1、第二章 人因工程学人体参数,一、人体测量的基本知识 二、人体测量中的主要统计函数 三、人体尺寸数据的部分特性 四、人体参数的测量与计算 五、人体测量的数据处理,第一节 人体有关参数的测量,一、人体测量的基本知识 （一）人体测量的基本术语 1、被测者姿势 2、测量基准面 3、测量方向 4、支承面和着装 5、基本测点及测量项目 （二）人体尺寸测量用的主要仪器,第一节 人体有关参数的测量,（一）人体测量的基本术语,1、被测者姿势 （1）立姿：挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈4
2、5角，体重均匀分布于两足。,（一）人体测量的基本术语,（2）坐姿：挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。,（一）人体测量的基本术语,2、测量基准面 人体基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。人体测量中设定的轴线和基准面如图。矢状面；正中矢状面； 冠状面；水平面；,图1 人体测量基准面和基准轴,图1-b 人体测量基准面和基准轴,图1-a 人体测量基准面和基准轴,（一）人体测量的基本术语,3、测量方向 (1)在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。 (2)在
3、人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。 (3)在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，将远离四肢附着部位的称为远位。 （4）对于上肢，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。 （5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,（一）人体测量的基本术语,4、支承面和着装 立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平、稳固的，且不可压缩。要求被测量者裸体或穿着尽量少的内衣（例如只穿内裤和汗背心）测量，在后者情况下，在测量胸围时，男性应撩起汗背心、女性应松开胸罩后进行测量。,5、基本测点及测量项目,测点,头部测点 （16个）,躯干和四肢部位测点（22个
4、）,测量项目,头部测量项目 （12项）,躯干和四肢部位测量项目（69项）,（一）人体测量的基本术语,图2-a 测量项目-立姿,图2-b 测量项目-立姿,图2-c 测量项目-立姿,图2-d 测量项目-立姿,图2-e 测量项目-立姿,图2-f 测量项目-立姿,图3-a 测量项目-坐姿,图3-b 测量项目-坐姿,图3-c 测量项目-坐姿,图3-d 测量项目-坐姿,图3-e 测量项目-坐姿,6、人体测量数据的种类：,类型,静态尺寸,动态尺寸,人体构造上的尺寸,人体功能上的尺寸,（包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸）,在人体尺寸测量中所采用的人体测量仪器有：人体测高仪、人体测量用直脚规、
5、人体测量用弯脚规、人体测量用三脚平行规、坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺以及医用磅秤等。 人体测高仪 直脚规 弯脚规 （参见图4-a 见图4-b 见图4-c）,（二）、人体尺寸测量用的主要仪器,图4-a 人体测高仪,主要用来测量身高、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体各部位高度尺寸。,(1) 人体测高仪:,图4-b 人体测量用直脚规,（2）人体测量用直角规：主要用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径。如耳、脸、手、足。,图2-4 人体测量用弯脚规(4-c),用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。,(3)
6、 弯脚规,二、人体测量中的主要统计函数,在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，根据概率论与数理统计理论对人体测量数据进行统计分析，从而获得群体尺寸的统计规律和特征参数。 群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律对人体尺寸的分布状况常采用两种方法描述：第一种：每一项人体尺寸都给出7个百分位数的数据；第二种：给出人体尺寸均值和标准差。,二、人体测量中的主要统计函数,总体、样本,均值、标准差,术语,适应域,百分位,百分位数,总体,统计学中，把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。人体尺寸测量中，总体是按一定特征被划分的人群。因此，设计产品时必须了解总体的特性，并且对该总体命名，例如，中国成年人
7、、中国飞行员等。,样本,统计学中，把从总体取出的许多个体的全部称为“样本”。各种人体尺寸手册中的数据就是来自这些样本，因此，设计人员必须了解样本的特点及其表达的总体。,均值,描述一个分布，必须用两个重要的统计量： 均 值：表示分布的集中趋势 标准差：表示分布的离中趋势。,均值的计算公式为：,标准差,标准差的计算公式为：,为相加，N为测量次数， 为各单独测量值，M为均值。,S为标准差，其他符号与（1）相同。,适应域,一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只考虑整个分布的一部分“面积”，称为“适应域”，适应域是相对设计而言的，对应统计学的置信区间的概念。,适应域可分为：对称适应域、偏适应域。对称适应域
8、对称于均值； 偏适应域通常是整个分布的某一边。,适应度反映了设计所能适应的身材的颁布范围。 满足度是产品尺寸所适合的使用人群占总使用人群的百分比，产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率。也就是说从人体工程学角度看，你的设计适合多少人。 确定一个合适的满足度其依据是用户总体的人体尺寸、技术上的可能性和经济上合理性。 每一项设计总希望能够完美地适应所有人员，但在实际上这是不可能的。出于经济的考虑，常常确保其90%的满足度，如果可能的话，应尽量取到95%98%。,适应度与满足度,百 分 位,百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。例如，50%称为第50百分位。,百分位数,百分位数是百分位对应的数值。
9、例如，身高分布的第5百分位数为1543，则表示有5%的人的身高将低于这个高度。,在人体测量资料中，常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。在设计中，当需要得到任一百分位数值时，则可按下式求出：,1%-50%之间的数值：P=M-（SK） 50%-99%之间的数值：P=M+（SK）,M为标准值；S为标准差；K为百分比变换系数。,人体尺寸的区域划分,东北 黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古华北 山东、北京、天津、河北；甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁夏、河南、新疆； 东南区： 安徽、江苏、上海、浙江； 华中区： 湖南、湖北、江西； 华南区： 广东、广西、福建； 西南区： 贵州、四川、云南。,区：,西北区
10、：,东北华北区 身高: M=1693（1586）S=56.6(51.8)体重: M=64（55）；S= 8.2(7.7) 西北区： 身高: M=1684(1575); S=53.7(51.9)体重: M=60(52); S=7.6(7.1) 东南区： 身高:M=1686(1575); S=55.2(50.8)体重:M=59(51); S=7.7(7.2) 华中区： 身高:M=1669(1560); S=56.3(50.7)体重:M=57(50); S=6.9(6.8) 华南区： 身高:M=1650(1549); S=57.1(49.1)体重:M=56(49); S=6.9(6.5) 西南区：
11、身高:M=1647(1546); S=56.7(53.9)体重:M=55(50); S=6.8(6.9),各地区身高、体重的M、S值,百分比对应的变换系数K,5%1.645 10%1.282 20%0.842 25%0.674 50%0.000 75%0.674 80%0.842 90%1.282 95%1.645,例：设计适用于90%华北男性使用的产品， 试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？,解：由表查知华北男性身高平均值 M=1693mm，标准差S=56.6mm.要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95百分位确定尺寸的界限值，由表查得变换系数K=1.645； 即第5百分位数为：P
12、=1693-（56.6*1.645）=1600mm 第95百分位数为：P=1693+（56.6*1.645）=1786mm 结论：按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%的华北男性。 讨论：平均值是作为设计的基本尺寸，而标准差是作为设计的调整量的。,注意： 例中被排除的10%的人，是10%的矮小者还是高大者或者大小各排除5%即取中间值，取决于排除后对使用者的影响和经济效果。 当需要得到某项人体测量尺寸M1所处的百分率P时，可按下列步骤及公式求得：Z=（M1-M）/S 然后根据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,试求有百分之
13、多少的西北男性超过其高度？ 解：由表查得西北男性身高平均值M=1684mm，标准差S=53.7mm那么 Z=（1720-1684）/53.7=0.670 再根据Z=0.670查表得p=0.2486(0.249)即P=0.5+0.249=0.749结论：身高在1720mm以下的西北男性为74.9%，超过男性A身高的西北男性则为25.1%。,二、人体测量中的主要统计函数均值 方差,二、人体测量中的主要统计函数 标准差抽样误差 百分位数和适应度,百分位数,百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。 大部分的人体测量数据是按百分位表达的，把研究对象分成一百份，根据一些指定的人
14、体尺寸项目（如身高），从最小到最大顺序排列，进行分段，每一段的截至点即为一个百分位。,表2-1 百分比与变换系数,三、人体尺寸数据的部分特性,（一）群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律（二）各人体尺寸之间一般具有线性相关性（三）人体各尺寸大小及各尺寸间比例关系，与不同国家、种族、不同时代的人群相关,（二）各人体尺寸之间一般具有线性相关性,正常成年人人体各部分尺寸之间存在一定的比例关系，各人体尺寸之间一般具有线性相关性 身高、体重、手长等是基本的人体尺寸数据，按正常人体结构关系，以站立平均身高为基数通常可以推算人体其他部位的尺寸数据。Y=aX+b Y某一人体尺寸数据 X身高、体重、手长等基本人
15、体尺寸（之一） a、b（对于特定的人体尺寸）常数,（三）人体各尺寸大小及各尺寸间比例关系，与不同国家、种族、不同时代的人群相关,1、地区因素： 一个国家由于地区不同，人体数据也有差异。 2、性别因素： 平均身高，男性比女性高100 mm左右 3、年龄因素： 身高的增长，在22岁之前，呈上升趋势，30岁以后，呈下降趋势。 4、民族因素： 每个民族都有自己的人体数据，不能套用其他民族的测量结果来设计本民族的机具。 同样对于不同种族、国家、民族来说，人体尺寸之间具有的线性相关关系Y=aX+b都是适用的，但是系数a和b却随着这些的不同而有所不同。,四、人体参数的测量与计算,1、我国成年人的人体结构尺寸
16、 2 我国成年人人体动态尺度 3、常用人体功能尺寸测量区域 4、手、脚作业域测量 5、有关人机学参数计算,1、我国成年人的人体结构尺寸,图2-5 立姿人体尺寸,上臂长,前臂长,身高,大腿长,小腿长,眼高,肩高,会阴高,肘高,胫骨点高,手功能高,图2-6 坐姿人体尺寸,坐高,坐姿颈椎点高,坐姿肩高,坐姿肘高,坐姿眼高,坐姿大腿厚,坐姿膝高,坐姿下肢长,小腿加足高,坐深,臂膝距,图2-7 人体水平尺寸,最大肩宽,肩宽,胸宽,臀宽,腰围,臀围,胸围,胸厚,坐姿两肘肩宽,坐姿臀宽,表22 人体主要尺寸 (单位：mm),表2-3 立姿人体尺寸 (单位：mm),表2-4 坐姿人体尺寸 (单位：mm),表2
17、-5 人体水平尺寸 （单位：mm）,表2-6 各区域的体重、身高和胸围三项参数的均值和标准差,2 我国成年人人体动态尺度 （1）肢体活动角度范围,图2-8 人体肢体活动角度范围,人体上部及上肢固定姿势活动角度范围,坐姿上身及手的可及范围,（2） 不同姿势时手能及的空间 范围,立姿上身及手的可及,图2-11单腿跪姿上身及手的可及范围,图2-12 仰卧姿势手及腿的活动空间,3、常用人体功能尺寸测量区域,4、手、脚作业域测量（1） 手的测量,人体手部尺寸,人体手部尺寸,男女手部控制部位尺寸的回归方程,例题：求手部控制部位尺寸,(A) 水平作业域,手在水平面的正常作业阈和最大作业域（cm）,坐姿抓握作
18、业域（cm）,(B) 垂直作业域,立姿单臂垂直作业域图 立姿双臂垂直作业域,身高与摸高的关系,2）脚的测量,脚的测量,人体足部尺寸,人体足部尺寸,脚作业空间,脚的作业区域,5、有关人机学参数计算,1）用人体身高尺寸计算人体各部分尺寸 正常成年人人体各部分尺寸之间存在一定的比例关系，因而按正常人体结构关系，以站立平均身高为基数来推算各部分的结构尺寸是比较符合实际情况的。,坐姿静态尺寸编号图,坐姿静态尺寸与身高的关系 单位：cm,立姿静态尺寸图,2）用人体体重计算人体体积和表面积（ 参见教材P20 ） （A）人体体积计算（适用于体重在50100kg男子）V=1.015W - 4.937 式中 V人
19、体体积，L；W人体体重，kg。（B）用身高、体重、表面积求算有关人机学参数,（C）人体表面积计算： Bubois算法 S=KRW0.425H0.725 Stevenson算法 S=0.0061H+0.0128W0.1529 赖氏算法 S=0.0235H0.42246W0.051456 式中 S人体表面积，m2；H人体身高，cm；W人体体重，kg；KR人种常数，中国人取72.46。,五、人体测量的数据处理,人体测量的数据处理步骤: 1将人体测量数据分类分组 2划出频数分布，作直方图与概率计算 3确定假定平均数 4计算离均差 5计算并列表,五、人体测量的数据处理,1将人体测量数据分类分组 首先要定
20、“组距”，组距可根据“全距”来划定。所谓“全距”就是测量值中最大值与最小值之差。 身高20mm； 胸围20mm； 体重2kg； 握力3kg； 拉力5kg； 椅高5mm； 立姿眼高15mm。,五、人体测量的数据处理,2划出频数分布，作直方图与概率计算 将各测量值归入适当组内，“对号入座”，作出直方图； 概率：某一组的频数除以总频数（组受测人数总受测人数）。 如手动控制器的设计：其最大高度应取决于第5%身材的人直立时能够接触得到；而最低高度应该是第95%身材的人的指节高度。,五、人体测量的数据处理,3确定假定平均数 假定平均数：组中的上限加下限除以2而得，亦即此组的组中值。 理论上讲，假定平均数选
21、哪一组都可以，对测量指标均无影响； 通常以选取与真实平均数相接近的一个组，较为简便。有时，亦选频数较多那一组的组中值作为平均数。,五、人体测量的数据处理,4计算离均差 离均差就是各组与假定平均数的差数式中 x 离均差；Gi 各组的组中值；Go假定的组中值；b 组距；i 组号 当计算时，假定平均数所在组的离均差为零，然后比较各组，较其小者为-1，-2，-3，；较其大者为1，2，3，即可。,五、人体测量的数据处理,5计算并列表 （1）平均数 （2）标准差 （3）标准误,例：已测得200名20岁男性驾驶员的身高数值（最高值为1795mm，最低值为1540mm），其频数分布如下表试计算其平均数、标准差、标准误、5%值和95%值。 已知： N=200，最高值1795mm；最低值1540mm。 全距：1795-1540=255mm。 选定组距：b=20 mm。 计算组数：255 20 13组。 确定假定平均数： （1660+1680） 2=1670mm。 离均差和频数分布见下表所示。,200名20岁男性驾驶员的身高测量指标计算表（ 为假定平均数所在组）,
