1、,第2章 人體參數(shù),返回總目錄,第 2 章目錄,2.1 人 體 測 量,回到本章目錄,1. 靜止形態(tài)參數(shù)的測量 2. 活動范圍參數(shù)的測量 3. 生理學(xué)參數(shù)的測量 4. 生物力學(xué)參數(shù)的測量,回到本節(jié)目錄,2.1 人體測量,2.1.1 人體測量的分類,測量基準(zhǔn)軸： 1. 鉛垂軸 2. 矢狀軸 3. 冠狀軸 測量基準(zhǔn)面： 1. 矢狀面 2. 冠狀面 3. 水平面 4. 眼耳平面,回到本節(jié)目錄,2.1 人體測量,2.1.2 人體測量的參照系,測量姿勢 1.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

2、攏,前端分開,使兩足大致呈45夾角, 體重均勻分布于兩足。 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。,2.1 人體測量,測量方向 1.人體上下方向 上方稱為頭側(cè)端,下方稱為足側(cè)端。 2.人體左右方向 靠近正中矢狀面的方向稱為內(nèi)側(cè),遠離正中矢狀面的方向稱為外側(cè)。 3.四肢方向 靠近四肢附著部位的方向稱為近位,遠離四肢附著部位的方向稱為遠位。 4.上肢方向 指向橈骨側(cè)的方向稱為橈側(cè),指向尺骨側(cè)的方向稱為尺側(cè)。 5.下肢方向 指向脛骨側(cè)的方向稱為脛側(cè),指向腓骨側(cè)的方向稱為腓側(cè)。,2.

3、1 人體測量,2.1.3 人體測量的項目和測量方法,回到本節(jié)目錄,我國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 3975-83 人體測量術(shù)語中規(guī)定了人體測量參數(shù)的測點和測量項目,其中,頭部測點 16 個、測量項目 12 項；驅(qū)干和四肢部位的測點22 個、測量項目 69 項。 GB 5703-85 人體測量方法中規(guī)定了適用于成年人和青少年的人體參數(shù)測量方法。,測量項目,2.1 人體測量,支撐面和衣著 立姿測量時站立的地面或平臺、坐姿測量時的座椅平面應(yīng)當(dāng)是水平、穩(wěn)固、不可壓縮的。要求被測者裸體或穿著盡量少的內(nèi)衣(例如,只穿內(nèi)褲和汗背心)進行測量。,回到本節(jié)目錄,2.1 人體測量,2.1.4 人體測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征 常用的統(tǒng)

4、計特征參數(shù)有均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、百分位數(shù)等。人體測量的數(shù)據(jù)常以百分位數(shù)來表示人體尺寸的等級,百分位數(shù)是一種位置指標(biāo),一個界值,以符號 PK表示。一個百分位數(shù)將總體或樣本的全部測量值分為兩部分,有K%的測量值等于或小于此數(shù),有(100-K)%的測量值大于此數(shù)。最常用的是第 5、50、95 三個百分位數(shù),分別記作 P5 、P50、P95。,回到本節(jié)目錄,2.1 人體測量,2.2 人 體 尺 寸,回到本章目錄,2.2.1 我國成年人的人體結(jié)構(gòu)尺寸 國家標(biāo)準(zhǔn)GB 10000-88中國成年人人體尺寸按照人機工程學(xué)的要求提供了我國成年人人體尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中總共給出 7 類 47 項人體尺寸基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5、標(biāo)準(zhǔn)中用 7 幅圖分別表示項目的部位,相應(yīng)用 13 張表分別列出各年齡段、各常用百分位的各項人體尺寸數(shù)據(jù)。,2.2 人體尺寸,回到本節(jié)目錄,人體主要尺寸,2.2 人體尺寸,立姿人體尺寸,2.2 人體尺寸,坐姿人體尺寸,2.2 人體尺寸,坐姿人體尺寸,2.2 人體尺寸,人體水平尺寸,2.2 人體尺寸,人體頭部尺寸,2.2 人體尺寸,人體手部尺寸,2.2 人體尺寸,人體足部尺寸,2.2 人體尺寸,中國六個區(qū)域人體尺寸的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,回到本節(jié)目錄,2.2 人體尺寸,2.2.2 我國成年人的人體功能尺寸 GB 10000-88中, 只給出了成年人人體結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 并沒有給出成年人的人體功能尺寸

6、。同濟大學(xué)的丁玉蘭教授對 GB 10000-88 標(biāo)準(zhǔn)中的人體測量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行了分析研究, 導(dǎo)出了幾項常用的人體功能尺寸及人在作業(yè)位置上的活動空間尺度的數(shù)據(jù)。,2.2 人體尺寸,回到本節(jié)目錄,幾項人體功能尺寸數(shù)據(jù),2.2 人體尺寸,立姿活動空間,2.2 人體尺寸,坐姿活動空間,2.2 人體尺寸,單腿跪姿活動空間,2.2 人體尺寸,仰臥姿活動空間,2.2 人體尺寸,人體各部位的活動范圍,2.2 人體尺寸,人體各部位的活動范圍,回到本節(jié)目錄,2.2 人體尺寸,2.2.3 人體參數(shù)的計算方法 設(shè)計中所必需的人體數(shù)據(jù), 當(dāng)沒有條件測量、直接測量有困難或者為了簡化人體測量的過程時, 可根據(jù)人體的身高、體

7、重等基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù), 利用經(jīng)驗公式計算出所需的其它各部分數(shù)據(jù)。,2.2 人體尺寸,回到本節(jié)目錄,我國成年人人體尺寸的比例關(guān)系,2.2 人體尺寸,人體各部位的尺寸,2.2 人體尺寸,由體重、身高計算人體體積和表面積,2.2 人體尺寸,由身高、體重、體積計算人體生物力學(xué)參數(shù),2.2 人體尺寸,由身高、體重、體積計算人體生物力學(xué)參數(shù),2.2 人體尺寸,由人的年齡計算人體生理學(xué)參數(shù),回到本節(jié)目錄,2.2 人體尺寸,回到本章目錄,2.3.1 產(chǎn)品尺寸設(shè)計的分類 按照所使用的人體尺寸的設(shè)計界限值的不同情況,可將產(chǎn)品尺寸設(shè)計任務(wù)分為三種基本類型: 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計 (型產(chǎn)品尺寸設(shè)計任務(wù),又分為兩

8、類:A 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計、B 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計) 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,回到本節(jié)目錄,型產(chǎn)品尺寸設(shè)計 需要同時利用兩個人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸上限值和下限值的依據(jù)之設(shè)計任務(wù),稱為型產(chǎn)品尺寸設(shè)計,又稱雙限值設(shè)計。 例如,汽車駕駛座椅設(shè)計。 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計 只需要利用一個人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸上限值或下限值的依據(jù)之設(shè)計任務(wù),稱為型產(chǎn)品尺寸設(shè)計,又稱單限值設(shè)計。,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,A 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計 只需要利用一個人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸上限值的依據(jù)之設(shè)計任務(wù),稱為 A 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計,也稱大尺寸 設(shè)計。 例如,設(shè)計公共汽車的車廂高度。 B 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計 只需要利用一

9、個人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸下限值的依據(jù)之設(shè)計任務(wù),稱為 B 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計,也稱小尺寸 設(shè)計。 例如,設(shè)計工作場所的柵欄結(jié)構(gòu)、網(wǎng)孔結(jié) 構(gòu)或孔板結(jié)構(gòu)等安全防護裝置。,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用, 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計 只需要人體尺寸的第 50 百分位尺寸數(shù)據(jù)作為產(chǎn)品尺寸設(shè)計的依據(jù)之設(shè)計任務(wù),稱為 型產(chǎn)品尺寸設(shè)計,也稱 折中設(shè)計。 例如,門的把手或鎖孔離地面的高度、電燈開關(guān)在房間墻壁上的安裝位置離地面的高 度設(shè)計。 設(shè)計人員進行產(chǎn)品或工程系統(tǒng)設(shè)計時, 首先必須正確判斷設(shè)計任務(wù)應(yīng)屬于哪一種類型, 然后恰當(dāng)選取作為尺寸設(shè)計依據(jù)的人體 相應(yīng)部位的百分位數(shù)。,回到本節(jié)目錄,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,2.3.2

10、 滿足度 所設(shè)計的產(chǎn)品或工程系統(tǒng), 在尺寸上能滿足的合適使用者的人數(shù), 占特定使用者群體的百分率, 稱為滿足度。 滿足度的取值應(yīng)根據(jù)設(shè)計該產(chǎn)品或工程系統(tǒng)所依據(jù)的使用者群體的人體尺寸的變異性、生產(chǎn)該產(chǎn)品或?qū)崿F(xiàn)該工程系統(tǒng)的技術(shù)可能性以及經(jīng)濟上的合理性等因素,綜合權(quán)衡選定。在實際設(shè)計中, 通常均以滿足度達到 90% 作為設(shè)計目標(biāo)。,回到本節(jié)目錄,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,對于型產(chǎn)品尺寸設(shè)計： 應(yīng)將滿足度取為98%，應(yīng)選用第99百分位和第1百分位的人體尺寸數(shù)據(jù)作為尺寸設(shè)計上、下限值的依據(jù)。,2.3.3 設(shè)計界限值的選擇,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,回到本節(jié)目錄,對于IA型產(chǎn)品尺寸設(shè)計： 應(yīng)將滿足度取

11、為98%或95%，應(yīng)選用第98百分位或第95百分位的人體尺寸數(shù)據(jù)作為尺寸設(shè)計上限值的依據(jù)。,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,對于IB型產(chǎn)品尺寸設(shè)計： 應(yīng)將滿足度取為98%或95%，應(yīng)選用第2百分位或第5百分位的人體尺寸數(shù)據(jù)作為尺寸設(shè)計下限值的依據(jù)。,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,對于II型產(chǎn)品尺寸設(shè)計： 必須以第50百分位的人體尺寸數(shù)據(jù)為依據(jù)。,回到本節(jié)目錄,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,2.3.4 人體尺寸測量數(shù)據(jù)的修正 1.功能修正量： (1)著裝修正量 (2)姿勢修正量 2.心理修正量,回到本節(jié)目錄,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,2.3.5 產(chǎn)品功能尺寸的確定 最小功能尺寸:為了確保實現(xiàn)產(chǎn)品的某項

12、功能而在設(shè)計時規(guī)定的產(chǎn)品最小尺寸,稱為產(chǎn)品最小功能尺寸。 產(chǎn)品最小功能尺寸 = 人體尺寸百分位數(shù) + 功能修正量 最佳功能尺寸:為了方便、舒適地實現(xiàn)產(chǎn)品的某項功能而設(shè)定的產(chǎn)品尺寸,稱為產(chǎn)品最佳功能尺寸。 產(chǎn)品最佳功能尺寸 = 人體尺寸百分位數(shù) + 功能修正量 + 心理修正量。,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,回到本節(jié)目錄,人機工程學(xué)是以追求安全、健康、舒適、高效為目標(biāo)的, 只要客觀上許可, 就應(yīng)當(dāng)按最佳功能尺寸進行設(shè)計。 以設(shè)計船舶居住區(qū)的層高為例, 若以男子身高第 90 百分位尺寸 1754 mm作為設(shè)計界限值, 鞋跟高修正量取為 25 mm,高度的最小余裕量取為 90 mm,高度的心理修正量取

13、為 115 mm,則: 最低層高=1754+(25+90)=18691900 mm 最佳層高=1754+(25+90)+115=19842000 mm,回到本節(jié)目錄,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,2.3.6 人體身高尺寸在設(shè)計中的應(yīng)用方法 人體尺寸主要決定人機系統(tǒng)的操縱是否方便、舒適、宜人。因此,各種工作面高度、設(shè)備和用具的高度,（如操縱臺、工作臺、操縱件的安裝高度以及用具的設(shè)置高度等）,都要根據(jù)人的身高來確定。,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,回到本節(jié)目錄,以身高為基準(zhǔn)確定工作臺面或設(shè)備的高度,2.3 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,工作臺面或設(shè)備的高度與人體身高的比例關(guān)系,回到本節(jié)目錄,2.3 人體測量數(shù)據(jù)

14、的應(yīng)用,2.4 人體模型 以人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學(xué)特性的有效工具, 是研究、分析、設(shè)計、 評價、試驗人機系統(tǒng)不可缺少的重要輔助手段。 按人體模型的用途,有設(shè)計用人體模型、工作姿勢分析用人體模型、動作分析用人體模型、運動學(xué)分析用人體模型、動力學(xué)分析用人體模型、人機界面匹配評價 用人體模型、試驗用人體模型等多種類別; 按人體模型的構(gòu)造方法,有物理仿真模型與數(shù)學(xué)仿 真模型兩類。,回到本章目錄,2.4.1 二維人體模板 二維人體模板是目前人機系統(tǒng)設(shè)計時最常用的一種物理仿真模型。其側(cè)視圖如圖 2-17 所示。正視圖和俯視圖可參看 GB/T 14779-93坐姿人體模板功能設(shè)

15、計要求中的圖 2 和圖 3 。,2.4 人體模型,回到本節(jié)目錄,2.4 人體模型,人體模板的結(jié)構(gòu) 1.基準(zhǔn)線 2.關(guān)節(jié) 3.活動范圍 4.手的姿勢 5.人體模板的分段尺寸,2.4 人體模型,人體模板的尺寸等級 對于安全設(shè)施, 應(yīng)盡可能按極端的百分位數(shù)設(shè)計, 如選用第 1 和第 99 百分位,以適應(yīng)絕大多數(shù)人的要求。對于一般設(shè)施, 所選百分位數(shù)可適當(dāng)偏離極端數(shù)值, 如第 10 和第 90 百分位,這樣可簡化結(jié)構(gòu)、降低成本。,2.4 人體模型,人體模板的應(yīng)用 人機系統(tǒng)設(shè)計時, 可借助人體模板進行輔助制圖、輔助設(shè)計、輔助演示或輔助測試。,2.4 人體模型,人體模板用于工作系統(tǒng)設(shè)計,2.4 人體模型,

16、人體模板用于轎車駕駛室設(shè)計,2.4 人體模型,人體模板用于工程機械駕駛室設(shè)計,2.4 人體模型,人體模板百分位的選擇 必須根據(jù)設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計參數(shù)來選用適當(dāng)百分位的人體模板。 通常, 確定外部尺寸, 如手臂活動的可及范圍、腳踏板的位置等, 宜選用 “小” 身材的人體模板 (如第 5 百分位)；確定內(nèi)部尺寸, 如腿、腳活動的占有空間、人體、頭、手、腳的通過空間等, 宜選用 “大” 身材的人體模板(如第 95 百分位)。,回到本節(jié)目錄,2.4 人體模型,2.4.2 人機系統(tǒng)匹配評價用人體模型 在人機系統(tǒng)的評價中，不同的人對同一個系統(tǒng)有著不同的評價，這是人機工程學(xué)的一個基本觀點。 人體模型內(nèi)

17、嵌有人體尺寸數(shù)據(jù)庫，用它構(gòu)造出的人體模型在三維尺寸上符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 10000-88的要求。,2.4 人體模型,回到本節(jié)目錄,人體模型,2.4 人體模型,人體模型坐標(biāo)系,2.4 人體模型,人體活動部位的活動方向和角度范圍,2.4 人體模型,人體結(jié)構(gòu)的樹形表示,2.4 人體模型,虛擬的人機界面,2.4 人體模型,回到本節(jié)目錄,對人機界面評價,2.4 人體模型,2.4.3 汽車用 H 點三維人體模型 H 點，即胯點( HipPoint )，指人體身軀與大腿的鉸接點。在人體模板中為髖關(guān)節(jié)。確定汽車車身或駕駛室內(nèi)部人機界面幾何尺寸關(guān)系時 ,常以此點作 為人體的定位基準(zhǔn)。,2.4 人體模型,回到本節(jié)目

18、錄,（a）構(gòu)件名稱 （b）構(gòu)件尺寸和載荷分配 1-背板；2-軀干重塊懸架；3-靠背角水平儀；4-臀部角度量角器；5-座板； 6-大腿重塊墊塊；7-連結(jié)膝關(guān)節(jié)的T型桿；8-小腿夾角量器；9-膝部角量角器；10-大腿桿；11-橫向水平儀12-H點支軸；13-H點標(biāo)記鈕；14-靠背角量角器；15-頭部空間探測桿,2.4 人體模型,汽車用 H 點三維人體模型的用途 汽車的實際 H 點是指當(dāng) H 點三維人體模型按規(guī)定的步驟安放在汽車座椅中時，人體模型上左右兩 H 點標(biāo)記連接線的中點。 H 點三維人體模型除了用來確定汽車的實際 H 點外，還可用來檢驗汽車座椅設(shè)計的合理性。 H 點三維人體模型在汽車內(nèi)的安放方法和步驟可參閱國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 6549 和我國國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 11563-89。,2.4 人體模型,H 點二維人體模板 汽車車身設(shè)計中也采用H點二維人體模板來確定或校核車內(nèi)尺寸，H 點二維人體模板是根據(jù)H點三維人體模型制作而成的。,2.4 人體模型,回到本節(jié)目錄,美國SAE標(biāo)準(zhǔn)中采用的H