢上，將脛骨側(cè)稱(chēng)為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱(chēng)為腓側(cè)。,3.測(cè)量方向,4.支承面和衣著,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)是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。 要求被測(cè)者裸體或穿著精量少的

6、內(nèi)衣測(cè)量。,測(cè)量項(xiàng)目-立姿（一）,測(cè)量項(xiàng)目-立姿（二）,測(cè)量項(xiàng)目-立姿（三）,測(cè)量項(xiàng)目-立姿（四）,測(cè)量項(xiàng)目-立姿（五）,測(cè)量項(xiàng)目-坐姿（一）,測(cè)量項(xiàng)目-坐姿（二）,測(cè)量項(xiàng)目-坐姿（三）,測(cè)量項(xiàng)目-坐姿（四）,測(cè)量項(xiàng)目-坐姿（五）,三、人體測(cè)量的主要儀器,在普通測(cè)量法中常用的人體測(cè)量?jī)x器有： 1. 人體測(cè)高儀，見(jiàn)圖2-7； 2. 人體測(cè)量用彎腳規(guī)，見(jiàn)圖2-8； 3. 人體測(cè)量用直腳規(guī)，見(jiàn)圖2-9； 此外，還有人體測(cè)量用三腳平行規(guī)，坐高椅， 量足儀，軟卷尺以及醫(yī)用磅秤等。,圖2-7,圖2-8,返回,圖2-9,返回,2.2 人體測(cè)量中的主要統(tǒng)計(jì)函數(shù),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”

7、。在人體尺寸測(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。,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。,描述一個(gè)分布，必須用兩個(gè)重要的統(tǒng)計(jì)量：均值和標(biāo)準(zhǔn)差。前者表示分布的集中趨勢(shì)；后者表示分布的離中趨勢(shì)。,均值,方差,為相加，n為測(cè)量的人數(shù)， 為各單獨(dú)測(cè)量值。,抽樣誤差,抽樣誤差的計(jì)算公式為：,樣本均值與總體均值差值小表明均值可靠性高,百分位,百分位由百分比表示，表示設(shè)計(jì)的適應(yīng)域，稱(chēng)為“第幾百分位”。例如，50%稱(chēng)為第

8、50百分位，用PK表示。,百分位數(shù)是百分位對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(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。,在人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)中常用的是第5、第50、第95百分位。第5百分位數(shù)代表“小身材”，即只有5%的人群的數(shù)值低于此下限值值；第50百分位數(shù)代表“適中”身材，即分別有50%的人群的數(shù)值高于或低于此值；第95百分位數(shù)代表“大”身材，即只有5%的人群的數(shù)值高于此上限值。,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)，則可按下式進(jìn)行計(jì)算：,1%50%之間的數(shù)值:,50%99%之間的數(shù)值:,5%1.645 10%1.2

9、82 20%0.842 25%0.674 50%0.000 75%0.674 80%0.842 90%1.282 95%1.645,百分比對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)K,例1 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？（查閱P26的表2-6）,解：由表（2-6）查知華北男性身高平均值 =1693mm，標(biāo)準(zhǔn)差SD=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K=1.645； 即第5百分位數(shù)為：x=1693-（56.6*1.645）=1600mm 第95百分位數(shù)為：x=1693+（56.6*1.645）=1786m 結(jié)論：

10、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)需得到某項(xiàng)人體測(cè)量尺寸Xi所處的百分位P時(shí)，可按下列步驟及公式求得 :,再由下式求得百分位P：,P=0.5+p,式中： p概率數(shù)值，根據(jù)上面公式求得的Z值，查正態(tài)分布表獲取。,例2 已知女性A身高1610mm,試求有百分之多少的東北女性超過(guò)其高度。,解: 由表2-6查得東北女性身高平均值=1586mm標(biāo)準(zhǔn)差為51.8 mm。由上式求

11、 得Z值為:,根據(jù)Z=0.463值查表得p=0.1772(取近似值0.177)，求得P值為 P=0.5+0.177=0.677 結(jié)論： 身高在1610以下的東北女性為67.7%，超過(guò)女性A身高的東北女性則為32.3%。,正態(tài)分布表,2.3 常用的人體測(cè)量數(shù)據(jù),一、我國(guó)成年人人體結(jié)構(gòu)尺寸,參閱GB1000088我國(guó)成年人人體尺寸國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要包括： 1. 人體主要尺寸 2. 立姿人體尺寸，見(jiàn)圖2-8 3. 坐姿人體尺寸，見(jiàn)圖2-9 4. 人體水平尺寸，見(jiàn)圖2-10 5. 各大區(qū)域人體尺寸的均值和標(biāo)準(zhǔn)差 6. 我國(guó)香港地區(qū)成年人人體尺寸 各類(lèi)人體測(cè)量尺寸的數(shù)值參閱表2-2至2-7。,人體頭部尺寸

12、人體手部尺寸 人體足部尺寸,人體頭部尺寸 人體手部尺寸 人體足部尺寸,人體手部尺寸,人體足部尺寸,圖2-8,圖2-9,返回,圖2-10,返回,二、我國(guó)成年人人體功能尺寸,1. 人在工作位置上的活動(dòng)空間尺寸,A、立姿活動(dòng)空間： 立姿時(shí)人的活動(dòng)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(dòng)作和肌肉松弛、腳的站立平面不變時(shí)，為保持平衡必須限制上身和手臂能達(dá)到的活動(dòng)空間。,圖2-11 立姿的活動(dòng)空間,B、坐姿的活動(dòng)空間,圖2-12 坐姿的活動(dòng)空間,C、單腿跪姿的活動(dòng)空間,圖2-13 單腿跪姿的活動(dòng)空間,D、仰臥的活動(dòng)空間,圖2-14 仰臥的活動(dòng)空間,2.常用的功能尺寸,GB/T1354

13、7-92國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供的立、坐、跪、臥、爬等常取姿勢(shì)的主要功能寸， 參閱表2-8,表2-8,三、其他國(guó)家成年人人體尺寸,美國(guó)、加拿大和歐洲男性坐姿各部分尺寸計(jì)算公式 （cm）,四、影響人體測(cè)量數(shù)據(jù)差異的因素,地區(qū) 種族,影響因素,注意：在采用人體尺寸時(shí)，必須判斷對(duì)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(zhǎng)過(guò)程：男20歲、女18歲。（結(jié)束） 手的尺寸：男15歲、女13歲。（達(dá)到一定值） 腳的大?。耗?7歲、女15歲。（基本定型） 成 年 人：身高隨年齡增長(zhǎng)而收縮；體重、肩寬、腹圍、臀圍、胸圍卻隨年齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。,性別,男女之間的差異： 1、對(duì)于大多數(shù)人體尺寸，男性比女性

14、大些； （但有些尺寸胸厚、臀寬及大腿周長(zhǎng)正相反） 2、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； 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(zhǎng)度尺寸起重要作用的場(chǎng)所（如座姿操作的崗位），考慮女性的人體尺寸至關(guān)重要。,在使用人體測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，要考慮其測(cè)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11.4cm;美國(guó)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5.2cm、體重增加4kg、胸圍增加3.1cm;我國(guó)原廣州中山醫(yī)學(xué)院男性在19561979年的2

15、3年間身高增加4.38cm、女性身高增加2.67cm。,根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)與20年前相比，現(xiàn)在中國(guó)17歲孩子的體重整整多了8公斤。與20年前的標(biāo)準(zhǔn)相比，男孩子的胸圍增大了8公分，身高增長(zhǎng)了5厘米。未成年人平均身高增長(zhǎng)7.5cm。,注意點(diǎn)： 由于不同國(guó)家、不同地區(qū)、不同種族的人體尺寸的差異，即使是同一國(guó)家，不同地區(qū)的人體尺寸也有差異。因此，在設(shè)計(jì)中考慮產(chǎn)品的多民族的通用性。,地區(qū) 種族,如：按美國(guó)人的尺寸設(shè)計(jì)的產(chǎn)品：德國(guó)人（90%）、法國(guó)人（80%）、意大利人（65%）、日本人（45%）、 泰國(guó)人（25%）、越南人（10%）,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

16、尺寸都比腦力勞動(dòng)者稍大些。,人體體積計(jì)算公式 V = 1.015W4.937 式中 V人體體積（L）； W人體重量（kg）。,人體表面面積計(jì)算公式 a、由身高計(jì)算人體表面面積 男性 B = 100H 女性 B = 77H,式中 B人體表面面積（cm2）； H身高（cm）。,b、由身高和體重計(jì)算人體表面面積 B = 0.0061H + 0.0128W0.1529 或 B = W0.425H0.72572.46 式中 B人體表面面積（m2）; W體重（kg）； H身高（cm）。,由身高計(jì)算各部分尺寸（見(jiàn)圖）,表B,表B,2.4 人體測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,一、人體尺寸應(yīng)用的原則,使用最新數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化原則

17、極限設(shè)計(jì)原則 可調(diào)性設(shè)計(jì)原則 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則 平均尺寸設(shè)計(jì)原則,圖2-15, 表2-9,圖2-15 室內(nèi)設(shè)計(jì)常用的人體尺寸,A.身高,B.立姿眼高,B.立姿眼高,C.肘部高度,D.坐高,E.坐姿眼高,F.坐姿肩峰高,G.最大肩寬,H.坐姿兩肘間寬,J.臀寬（坐寬）,K.肘部平放高度,L.坐姿大腿厚度,M.膝蓋高度,O.腿彎高度(坐高),P.臀部至腿彎長(zhǎng)度(座深),R.臀部至膝蓋長(zhǎng)度,S.臀部至足尖長(zhǎng)度,T.臀部至腳后跟長(zhǎng)度,U.坐姿垂直伸手高度,V.立姿垂直伸手高度,20.立姿側(cè)向手握距離,二、產(chǎn)品人體尺寸設(shè)計(jì)的步驟和方法, 1、識(shí)別所有與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的人體尺寸； 2、確定預(yù)期的用戶(hù)人群（成人、

18、兒童、老人等）； 3、選擇一個(gè)合適的預(yù)期用戶(hù)的滿(mǎn)足度; 1)確定所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的類(lèi)型; 2)選擇人體尺寸的百分位(滿(mǎn)足度)., 4、獲取正確的人體測(cè)量數(shù)據(jù)表并查找出需要的基本數(shù)據(jù) 5、產(chǎn)品功能尺寸的確定 1) 確定功能修正量（客觀(guān)量） （1）著裝修正量（表2-12） （2）姿勢(shì)修正量 （p36) （3）操作功能修正量(p36) （4）年代、年齡修正量 2) 確定心理修正量（主觀(guān)量）,產(chǎn)品功能尺寸,最小功能尺寸人體尺寸的百分位數(shù)功能 修正量 最佳功能尺寸人體尺寸的百分位數(shù)功能 修正量心理修正量,三、人體身高在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,以身高為基準(zhǔn)的設(shè)備和用具尺寸推算法見(jiàn)圖2-16，圖中有關(guān)尺寸定義參閱表2-13。,人體身高在中的應(yīng)用方法,返回,產(chǎn)品人體尺寸設(shè)計(jì)分類(lèi),返回,人體尺寸百分位的選擇,返