1、第 2 章 人体测量与数据应用,Anthropometry and Application,2.1 人体测量的基本知识,人体测量学是人机工程学的重要组成部分。进行产品设计时，为使人与产品相互协调，必须对产品同人相关的各种装置作适合于人体形态、生理以及心理特点的设计，让人在使用过程中，处于舒适的状态以及方便地使用产品。因此设计师应了解人体测量学，生物力学方面的基本知识，并熟悉有关设计所必需的人体测量基本数据的性质、应用方法和使用条件。（图2-1）,一、概述,人体测量学是人机工程学的一门分支学科，是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸
2、上的差别，用以研究人的形态特征，从而为本学科提供人体测量数据。,图2-1机床与人体尺度的关系,返回,形态测量人体体形尺寸 体积 重量 表面积,运动测量人体的活动过程和活动范围的大小动作范围 动作过程 形体变化 皮肤变化,生理测量人体出力范围 人体感觉反应 人体疲劳,人体的功能尺寸,形态数据类型,静态尺寸,人体的构造尺寸,动态尺寸,人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸,二、测量方法,1. 普通测量法 借助有关仪器 耗时耗力、易出错 2.摄影法，见图2-2 3.三维数学测量法，见图2-3 人体测量、汽车驾驶研究,图2-2 摄影测量法,返回,带有光源的投影板,图2-3 3D全身人体扫描系统
3、,返回,三、人体测量的基本术语（Terminology of Anthropometry）,（1）直立姿势（简称立姿）：被测者挺胸直立，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，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致成45夹角，体重均匀分布于两足。为确保直立姿势正确，被测者应使足后跟、臀部和后背部与同一铅垂面相接触。,1. 测量姿势,（参见国标GB397588中的规定）,图2-4 立姿,P23,（2）坐姿： 被测者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，膝弯屈大致成直角，足平
4、放在地面上，手轻放在大腿上。为确保坐姿正确，被测者的臀部、后背部应同时靠在同一铅垂面上。,图2-5 坐姿,P25,2.测量基准面,（1）矢状面 人体测量基准面的定位是由三个互相垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。（2）正中矢状面 在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状平面。正中矢状平面将人体分成左、右对称的两个部分。（3）冠状面 通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两个部分。（4）水平面 与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两个部分。（5）眼耳平面
5、通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面（OAE）。,图2-6 基准面,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）在上肢上，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。 （5）在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,3.测量方向,4.支承面和衣着,立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。要求被测者裸体或穿着精量少的内衣测量。,测量项
6、目-立姿（一）,测量项目-立姿（二）,测量项目-立姿（三）,测量项目-立姿（四）,测量项目-立姿（五）,测量项目-坐姿（一）,测量项目-坐姿（二）,测量项目-坐姿（三）,测量项目-坐姿（四）,测量项目-坐姿（五）,三、人体测量的主要仪器,在普通测量法中常用的人体测量仪器有： 1. 人体测高仪，见图2-7； 2. 人体测量用弯脚规，见图2-8； 3. 人体测量用直脚规，见图2-9；此外，还有人体测量用三脚平行规，坐高椅， 量足仪，软卷尺以及医用磅秤等。,图2-7,图2-8,返回,图2-9,返回,2.2 人体测量中的主要统计函数,统计学中，把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。在人体尺寸测量中，
7、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、中国飞行员等。,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。,描述一个分布，必须用两个重要的统计量：均值和标准差。前者表示分布的集中趋势；后者表示分布的离中趋势。,均值,方差,为相加，n为测量的人数， 为各单独测量值。,抽样误差,抽样误差的计算公式为：,样本均值与总体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，表示设计的适应域，称为“第几百分位”。例如，50%称为第50百分位，用PK表
8、示。,百分位数是百分位对应的测量数值。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。,在人机工程学设计中常用的是第5、第50、第95百分位。第5百分位数代表“小身材”，即只有5%的人群的数值低于此下限值值；第50百分位数代表“适中”身材，即分别有50%的人群的数值高于或低于此值；第95百分位数代表“大”身材，即只有5%的人群的数值高于此上限值。,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，则可按下式进行计算：,1%50%之间的数值:,50%99%之间的数值:,5%1.645 10%1.282 20%0.84
9、2 25%0.674 50%0.000 75%0.674 80%0.842 90%1.282 95%1.645,百分比对应的变换系数K,例1 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？（查阅P26的表2-6）,解：由表（2-6）查知华北男性身高平均值=1693mm，标准差SD=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K=1.645；即第5百分位数为：x=1693-（56.6*1.645）=1600mm第95百分位数为：x=1693+（56.6*1.645）=1786m 结论：按身高1600-1786mm设
10、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。,当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分位P时，可按下列步骤及公式求得 :,再由下式求得百分位P：,P=0.5+p,式中： p概率数值，根据上面公式求得的Z值，查正态分布表获取。,例2 已知女性A身高1610mm,试求有百分之多少的东北女性超过其高度。,解: 由表2-6查得东北女性身高平均值=1586mm标准差为51.8 mm。由上式求 得Z值为:,根据Z=0.46
11、3值查表得p=0.1772(取近似值0.177)，求得P值为P=0.5+0.177=0.677结论： 身高在1610以下的东北女性为67.7%，超过女性A身高的东北女性则为32.3%。,正态分布表,2.3 常用的人体测量数据,一、我国成年人人体结构尺寸,参阅GB1000088我国成年人人体尺寸国家标准，主要包括： 1. 人体主要尺寸 2. 立姿人体尺寸，见图2-8 3. 坐姿人体尺寸，见图2-9 4. 人体水平尺寸，见图2-10 5. 各大区域人体尺寸的均值和标准差 6. 我国香港地区成年人人体尺寸 各类人体测量尺寸的数值参阅表2-2至2-7。,人体头部尺寸人体手部尺寸人体足部尺寸,人体头部尺
12、寸人体手部尺寸人体足部尺寸,人体手部尺寸,人体足部尺寸,图2-8,图2-9,返回,图2-10,返回,二、我国成年人人体功能尺寸,1. 人在工作位置上的活动空间尺寸,A、立姿活动空间：立姿时人的活动空间不仅取决于身体的尺寸，而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉松弛、脚的站立平面不变时，为保持平衡必须限制上身和手臂能达到的活动空间。,图2-11 立姿的活动空间,B、坐姿的活动空间,图2-12 坐姿的活动空间,C、单腿跪姿的活动空间,图2-13 单腿跪姿的活动空间,D、仰卧的活动空间,图2-14 仰卧的活动空间,2.常用的功能尺寸,GB/T13547-92国家标准提供的立、坐、跪、卧、爬等常
13、取姿势的主要功能寸， 参阅表2-8,表2-8,三、其他国家成年人人体尺寸,美国、加拿大和欧洲男性坐姿各部分尺寸计算公式 （cm）,四、影响人体测量数据差异的因素,地区 种族,影响因素,注意：在采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄组，要注意不同年龄组尺寸数据的差异。例如： 人体尺寸增长过程：男20岁、女18岁。（结束） 手的尺寸：男15岁、女13岁。（达到一定值） 脚的大小：男17岁、女15岁。（基本定型） 成 年 人：身高随年龄增长而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄增长而增长。,性别,男女之间的差异： 1、对于大多数人体尺寸，男性比女性大些； （但有些尺寸胸厚、臀宽及大腿周长正相
14、反） 2、同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽； 3、皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别； 4、在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。,在使用人体测量数据时，要考虑其测量年代，然后加以适当修正。,一组数据：欧洲居民每隔10年身高增加11.4cm;美国城市男性青年在19731986年的13年间身高增加2.3cm;日本男性青年在19341965年的31年间身高增加5.2cm、体重增加4kg、胸围增加3.1cm;我国原广州中山医学院男性在19561979年的23年间身高增加4.38cm、女性身高增加2.
15、67cm。,根据统计，我国与20年前相比，现在中国17岁孩子的体重整整多了8公斤。与20年前的标准相比，男孩子的胸围增大了8公分，身高增长了5厘米。未成年人平均身高增长7.5cm。,注意点：由于不同国家、不同地区、不同种族的人体尺寸的差异，即使是同一国家，不同地区的人体尺寸也有差异。因此，在设计中考虑产品的多民族的通用性。,地区 种族,如：按美国人的尺寸设计的产品：德国人（90%）、法国人（80%）、意大利人（65%）、日本人（45%）、 泰国人（25%）、越南人（10%）,不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异。例如，一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些。,人体体积计算公式V
16、 = 1.015W4.937 式中 V人体体积（L）；W人体重量（kg）。,人体表面面积计算公式 a、由身高计算人体表面面积男性 B = 100H女性 B = 77H,式中 B人体表面面积（cm2）；H身高（cm）。,b、由身高和体重计算人体表面面积B = 0.0061H + 0.0128W0.1529 或 B = W0.425H0.72572.46 式中 B人体表面面积（m2）;W体重（kg）；H身高（cm）。,由身高计算各部分尺寸（见图）,表B,表B,2.4 人体测量数据的应用,一、人体尺寸应用的原则,使用最新数据和标准化原则 极限设计原则 可调性设计原则 动态设计原则 平均尺寸设计原则,
17、图2-15, 表2-9,图2-15 室内设计常用的人体尺寸,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.最大肩宽,H.坐姿两肘间宽,J.臀宽（坐宽）,K.肘部平放高度,L.坐姿大腿厚度,M.膝盖高度,O.腿弯高度(坐高),P.臀部至腿弯长度(座深),R.臀部至膝盖长度,S.臀部至足尖长度,T.臀部至脚后跟长度,U.坐姿垂直伸手高度,V.立姿垂直伸手高度,20.立姿侧向手握距离,二、产品人体尺寸设计的步骤和方法, 1、识别所有与产品设计相关的人体尺寸； 2、确定预期的用户人群（成人、儿童、老人等）； 3、选择一个合适的预期用户的满足度;1)确定
18、所设计产品的类型;2)选择人体尺寸的百分位(满足度)., 4、获取正确的人体测量数据表并查找出需要的基本数据 5、产品功能尺寸的确定 1) 确定功能修正量（客观量）（1）着装修正量（表2-12）（2）姿势修正量 （p36)（3）操作功能修正量(p36)（4）年代、年龄修正量2) 确定心理修正量（主观量）,产品功能尺寸,最小功能尺寸人体尺寸的百分位数功能修正量 最佳功能尺寸人体尺寸的百分位数功能修正量心理修正量,三、人体身高在设计中的应用,以身高为基准的设备和用具尺寸推算法见图2-16，图中有关尺寸定义参阅表2-13。,人体身高在中的应用方法,返回,产品人体尺寸设计分类,返回,人体尺寸百分位的选择,返回,返回,返回,着装修正量,三、产品人体尺寸设计案例,单人床的人体尺寸设计,人体尺寸：长、宽、高 使用人群：中国西南地区青年男性（18-25岁） II型产品，满足度:95% 长度: 极大尺寸, P95，身高:1740.27 宽度：极大尺寸, P95，肩宽：465 高度：极小尺寸, P5，小腿加足高：380,修正量，功能尺寸的确定,1.长度,躺卧空间长度=h1.05+h1+h2+a+b=1827.28+50+100+50+50=2077.27 总长度：22.2m,、宽度,3、高度,为考虑到使用者上床、脱衣、穿鞋等活动的方便，床的适宜高度选取小腿的长度,即4045cm。,
