人机工程 设计ppt课件.ppt

1 普通高等教育 十一五 国家级规划教材工业设计人机工程第2版阮宝湘等编著程能林孙苏榕主审 机械工业出版社 2 第一章人机工程学概论第一节人机学的研究对象和目的第二节人机学的形成和发展学科思想的演进第三节人机系统与人机工程设计第四节人机学与工业设计第二章人体尺寸及其应用方法第一节人体尺寸概述第二节中国成年人的人体尺寸第三节其他国家的人体尺寸人体各部分尺寸的比例第四节产品设计中人体尺寸数据的应用方法第五节设施器物的人体尺寸适应性与动态人体尺寸 目录 3 第三章桌椅设计第一节桌椅设计概述第二节坐姿生理解剖基础第三节座椅的功能尺寸第四节坐垫与靠垫第五节办公桌的功能尺寸第四章显示装置第一节人的视觉与听觉特性第二节显示装置的类型 设计与布置第三节信号显示 4 第五章操纵装置第一节手足尺寸与人体关节活动第二节人体的施力与运动输出特性第三节操纵器的人机学原则第四节操纵器的布置和控制台第五节常用操纵器的人机学要素第六节操纵与被操纵对象的互动协调关系第六章产品设计人机学的若干专题第一节手工具及其使用方式第二节床 柜等家具第三节安全性设计第四节维修性设计 5 第七章视觉传达设计与人机学第一节文字设计第二节图形符号及标志设计第三节展示设计第八章室内设计与人机学第一节生活空间与人体尺寸第二节光环境与采光照明设计第三节声音环境和噪声控制第四节室内热环境第五节振动环境 第九章工作空间与工作岗位设计第一节工作空间人体尺寸第二节工作空间设计第三节工作岗位设计第四节工作姿势与肢体施力 6 第十章人机工程CAD软件及应用简介第一节人机工程CAD系统的组成和功能第二节CATIA人机工程模块简介第三节中国人人体模型的初步创建第四节人机工程CAD软件应用实例 第十一章人机学的其他专题及未来展望第一节人机工程的设计心理学应用第二节人机学与新产品的创意开发第三节人机工程设计的未来展望附录附录A小作业 读书报告附录B大作业 课程设计与课程论文 7 第一章人机工程学概论 第一节人机学的研究对象和目的一 引例 人机学的思想萌芽源远流长 鲁智深的禅杖 器物要和人 使用者 的各种因素相适宜 人机工程学基本理论的简洁表述 原始人狩猎所用的棍棒 石块或投枪 半坡遗址中的石桌 石凳 陶土餐饮具 人机学基本思想的萌芽是人自发的思维倾向 本能的行为方式 工业设计人机工程 2版 阮宝湘等编著 8 人的因素 不限于人体尺寸 体能 肢力等人体生理方面 还涉及人的感知 认知 情感 精神 心理 社会等更深广方面 在产品 视觉传达 环境设计中都很重要 图1 1戏说张爷和他的蛇矛 身高2 5倍的蛇矛 张爷耍得开吗 9 想过感受过这些问题吗 太高啦 左撇子 右撇子都合适 涂上黄色 警示条 多好 10 想过感受过这些问题吗 从哪边开呀 开关和炉口如何对应 一目了然 无所适从 11 二 人机工程学的基本概念和定义 1 人机工程学的基本概念和定义国际人机工程学学会 IEA InternationalErgonomicsAssociation 1960的定义 人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学 生理学和心理学等方面的因素 研究人和机器及环境的相互作用 研究在工作中 家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康 安全 舒适和工作效率的学科 三句话 分别说明人机学的研究对象 内容与目的 IEA2008年8月的新定义 人机工程学是研究系统中人与其他部分交互关系的学科 运用其理论 数据和方法进行设计 应达系统工效优化及人的健康 舒适之目的 新定义概略 简洁 强调了系统中人与其他因素交互作用的观念 设计应在多种约束和多重目标之间恰当地把握住平衡 人机工程学要求的 安全 舒适 高效 是重要的 但受到其他条件的约束 其他目标的制衡 不是唯一的 也未必总是优先的 人机学里的 机 或 机器 是广义的 指一切人造器物 大到飞机 轮船 火车 小到钳子 笔 水杯 也包括建筑 环境及其中的设施等 12 2 人机工程学的多种学科名称人机工程学简称人机学 常见的其他名称有 人类工效学 或工效学 英文Ergonomics 出现最早 欧洲各国和世界其他地区通用 人的因素 学 英文HumanFactors 美国 东南亚 我国台湾采用 派生名称 人因工程 学 英文HumanFactorsEngineering 人类工程学 英文HumanEngineering 类似的名称有人体工程学 其他名称 工程心理学 人 机 环境系统工程学 宜人性设计等 在日本 该学科的日文汉字是 人間工学 人机工程学这名称在国内流传日广 本教材随俗从众 13 三 日常生活中人机学问题的巡视 例1大沙发豪华气派 坐着却腰疼 例2宾馆单人床配两个同样大小的枕头 愚不可及 例3旧式旅客列车的窗户 例4公共卫生间为什么总有人做不到 便后冲水 例5楼道里 人走关灯 的标语与彻夜长明的灯互相嘲笑 例6升级换代产品 双肩背书包 图1 2 图1 2书包提挎方式与脊柱形态 14 例7 叫壶 改善了传递信息的 人机界面 图1 3功能形态各异的剪刀 例8阅览室里 学生们坐在长条形桌案两侧专心致志地看书学习 抬起头来略事思索 正巧对坐那位也抬起了头 倒霉 是陌生的异性同学 设计心理学问题 例9深色发亮的小药片塑料袋 说明文字很小 颜色与塑料袋颜色的对比又弱 存款单居然是白纸上印着橙黄色的字 例10形形色色的剪刀 里面学问可不少 图1 3 15 例11老年人手机 图1 4老年人手机 16 例12生产设备的正反两例反适合高1 37m 肩宽0 64m 手臂平展2m之畸形人使用的车床 图1 5畸形人适用的车床 图1 6弹性悬挂的螺丝刀 正把带电机的旋具弹性吊挂着使用 例13北京一些大医院里的 电热开水机 水龙头上有红 绿两个指示灯 想喝热开水者很困惑 绿色表示 通行 但也表示凉 温度低 红色表示热 但又表示 禁止 到底哪个灯亮表示是热开水呢 17 例14 同学 引路标牌这么写更好 图1 7同学 引路标牌这么写更好 人机学问题比比皆是 床柜 桌椅 寝室 水房 浴室 餐厅 超市 网吧 实习工厂 银行 邮局 学习文具 计算机 手机 实验室 图书馆 运动场 公交车 无处不在 发现和思考人机学问题的深广度 是检验学习效果的标准之一 18 第二节人机学的形成和发展学科思想的演进 一 中国古籍中的卓越论述 考工记 和 天工开物 图1 8 考工记 中兵器宜人性的论述 要根据弓箭手的性格来配备弓箭 性情温和 行动迟缓者 强劲急疾的硬弓 暴躁性急 行动快猛者 柔韧的软弓 用于劈杀大刀 剑戟 使用有方向性 握柄截面应为椭圆 凭手握柄杆的感知 无须眼看可掌握刀刃 钩头的方向 用于刺杀的枪矛 使用没有方向性 柄杆的截面应该做成圆形 设计心理学应用的经典范例 令人叫绝 译文 19 a 分金炉清锈清底b 铸钟 铸鼎 c 扎桕子黑粒去壳取仁 d 琢玉 图1 9 天工开物 插图选 工作 劳动姿态都那么自然 舒展 很好地把握了工具 设备与人体尺寸的适应性问题 20 二 人机学的形成 发展和学科思想的演进 古代文明中科学思想萌芽 不等同于现代科学理论 人机学发展简史和学科思想的演进 可分4个阶段 1 对劳动工效的苛刻追求 人机学的孕育 F W 泰勒 1856 1915 的 时间与动作研究 TimeandMotionStudy 吉尔布雷斯夫妇的 砌砖作业实验 等多项研究 图1 10F W 泰勒 1914年 教授闵斯特伯格的 心理学与工业效率 出版 1919年布氏夫妇合著的 疲劳研究 出版 1919年英国 工业保健研究部 展开工效问题的广泛研究 包括作业姿势 负担限度 体能 工间休息 工作场所光照 环境温湿度 以及工作中播放音乐的效果等等 至此 提高工效的方法开始建立在科学实验的基础上 有了现代科学的形态 21 但这一时期研究的核心 是最大限度地开挖人的操作效率 从人机关系方面考察 总体看是要求人适应于机器 即以机器为中心进行设计 研究的主要目的是选拔与培训操作人员 在学术理论上 与现代人机学是南辕北辙 存在对立的 因此 应该看作是人机学的孕育期 卓别林 1889 1977 与 摩登时代 图1 11卓别林 22 2 二战中尖锐的军械问题 人机学的诞生 一战到二战 飞机大幅度技术升级 但事故 伤亡频发 投巨资研制的 先进 飞机未必能打胜仗 使人惊愕 进而醒悟 飞机的技术性能必须与使用人的生理机能相适配 图1 12飞机驾驶舱的仪表和操纵器 二战中入侵前苏联德军的枪械问题 有的国家聘请生理医学 心理学家参与设计 经费增加有限 却事半功倍 效果显著 正反的现实 使各国科技界终于认识到 器物设计必须与人的解剖学 生理学 心理学条件相适应 1947年 英国海军部成立交叉学科研究组 次年默雷尔建议构建一个新的科技词汇 Ergonomics 新学科名称及其涵盖的研究内容为各国学者所认同 现代人机学诞生 23 当时美国人伍德说 设备设计必须适合人的各方面因素 使操作的付出最小 而获得的效率最高 反映了这一时期人机学的学科思想 3 向民用品等广阔领域延伸 人机学的发展和成 20世纪五 六十年代后 人机学的研究和应用 从军工迅速延伸到民用品等广阔领域 主要有家具 家电 室内设计 医疗器械 汽车与民航客机 飞船宇航员生活舱 计算机设备与软件 生产设备与工具 事故与灾害分析等 人机学的学科思想至此完成了重大的转变 从以机器为中心转变为以人为中心 强调机器的设计应适合人的因素 美国阿波罗登月舱设计中一个小插曲 发人深省 过于强调 机器适应人 也是不全面的 加之系统论的渗入 人机学学科思想又有新发展 IEA的定义明确 人机 及环境 系统的优化 人与机器应互相适应 人机之间应合理分工 人机学的理论至此趋于成熟 24 4 反思工业文明与可持续发展 人机学的更高阶段 反思工业文明的负面后果 以可持续发展理论为统领 人机学正经历着新的学科思想演进 绿色设计 生态设计 节能设计 再生设计等理念 立足于人与自然保持持久和谐 回归到中国古代 天人合一 的设计伦理 数字技术 信息技术 基因技术急剧地改变着人类的文明进程 带给人们空前福祉的同时 必须警觉其危及人们体魄和精神健康的负面影响 人机学今后将任重而道远 人机学此前的观念是 要求人 机 环境三者和谐统一 以可持续发展理念为指导 则由人 机 环境三维加上一维 未来 演进为人 机 环境 未来四者和谐统一 人机学的应用 以下方面可能形成今后热点 计算机人机界面 永久太空站的生活工作环境 弱势群体 残疾人 老年人 的医疗和便利设施 海陆空交通安全保障 生理与心理保健产品与设施等等 25 以设计体现对弱势群体的关爱 万能拐杖 获第十届全球工业设计比赛金杯奖 26 三 人机学的学术团体和教育1 国际的和各国的学术团体及其主要活动 1 各主要工业国的学术团体及其活动英国最早建立人机工程学会 成立于1950年 随后建立国家人机学学会的有 联邦德国 1953 美国 1957 前苏联 1962 法国 1963 日本 1964 等 英国人机工程学会从1957年起发行会刊 ERGONOMICS 坚持几十年一直至今 贡献卓著 美国人机工程学会发行会刊 出版书刊 发布专利 是提供人机学研究成果 数据资料最多的国家 在20世纪漫长的冷战年代 为了军备竞赛 美国对人机工程研究投入巨大 1970年代有4400人从事人因工程研究 其中属于军事部门者850名 美国陆海空三军制定了很多军事人机工程技术标准 2 国际人机工程学学会国际人机工程学学会 IEA 成立于1960年 1961年举行了第一届国际人机工程学会议 此后 每三年举行一次 至今未曾间断 3 国际人机工程学标准化技术委员会代号ISO TC 159 成立于1957年 27 2 我国的学术团体及其主要活动 1 中国人类工效学学会英文 ChineseErgonomicsSociety 简称CES 1989年6月成立 已协同国家技术监督局制定了百十个人机工程的国家标准 2 中国人类工效学标准化技术委员会 3 其他的人机学学术组织机械 冶金工业等系统在1980年代成立了本行业的工效学学会 中国工业设计协会下属的人机工程学专业委员会于1985年建立 中国系统工程学会下的 人 机 环境系统工程专业委员会 成立于1993年 3 人机学的专业教育 1 高等教育中开设人机工程学课程的专业有管理 劳动安全和卫生 工业设计 航空航天 车辆设计与交通工程 机械工程 环境工程等 2 人机工程学也被作为这些专业硕士 博士学位的一个研究方向 28 第三节人机系统与人机工程设计 一 人机系统与人机界面 1 系统系统为达一定目标 由相互依赖 交互作用的若干部分组成的整体 虽然总体的高效能一般依赖于各子系统的优良效能 但更依赖于各子系统之间的协调关系 如不能在互动中协调发挥作用 则子系统的 独善其身 对整个系统并无价值 在系统设计中是不适宜的 2 人机系统人机系统特指人与机 器 组成的系统 环境因素结合进去 就是人 机 环境系统 人使用一把钳子 一支笔时 各构成了简单的人机系统 骑自行车 开机床 用手机 驾驶汽车时 也各构成了人机系统 复杂的人机系统由多人 多 机 构成 例如由数百人 数百台设备构成的生产线 战争中的一个军事单位 大公司的办公系统等 人 机 环境系统 29 3 人机界面单人单机人机系统及其工作 运行 状态 图1 13 人驾驶汽车或飞机 典型反映了这一运行过程 图1 13单人单机人机系统 人机界面 一般把机器上实现人与机器互相交流沟通的显示器 控制器称为人机界面 机器上与人的操作有关的实体部分 也是机器的人机界面 实体部分 例如剪刀的两个把手 其形式 尺寸等直接影响剪刀的使用 应看做剪刀的人机界面 自行车座的位置 形状 软硬 材质等对自行车骑行很有影响 也应算做自行车人机界面的一部分 等等 30 二 人机工程设计 1 人机工程设计的内涵和目的 有文献称以下10种产品为20世纪伟大的人机界面装置 扩音器 按键式电话 汽车转向盘 磁卡 交通灯 遥控器 阴极射线管 CRT 液晶显示器 鼠标 图形用户界面 条形码扫描器 图1 14汽车转向盘 什么是 人机工程设计 人机工程设计与其他设计有什么区别 人机工程设计的对象是人机界面 涉及解剖学 生理学 心理学等人的因素 要达到的目标是生活 工作的舒适 安全 高效 以车床设计为例来说明 略 31 课堂讨论以下产品中的哪些部分属于人机工程设计的对象 哪些部分不属于 照相机 电话机 洗衣机 汽车 选1 2种产品讨论即可 图1 15电动牙科椅1 底板2 支架3 椅座4 扶手5 椅背6 头托7 头托按钮8 控制开关 例电动牙科椅工程技术设计椅座 椅背 头托的升降 仰俯调节机构 控制电路及传动系统 部件材料及其强度 刚度 人机工程设计尺寸及各部件的调节范围 适应患者的不同身材 便于牙医操作 控制开关的选型及安置 照明要求等 工业造型设计式样 色彩 材质外表等 涉及工业美学 人的心理因素 精神因素 与人机工程也相关 32 2 人机合理分工 产品设计是设计人机系统中产品这个子系统 实质是把人机系统的总功能进行分解以后 把某部分功能 分配 给了产品子系统 同时 也把另一部分功能分配给了 使用 人这个子系统 以设计楼道走廊的照明灯为例 人机功能分配 或者说人机分工 是产品设计首要和顶层的问题 这个问题处理不当 其后的设计无论怎么好 必存在根本性的缺陷 人机合理分工的基本原则 是发挥人与机器各自的优势 为此需弄清人与机器各自的所长和所短 表1 1是人与机器在感受能力 控制能力 工作效能 信息处理能力 可靠性 耐久性 适应性和创造性等方面的机能对比 表1 1人与机器的机能对比 略 人机分工并不单纯是人机工程本身的问题 它更取决于社会 经济 科技发展水平等更广泛的条件 33 3 人机关系 三 人机工程技术标准简介 1 人机工程的国际技术标准国际人机工程学标准化委员会 代号ISO TC 159 是国际标准化组织 ISO 的下属组织 ISO TC 159已制定发布了一批人机工程国际技术标准 2 我国的人机工程技术标准中国人类工效学标准化技术委员会于1980年建立 下设基础 人体测量和生物力学 控制与显示 劳动环境 工作系统的工效学要求 颜色 照明 劳动安全等8个分技术委员会 我国已经制定 发布了百十个人机工程的技术标准 学习 应用人机工程学 应该了解人机工程的技术标准 优良的人机关系应该是 机宜人 和 人适机 的结合 机宜人 器物设计要适合解剖学 生理学 心理学等各方面人的因素 人适机 充分发挥人在能动性 可塑性 创造性 通过学习训练提高技能等方面的特长 使人机系统更好地发挥效能 34 第四节人机学与工业设计 人机学由3类不同领域的学科互相渗透 汇聚而成 第1类 人机学的源头学科如解剖学 生理学 心理学 人体测量 人体力学 社会学 系统工程等 第2类 人机学的应用领域主要是各类设计 如工业设计 工程设计 工作过程和工作空间设计等 第3类 人机学的 共生 学科如劳动科学 管理科学 安全工程 技术美学等 人机学也是应用型学科 通过具体的设计实践 才能加深理解 学会应用 一 人机工程学与其他学科的关系 二 人机工程学与工业设计 课堂讨论人机工程学与工业设计是否有密切的关系 阐述你的观点 并加以简要说明或论证 人机工程与工业设计所处理的 均为 人和物 之间的关系 两者有着工作对象和目标的一致性 因此实际工作中两者常融合在一起考虑 密不可分 35 第二章人体尺寸及其应用方法 工业设计人机工程 2版 第一节人体尺寸概述 一 人体测量简史 祖国医学典籍 内经 灵枢 中的 骨度篇 已有人体测量的记载阐述 意大利文艺复兴的先驱达 芬奇 1452 1519 著名的人体比例图 文艺复兴巨匠米开朗琪罗 1475 1564 创作的著名雕塑 大卫 古代对人体尺寸 形态的关注 主要着眼于建筑 雕塑 文化 图2 1达 芬奇 图2 3 大卫 图2 2人体比例图 阮宝湘等编著 36 比利时人奎特莱特1870年出版 人体测量学 20世纪初建立了人体测量统一的国际标准 德国人类学家马丁的 人类学教科书 1914年出版 为沿用至今的各国人体尺寸测量方法奠定了基础 1919年 美国进行了10万退伍军人的多项人体测量工作 所得数据用于军服的设计制作 我国于1988年发布了相应的国家标准 现在世界各先进国家都有本国的人体尺寸国家标准 二战后 美 英两国又进行了大规模的海空军人体测量 1946年提出研究报告 航空部队人体尺寸和人员装备 这是人体尺寸用于人机工程设计的重要文献 GB T10000 1988 中国成年人人体尺寸 37 二 人体测量方法简介 人体测量的3个方面 形态测量 人体尺寸 体重体型 体积表面积等 生理测量 知觉反映 肢力 体能 疲劳及生理节律等 运动测量 动作范围 各种运动特性等 人体尺寸数据的科学性主要是可比性 适用性两方面 可比性指国际 国内测量方法严格统一 适用性指测量的项目 数据是设计等实用中所需要的 为此 ISO TC159 SC3制定了标准ISO7250 1996 与此国际标准等效的我国的相应国家标准是 GB T5703 1999 用于技术设计的人体测量基础项目 GB T5706 1 5704 4 1985 人体测量仪器 38 一 人体测量仪器 图2 5人体测量用直脚规 图2 4人体测高仪 图2 6人体测量用弯脚规 图2 7人体测量用角度计 图2 8人体测量用软尺 39 二 人体测量的条件简介 图2 9人体测量基准面和基准轴 国家标准GB T5702 1999的规定如下 1 衣着和支撑面被测者不穿鞋袜 只穿单薄内衣 背心裤衩 立姿测量站立在地面或平台 坐姿测量座椅面为水平面 稳固 不可压缩 2 测量基准和基准面 测量基准面矢状面 冠状面 水平面 眼耳平面 测量基准轴铅垂轴 矢状轴 冠状轴 人体尺寸测量均在测量基准面内 沿基准轴的方向进行 40 3 测量姿势基本测量姿势为直立姿势 立姿 和正直坐姿 坐姿 立姿挺胸直立 头部以眼耳平面定位 平视前方 肩部放松 上肢自然下垂 手伸直 手掌朝向体侧 手指轻贴大腿外侧 腰部自然伸直 两足后跟并拢 前端分开约成45 角 被测者足后跟 臀部和后背部与同一铅垂面相接触 坐姿挺胸端坐在腓骨头高度的平面上 头部以眼耳平面定位 平视前方 膝弯曲大致成直角 足平放在地面上 手轻放在大腿上 被测者臀部和后背部靠在同一铅垂面上 41 三 测量项目及其定义 国标GB T5703 1999共列出56个人体测量项目 分别为 立姿12项 含体重 坐姿17项 特定体部14项 含手 足 头等 功能项目13项 含颈 胸 腰 腕 腿等围度 GB T5703 1999对56个项目都做了定义 测量方法 测量仪器的说明 选摘两个示例如下 肩高 从地面到肩峰点的铅垂距离 测量方法 被测者足跟并拢 身体挺直站立 肩部放松 上臂自然下垂 测量仪器 人体测高仪 手宽 在第 到第 掌骨头水平处 掌面桡尺两侧间的投影距离 测量方法 前臂水平 手伸直 四指并拢 掌心朝上 测量仪器 人体测量直角规 42 四 人体测量图例 a 上臂长b 前臂长c 头长的测量d 容貌耳长e 两眼内宽f 两眼外宽g 头围h 髋关节外展活动I 掌侧屈j 尺侧偏k 足背屈 图2 10人体尺寸测量方法的示例 43 三 人体尺寸数据的部分特性 1 技术标准中的人体尺寸数据人体尺寸有个体的和群体的两种 工业产品或公共设施 是为所有公众或特定人群设计的 例如过街天桥的防护栏杆 间距和高度设计 必须考虑所有公众的情况 所以 人机工程学技术标准所提供的 是群体的人体尺寸数据 为掌握某群体的人体尺寸 采用随机抽样的方法 从该群体中抽取出若干 例如n个 个体 得到一个容量为n的样本 测量样本中每个个体的人体尺寸 得到一组样本观察值 然后依照数理统计理论 从样本观察值推断出该群体的人体尺寸数据 20世纪80年代中后期 为制定国标GB T10000 1988 中国成年人人体尺寸 抽取的男性 女性样本量分别为11170人和11151人之多 每一个人又有多个测量项目 是一项繁重 艰巨的工作 44 2 人体尺寸数据的部分特性 1 群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律 中等尺寸的人数最多 对中等尺寸偏离值越大 人数越来越少 人体尺寸的中值就是它的平均值 等等 以中国成年男子 18 60周岁 的身高为例 图2 11 图2 11中国成年人身高数据服从正态分布规律 中值1678mm是中国男子身高的平均值 接近此身高的人数密集 身高与1678mm差得越多人数越少 且身高高于和低于这一数值的人数大体相等 45 3 人体尺寸间的比例关系 随种族 民族而不同 即人体尺寸的线性关系Y aX b 所有种族都适用 但式中的系数a和b 随不同种族而不同 新中国成立初期 我国陆军士兵嫌苏式火炮高了一些 往炮膛里装炮弹过于费劲 而我国战斗机飞行员却嫌苏式战斗机座舱盖罩低了一些 头顶几乎要挨着盖罩显得局促 这就是不同人种人体尺寸比例不同引起的问题 2 人体尺寸间一般具有线性相关性身高 体重 手长等是基本人体尺寸数据 取基本人体尺寸之一作自变量 其他人体尺寸一般是该自变量的线性函数 Y aX b式中Y 某一人体尺寸数据X 某一基本人体尺寸a b 对特定人体尺寸函数 常数对人体各基本结构尺寸与身高的关系 上式中b 0 上式简化为Y aX 参看表2 9和图2 17 46 第二节中国成年人的人体尺寸 一 GB T10000 1988 中国成年人人体尺寸 简介 1 GB T10000 1988的适用范围此标准提供了我国法定成年人 男18 60岁 女18 55岁 人体尺寸的基础数据 适用于工业产品 建筑设计 军事工业以及工业的技术改造设备更新及劳动安全保护 对于每项人体尺寸 按男 女各4个年龄段给出数据 男18 60岁 18 25岁 26 35岁 36 60岁女18 55岁 18 25岁 26 35岁 36 55岁 2 人体尺寸的项目国标列出7组 47项静态人体尺寸数据 分别是 人体主要尺寸6项立姿人体尺寸6项坐姿人体尺寸11项人体水平尺寸10项人体头部尺寸7项人体手部尺寸5项人体足部尺寸2项 47 3 人体尺寸分布状况的描述 人们高矮胖瘦很不相同 任何一项人体尺寸 人们都有大 中 小的差异 要全面完整地显示中国成年人人体尺寸情况 应描述清楚对于每一项人体尺寸 具有某一数值的人占多大的比例 这就叫人体尺寸的 分布状况 GB T10000 1988用两种方法描述人体尺寸的分布状况 1 第一种方法 每项人体尺寸都给出7个百分位数的数据 这7个百分位数分别是 1 5 10 50 90 95和99百分位数 用符号P1 P5 P10 P50 P90 P95 P99来分别表示它们 前3个叫小百分位数 后3个叫大百分位数 50百分位数称为中百分位数 百分位数是一种位置指标 K百分位数PK将群体或样本的全部观测值分为两部分 有K 的观测值等于和小于它 有 100 K 的观测值大于它 例1从表2 1可查得 中国成年男子 18 60岁 身高的95百分位数是P95 1775mm 这就表示 中国成年男子 18 60岁 中有95 的人身高等于和小于1775mm 有 100 95 5 的人身高大于1775mm 48 表2 1人体主要尺寸 单位mm 例2从表2 1可查得 中国成年女子 18 55岁 体重的5百分位数是P5 42kg 这就表示 中国成年女子 18 55岁 中有5 的人体重等于和小于42kg 有 100 5 95 的人体重大于42kg 49 2 第二种方法 给出人体尺寸均值和标准差 这是GB T10000 1988描述人体尺寸分布状况的补充方法 只对6个地区 华北和东北 西北 东南 华中 华南 西南 中国人的身高 体重 胸围3个人体尺寸 男18 60岁 女18 55岁各一个年龄段的人体尺寸给出了均值和标准差 人体尺寸的均值和标准差常用于人体尺寸的理论分析 二 常用人体尺寸数据摘录及简要分析 在7组人体尺寸中选摘5组 男 女各一个年龄段 男18 60岁 女18 55岁 的数据作简介如下 1 人体主要尺寸 图2 12人体主要尺寸 表2 1人体主要尺寸 单位mm 50 思考两个问题 为什么表中的6项尺寸被列为 主要人体尺寸 中国成年男 女的平均身高是1678mm和1570mm 是否觉得矮了一点 2 立姿人体尺寸和坐姿人体尺寸 表2 2立姿人体尺寸 单位mm 图2 13立姿人体尺寸 51 图2 14坐姿人体尺寸 表2 3坐姿人体尺寸 单位mm 52 国标表列的这些人体尺寸项目 对工作 劳动 器物设计都比较重要 表2 4中举例简要说明其应用场合 表2 4国标中部分人体尺寸项目的应用场合举例 53 54 3 人体水平尺寸 图2 15人体水平尺寸 表2 5人体水平尺寸 单位mm 55 4 人体头部尺寸 图2 16人体头部尺寸 表2 6人体头部尺寸 单位mm 56 三 人体尺寸的地区差异和时代差异 人体尺寸因种族 气候 饮食结构等方面的长期影响而存在差异 GB T10000 1988给出了全国6个地区人群体重 身高和胸围3种人体尺寸的数据 表2 7中国6地区成年人的体重 身高 胸围 我国华北 东北地区人群的身材较为高大 下面依次是西北 东南 中南 华南4个地区 而西南地区人群的身材较为矮小 以身高均值的差距为例 华北 东北地区与西南地区男子相差 1693 1647 mm 46mm 女子相差 1586 1549 mm 37mm 57 人体尺寸的百分位数与均值和标准差的换算公式为 PK x K 式中PK 人体尺寸的K百分位数x 相应人体尺寸的均值 相应人体尺寸的标准差K 转换系数 见表2 8 求1 50百分位之间的百分位数时 式中取 号 求50 99百分位之间的百分位数时 式中取 号 表2 8由均值和标准差计算百分位数的转换系数 58 例求华北地区女子 18 55岁 身高的95百分位数P95 解由表2 7查得华北地区女子 18 55岁 身高的均值x和标准差 分别为x 1586mm 51 8由表2 8查得转换系数K 1 645 代入算式P95 x K 1586 1 645 51 8 mm 1671mm 2 时代差异在社会经济发展快的时期体现较为明显 1 成年人人体尺寸的时代差异欧美国家 20世纪初开始明显 日本发生在20世纪后半叶 中国70年代末以来经济发展快 如今子女们身材大多超过了父母 国标GB T10000 1988根据80年代中期的数据制定 部分数据如男 女平均身高1678mm 1570mm 对比当代大学生明显偏低了 据报道 1997年中国男子平均身高达1692mm 比国标数据高14mm 平均身高约10年内增加14mm 属超常的快速增长 生活水平提高引起的人体尺寸增加 一般会延续几十年 接着趋于稳定 欧美在20世纪后半叶 日本在近十几年 身高增加已很缓慢 欧美国家在世纪之交的年代 身高已趋稳定 体重还有小幅度的增加 59 2 青少年人体尺寸的时代差异由营养改善导致的人体尺寸增加 青少年还因为发育年龄的提前而比成年人更显著 20世纪末上海高校的上海籍新生 与50年代学生相比 平均身高增加100 120mm之多 远高于同期成年人身高的差异 原因是现今学生的身高在中学时期多已长成 而在50年前 上大学后继续长身高的学生为数不少 2002年一份文献指出 1995 2002年的7年间 我国12 17岁的男生增高69mm 加重5 5kg 女生增高55mm 加重4 5kg 可见 设计中用青少年人体尺寸数据时 更要注意数据由来的年代 60 第三节其他国家的人体尺寸人体各部分尺寸的比例 一 其他几个国家的成年人人体尺寸 表2 9部分其他国家成年人的身高数据 单位mm 61 二 人体各部分尺寸的比例 体态正常者 人体各部分静态尺寸之间 有近似的比例关系 表2 10部分人体尺寸与身高的近似比例关系 图2 17部分人体尺寸的标号 对应表2 10 人种不同 比例关系也不同 表2 10给出了亚洲人和欧美人人体各部分尺寸的两种比例数据 62 第四节产品设计中人体尺寸数据的应用方法 人体尺寸数据应用的两个问题 第一 生活中要穿鞋袜衣裤 又要全身自然放松 与人体测量条件不一致 人体尺寸数据能用吗 怎么用 第二 人有高矮胖瘦 公用产品 公共设施设计时 该以什么样的人体尺寸为依据呢 打虎武松矮脚虎王英相扑运动员苗条女郎 图2 18高矮胖瘦不同 依据谁来设计 国家标准GB T12985 1991 在产品设计中应用人体百分位的通则 对上述两个问题给出了处理的原则 63 一 尺寸修正量 解决第一个问题的方法 引进人体尺寸修正量 图2 19尺寸修正量的构成 一 功能修正量 功能修正量包含以下3部分 1 穿着修正量例如穿鞋修正量立姿身高 眼高 肩高 肘高 手功能高 会阴高等 男子 25mm 女子 20mm 着衣着裤修正量坐姿坐高 眼高 肩高 肘高 6mm 肩宽 臀宽等 13mm 胸厚 18mm 臀膝距 20mm 注意 戴帽子 手套 穿马靴等情况下怎么办 自己研究解决 GB T12985 1991提供的数据适合于工作时穿平跟鞋 穿夹衣夹裤的 一般情况 非 一般情况 如女性穿高跟 冬季穿厚衣裤等情况下怎么办 自己研究解决 64 2 姿势修正量 全身取自然放松姿势引起的人体尺寸变化 立姿身高 眼高 肩高 肘高等 10mm 坐姿坐高 眼高 肩高 肘高等 44mm 3 操作修正量 即实现产品功能所需的修正量 上肢前展操作 对于 前展长 按按钮 12mm 操作扳钮开关 25mm 取卡片 20mm等 注意手脚操作动作多得很 复杂得很 怎么办 自己研究解决 二 心理修正量 为了消除空间压抑感 恐惧感或为了美观等心理因素而加的尺寸修正量 例如高平台上的护栏高度 工程机械驾驶室 岗站岗亭 坦克舱室的内空间 为造型美观把鞋加长等 增加的都是心理修正量 心理修正量应根据实际需要和条件许可两个因素来研究确定 同学们试着举出几个例子来吧 65 尺寸修正量有正负值 总修正量是各修正量的代数和 尺寸修正量 功能修正量 心理修正量 穿着修正量 姿势修正量 操作修正量 心理修正量 二 人体尺寸百分位数的选择 解决第二个问题的方法 先确定产品尺寸设计的类型 再选择采用的百分位数 一 产品尺寸设计的类型 分为以下3类4种 1 型产品尺寸设计需要大个子和小个子两个人体尺寸作为产品尺寸设计的依据 为了大个子和小个子均能适用 产品的尺寸应能调节 分别需要一个大百分位数和小百分位数的人体尺寸作设计的依据者 例如汽车驾驶室的座椅 自行车座的位置 腰带和手表表带的长短 落地式或台式麦克风口筒的高度等 66 2 型产品尺寸设计又分为以下两种 1 A型产品尺寸设计 又称 大尺寸设计 只需要按大个子的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据 若产品尺寸只要能适合大个子的需要 就必能适合小个子 因此只需要选择大百分位数的人体尺寸作为设计的依据者 属于 A型产品尺寸设计 例如床的长度和宽度 过街天桥上防护栏杆的高度 热水瓶把手孔圈的大小 礼堂座位的宽度 屏风 能阻挡视线 的高度等 2 B型产品尺寸设计 又称 小尺寸设计 只需要按小个子的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据 若产品尺寸只要能适合小个子的需要 就必能适合大个子 因此只需要选择小百分位数的人体尺寸作为设计的依据者 属于 B型产品尺寸设计 例如过街天桥防护栏杆的间距 电扇罩子 防手指进入受伤 的间距 浴室里上层衣柜的高度 阅览室上层书架的高度 读报栏高度的上限 公共汽车上车踏步的高度等 67 3 型产品尺寸设计 又称 平均尺寸设计 可参照中等身材 采用50百分位数的人体尺寸 P50 作为设计的依据 产品尺寸与使用者身材的关联较弱 分别适应又会带来其他不宜 就采用50百分位数的人体尺寸作为设计的依据者 属于 型产品尺寸设计 例如一般门上的手把 门上锁孔离地面的高度 大多数文具的尺寸 公共场所休闲椅凳的高度等 公用产品应按大个子还是小个子的需要来设计 初听觉得很难回答 如今看来基本理出头绪了 那么 是否所有实际问题都能如此单纯地进行归类呢 我们来 课堂讨论公共汽车顶棚扶手横杆的高度属于哪一型产品尺寸设计 68 二 人体尺寸百分位数的选择 问题设计产品的时候 大百分位数人体尺寸该用P90 P95 P99中的哪一个 小百分位数人体尺寸又该用P10 P5 P1中的哪一个呢 满足度产品尺寸适合的使用人群占总使用人群的百分比 一般而言 产品设计希望达到较大的满足度 但并非满足度越大越好 过大的满足度 必然带来其他方面的不合理 例如让火车卧铺长度满足1 9m甚至2m大个子的需要 礼堂座位能让大胖子宽松就座 显然不合理 产品设计中选择人体尺寸百分位数的一般原则如下 一般产品 大 小百分位数常分别选P95和P5 或酌情选P90和P10 涉及健康 安全的产品 选P99和P1 或酌情选P95和P5 69 成年男女通用的产品 大百分位数选用男性的P90 P95 P99 小百分位数选用女性的P10 P5 P1 型产品选男 女50百分位数人体尺寸的平均值 P50男 P50女 2 表2 11人体尺寸百分位数的选择和产品的满足度 70 例1 设计计算公共汽车顶棚扶手横杆的高度 对比 抓的住 与 不碰头 两个要求是否相容 如互不相容 设法解决 解1 按乘客 抓得住 的要求设计计算 属于 B型男女通用产品小尺寸设计问题 应该有G1 J10女 XX1 1 式中G1 由 抓得住 要求确定的横杆中心的高度 J10女 女子举手功能高的10百分位数 由表9 1 GB T13547 1992 J10女 1766mm 18 55岁 XX1 女子的穿鞋修正量 设取XX1 20mm 2 按乘客 不碰头 的要求设计计算 属于 A型男女通用的大尺寸设计问题 应该有 代入式 1 得到G1 1766mm 20mm 1786mm 2 71 G2 H99男 XX2 r 3 式中G2 由 不碰头 要求确定的横杆中心的高度H99男 男子身高的99百分位数 见表2 1 由表2 1查得 H99男 1814mm 18 60岁 XX2 男子的穿鞋修正量 设取XX2 25mmr 横杆的半径 设取r 15mm 代入式 3 得G2 1814mm 25mm 15mm 1854mm 4 3 两个要求是否相容 如何解决 式 2 要求横杆中心低于1786mm 式 4 又要求它高于1854mm 互不相容 因此要通过设计来解决问题 本问题容易解决 横杆可比1854mm再略高一些 确保更多高个子的安全 在横杆上每隔半米左右挂一条坠有手环的带子 手环可比1786mm再略低一些 让更多小个子也抓得着 72 三 产品功能尺寸的设定 功能尺寸保证产品实现某项功能所确定的基本尺寸 功能尺寸指人机工程中与人体尺寸有关的尺寸 有别于加工图纸上的尺寸 例如沙发座面 枕头高度的功能尺寸 均指使用中受压变形后的尺寸 产品功能尺寸又分为两种 产品最小功能尺寸和产品最佳功能尺寸 最小功能尺寸 相应百分位数的人体尺寸 功能修正量 最佳功能尺寸 产品最小功能尺寸 心理修正量 例5确定客轮层高功能尺寸的最小值G最小和最佳值G最佳 解1 G最小 H95男 X功能 式中H95男 男子身高的95百分位数 H95男 1775mm X功能 功能修正量 由穿鞋修正量 25mm 和行走等因素所需的最小余裕量 设取90mm 两部分构成 即X功能 25mm 90mm 115mm 于是得到G最小 1775mm 115mm 1890mm 2 G最佳 G最小 X心理 式中X心理 心理修正量 设取X心理 115mm 于是得到G最佳 1890mm 115mm 2005mm 怎样确定火车卧铺铺长的最小 最佳功能尺寸 73 第五节设施器物的人体尺寸适应性与二维人体模板 一 设施与器物的人体尺寸适应性示例 示例1 自行车与大型挖掘机的脚踏板尺寸差不多 巨型客机操纵杆把手与自行车把手的尺寸也差不多 示例2 小 中 大型机床尺寸悬殊 但操纵装置都安置在近胸的高度 图2 20小 中 大型机床 操作件的安置高度相近 示例3 某仪表控制台 监视器放得这么高 得踩着凳子上去看 不是跟咱过不去吗 图2 21设施人体尺寸适应性不良的示例 74 示例4 厨房清洗台适宜高度的研究 图2 22 测定肌肉的活动程度 图2 22用背肌活动度测定适宜操作位置 怎么样 高度合适吗 上臂自然下垂 前臂接近水平 操作点略低于肘高 最佳 75 二 动态人体尺寸与二维人体模板 1 动态人体尺寸 动态人体尺寸人在各种姿势 做各种动作时的人体尺寸 图2 23成人蹲姿 跪姿 卧姿的最小占用空 表2 12成人蹲姿 跪姿 卧姿的最小占用空间 单位mm 76 2 二维人体模板及其应用 二维人体模板密实板材制作 尺寸比例和关节活动度 符合人体国标 二维人体模板作为设计工具供设计师购置应用 已有几十年历史 随着计算机仿真技术及相关软件的发展和普及 人体模板辅助设计的作用将逐渐降低 并最终淡出历史舞台 GB T14775 1993 坐姿人体模板功能设计要求 简介 1 坐姿人体模板的性别和视图方向两个性别 成年男性 成年女性 三个视图方向 侧视 图2 24 俯视 图2 25 正视 图2 26 图2 24俯视坐姿人体模板 图2 25俯视坐姿人体模板 图2 26正视坐姿人体模板 77 2 坐姿人体模板的尺寸等级和尺寸比例 男 女各3个尺寸等级 共6个尺寸类别 按男 女5 50 95百分位数的人体尺寸分 加上穿鞋修正量 通用比例为1 10 也可用1 5和1 1的比例 3 坐姿人体模板的基准线和关节角度调节范围 人体模板肢体上标有基准线 用来确定关节调节的角度 表2 13坐姿人体模板关节角度的调节范围 78 4 坐姿人体模板的应用 用于人机工程辅助设计 图2 27用于小汽车驾驶室设计 图2 28用于拖拉机驾驶室设计 用于车床设计 图2 30用于坐 立姿两用工作台设计 示例见图2 27 图2 30 79 工业设计人机工程 2版 阮宝湘等编著 第三章桌椅设计 第一节桌椅设计概述 一 坐姿工作与座椅 坐姿的生理学 解剖学特点 解除上身对腿 踝 膝 髋等关节的压力 减轻全身及腿部肌肉的负荷 降低体能消耗 腿部血管静压降低 血液易于向心脏回流循环 能缓解疲劳 有利于情绪的安定 对脑力劳动 精细操作 视觉作业更适宜 腿脚能参与操作 还能利用靠背发挥腿脚的蹬力 不利方面 操作范围 动作幅度小 双臂操作力小 对环境振动敏感 二 桌椅的历史与现状 80 古代桌椅在造型 装饰等审美 文化方面可供今人研究借鉴 但符合人体解剖学要求 能长时间坐着舒适的座椅却鲜如凤毛麟角 图3 1布劳耶钢管椅 1928 德国包豪斯学校的布劳耶 1902 1981 突破木制家具的传统 设计出第一把钢管椅 首开家具新材料使用的先河 沙发 瑞典医生阿克布罗姆的 站与坐的姿势 一书1948年问世 奠定解剖学指导座椅功能设计的基础 1954年发表了他的座椅靠背曲线设计 图3 2阿克布罗姆靠背曲线 座椅 81 1968年IEA召开第一次座椅国际学术研讨会 掀起研究高潮 随后 各国纷纷制定或修订新的座椅技术标准 如学校课桌椅 办公用椅 工作椅 飞机座椅 火车座椅等的工业标准 1974年日本把办公桌高度由740mm改为700mm 男用或男女合用 与670mm 女用 的两种新标准 1980年代以前我国办公桌的通用高度为800mm 近年我国市场上的新型办公桌已经降到较为合适的高度 我国已发布了一批家具的技术标准 如 GB T3976 1983 学校课桌椅功能尺寸 GB T14774 1993 工作座椅一般人类工效学要求 GB T3326 3328 1997 办公桌 文件柜 衣柜等家具尺寸标准等 合理的桌高 合理的椅面高 合理的 桌椅面高度差 因此 关键是座椅问题 优先分析 82 第二节坐姿生理解剖基础 一 坐姿脊柱形态及其生理效应 1 脊柱 椎间盘与骨盆结构 人体骨骼共有206块 图3 3全身骨骼图 3 4脊柱的构造 支撑头颅与全身的骨结构为脊柱 骨盆与下肢 脊柱分4个区段 共24节椎骨 脊柱的下端是骶尾骨 脊椎骨间的软组织称椎间盘 全部椎间盘的厚度之和占脊柱总长的1 4 腰椎的椎间盘最厚 83 骨盆由脊柱下端的骶尾段与髋骨构成 上接脊柱 下连下肢 骶尾骨嵌插在髋骨腔孔内 人的体重经骶尾骨传压在髋骨上 人坐着 体重由坐骨作用于椅面 腿脚不受力 人站着 体重通过腿脚作用于脚底支承面上 a 坐着b 站着 图3 5上身体重在骨盆处的传承情况 84 2 坐姿脊柱形态的变化及其生理效应 人直立时脊柱为正常生理弯曲状态 椎间盘受压均匀且较小 形态特征是腰椎段为向前凸出 且曲度较大 坐姿引起脊柱形态改变 腰椎段由前凸变直甚至略向后凸 不利腰间盘受压均匀 因此坐姿下腰椎易感不适 a 站着 腰椎前凸b 坐着腰椎凸向后 图3 6坐姿脊柱形态的变化 85 这种不利影响因靠背形式不同而明显不同 图3 7靠背仰角 支承对第三腰椎椎间盘压力的影响 可见坐姿脊柱形态的解剖学分析对于座椅设计很重要 86 二 坐姿下的体压 一 椅面上臀部与大腿的体压 两坐骨粗大坚壮 皮肤厚实 适宜承受坐姿的大部分体压 但压力过于集中 则因对微血管局部神经末梢压力过重而有碍 影响椅面上体压的因素 椅面软硬 椅面高度 椅面倾角及坐姿等 1 椅面软硬与椅面体压 硬椅面上加薄软的垫子 坐骨下压力峰值大幅度下降 可改善体压分布 坐垫太软 太厚 使体压分布过于均匀 则有害无利 图3 8椅面上适宜的体压分布 10 Pa 87 2 座高与椅面体压 图3 9三种座高下椅面体压等压线图 1