人体工程学-人体工程学与家具培训课件.ppt

100million 人体工程学 01 绪论 02 人体工程学研究内容 03 人与环境 人体工程学由来与发展人体工程学相关学科 人体工程学内容人体测量数据 方法 应用 人与环境的交互作用人的行为与环境 人体工程学 04 人体工程学与室内设计 室内空间分类人体工程学与室内设计 06 以人为本的室内环境设计 建筑类家具设计人体类家具设计 05 人体工程学与家具 室内环境的生态 智能设计室内环境的人性化设计 家具设计的首要因素是符合人的生理机能和满足人的心理情感需求 人体工程学与家具 人体工程学与家具 家具设计除了造型的美观外 更重要的就是功能合理 所谓功能合理就是如何使家具基本尺度适应人体静态的各种姿势变化 诸如人体的站立 移动 座靠 卧躺等一系列的生活动作 人体测量的基本知识人体测量中的主要统计函数常用的人体测量数据人体各部分结构参数的计算人体测量数据的应用 人体测量 人体工程学与家具 人体测量学是一门新兴的学科 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上的差别 用以研究人的形态特征 从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据 概述 人体工程学与家具 人体形态测量数据 人体构造尺寸测量数据 人体功能尺寸测量数据 人体生理参数测量 人体静态时各部的尺寸数据 人体在某种运动状态下的各部尺寸数据 人体工程学与家具 人体测量的基本术语 被测者姿势测量基准面测量方向支撑面和衣着基本测点及测量项目 第五章人体工程学与家具 被测者姿势 立姿 坐姿 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 自然伸直腿部 左 右足后跟并拢 前端分开 使两足大致呈45 夹角 体重均匀分布于两足 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 足平放在地面上 手轻放在大腿上 人体工程学与家具 测量基准面 三轴矢状面正中矢状面冠状面水平面眼耳平面 人体工程学与家具 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 眼耳平面 测量方向 A 上方 下方B 内侧 外侧C 近位 远位D 桡侧 尺侧E 胫侧 腓侧 在人体上 下方向上 将上方称为头侧端 将下方称为足侧端 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 人体工程学与家具 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 人体工程学与家具 在上肢上 将桡骨侧称为桡侧 rao 将尺骨侧称为尺侧在下肢上 将胫骨侧称为胫侧 将腓骨侧称为腓侧 支撑面和衣着 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 无论何种姿势 身体都必须保持左右对称 由于呼吸而使测量值有变化的测量项目应在呼吸平静时进行测量 人体工程学与家具 基本测点及测量项目 在国标GB3975 83中规定了人机工程学使用的有关人体测量参数的测点及测量项目 其中包括 头部测点16个和测量项目12项 躯干和四肢部位的测点共22个 其测量项目共69项 其中分为 立姿40项 坐姿22项 手和足部6项以及体重1项 人体工程学与家具 线性测量项目为1mm 体重为o 5kg 测量值的读数精度 人体测量的主要仪器 人体测高仪人体测量用直角规人体测量用弯角规 人体工程学与家具 国标GB5704 1 85是人体测高仪的技术标准 该测高仪适用于读数值为1mm 测量范围为0一1996mm人体高度尺寸的测量 标准中所规定的人体测高仪由直尺1 固定尺座2 活动尺座3 弯尺4 主尺扦5和底层6组成 如图2 3所示 若将两支弯尺分别插入固定尺座和活动尺座 与构成主尺杆的第一 二节金属管配合使用时 即构成圆杆弯脚规 可测量人体各种宽度和厚度 人体测高仪 人体测量用直角规 国标GB5704 2 85是人体测量用直脚规的技术标准 此种直脚规适用于读数值为1mm和0 1mm 测量范围为0 200mm和0 250mm人体尺寸的测量 直脚规根据有无游标读数分1型和2型两种类型 人体工程学与家具 它是用于不能直接以直尺测量的两点问距离的测量 如测量肩宽 胸厚等部位的尺寸 国标GB5704 3 85是人体测量用弯脚规的技术标准 此种弯脚规适用于读数值为1mm 测量范围为0 300mm的人体尺寸的测量 人体测量用弯角规 人体测量中的主要统计函数 均值方差标准差百分位数 人体工程学与家具 均值 表示样本的测量数据集中地趋向某一个值 该值称为平均值 简称均值 均值是描述测量数据位置特征的值 可用来衡量一定条件下的测量水平和概括池表现测量数据的集中情况 对于有n个样本的测量值 x1 x2 xn其均值为 人体工程学与家具 一组学生的身高分别为 160cm 158cm 165cm 166cm 175cm 167cm 170cm 求这组学生身高的平均值 平均值 1600 1580 1650 1660 1750 1670 1700 7 1658 6mm 例 描述测量数据在中心位置 均值 上波动程度差异的值叫均方差 通常称为方差 方差表明样本的测量值是变量 既趋向均值而又在一定范围内波动 对于均值为x的n个样本测量值 x1 x2 xn 其方差s2的定义为 方差 S2 1 n 1 x1 x 2 x2 x 2 xn x 2 1 n 1 n i 1 xi x 2 人体工程学与家具 例 一组学生的身高分别为 160cm 158cm 165cm 166cm 175cm 167cm 170cm 求这组数据的方差S2 S2 1 7 1 160 166 2 158 166 2 170 166 2 33 1 标准差 1 n 1 n i 1 xi x 2 S 1 2 方差的平方根S就是标准差 人体工程学与家具 一组学生的身高分别为 160cm 158cm 165cm 166cm 175cm 167cm 170cm 求这组数据的标准差S S 33 1 例 百分位数 人体测量的数据常以百分位数表示人体尺寸等级 最常用的是第5 第50 第95三种百分位数 其中 第5百分位数表示 小 身材 是指有5 的人群身材尺寸小于此值 而有95 的人群身材尺寸大于此值 第50百分位数表示 中 身材 是指大于和小于此值的人群身材尺寸各为50 第95百分位数表示 大 身材 是指有95 的人群身材尺寸小于此值 而有5 的人群身材尺寸大于此值 人体工程学与家具 如何求百分位数 当已知某项人体测量尺寸的均值为x 标准差为s 需要求任一百分位的人体测量尺寸Pv 百分位数 时 可用下式计算 Pv X s k 当求1 50 之间的数据时 式中取 号 当求50 99 之间的数据时 式中取 十 号 人体工程学与家具 式中K为变换系数 设计中常用的百分位与变换系数K的关系见表 人体工程学与家具 例 匈牙利成年男性的平均身高为166 0cm 标准差是5 4 请求出该国成年男性群体中5 50 和90 的身高值 5 的身高值 166 0 5 4 1 645 157 1cm 50 的身高值 166 0 5 4 0 000 166 0cm 90 的身高值 166 0 5 4 1 282 172 9cm 常用的人体测量数据 GB10000一88是1989年7月开始实施的我国成年人人体尺寸国家标准 该标准根据人机工程学要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据 它适用于工业产品设计 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 该标准共提供了七个类共47项人体尺寸基础数据 标准中所列出的数据 是代表从事工业生产的法定中国成年人 男18 60岁 女18 55岁 人体尺寸 并按男 女性别分开列表 人体工程学与家具 人体各部分结构参数的计算 以身高计算各部分尺寸由体重计算体积和表面积由体重 身高 体积计算生物力学参数 对于设计中所需的人体数据 当无条件测量时 或直接测量有困难时 或者是为了简化人体测量的过程时 可根据人体的身高 体重等基础测量数据 利用经验公式计算出所需的其他各部分数据 人体工程学与家具 以身高计算各部分尺寸 人体工程学与家具 我国成年男女足底到膝盖的距离 男 0 265H 女 0 261H我国标准人的尺度 男 170cm 女 160cm我国标准人的体重男 62kg 女 52kg 人体工程学与家具 计算体积和表面积 人体体积计算 L 1 015W 4 937 W为人体体重kg 人体表面积计算 B 0 0061H 0 0128W 0 1529 H为身高cm W为体重kg 男性B 100H女性B 77H 人体工程学与家具 已知道身高求体重 正常体重 W H 110 kg 理想体重 W H 100 kg H的单位是cm 如果人体的体重经常低于或高于正常体重的10 以上 则属于不正常状态 人体工程学与家具 人体各部分体积 手掌体积 V1 0 00566L前臂体积 V2 0 01702L上臂体积 V3 0 03495L大腿体积 V4 0 0924L小腿体积 V5 0 4083L躯干体积 V6 0 6132L 人体工程学与家具 常用人体参数 建筑类家具 人体类家具 建筑类家具是指 与人体接触时间短的衣柜 餐柜 电视柜 酒柜等收纳类家具 人体类家具是指 与人体密切相关的直接影响人的健康与舒适性的家具 主要包括座椅与床 家具 人体工程学与家具 所谓建筑家具类 主要指附属于建筑物上贮存性壁柜 搁板 隔断等 建筑类家具设计主要依据人体身高和动态范围 一 立恣近身空间 图6 1 二 人体水平面作业空间尺度 图6 2 人体工程学与家具 三 收纳空间尺度划分 图6 3 人体工程学与家具 省力操作位置 图6 4表示立恣操作时的作业位置难易程度 人体工程学与家具 人体工程学与家具 作业面的高度对作业效率及肩 颈 背和臀部的疲劳影响很大 人体工程学与家具 一般而言 物品存放的位置以地面标高算起600 1650mm的范围最方便 因此 常用物品放在这个取用方便的区域 不常用的物品可放在600mm以下或1650mm以上的位置 人体类家具设计的人体工程学 人体基本动作人体的动作形态是相当复杂而又变化万千 从坐 卧 立 蹲 跳 旋转 行走等都会显示出不同形态所具有的不同尺度和不同的空间需求 从家具设计的角度来看 合理地依据人体一定姿态下的肌肉 骨骼的结构来设计家具 能调整人的体力损耗 减少肌肉的疲劳 从而极大地提高动作效率 因此 在家具设计中 对人体动作形态的研究显得十分必要 与家具设计密切相关的人体动作形态主要是立 坐 卧 人体工程学与家具 1 立人体站立是一种最基本的自然姿态 由骨骼和无数关节支撑而成 当人直立进行各种活动时 由于人体的骨骼结构和肌肉运动处在变换和调节状态中 所以人们可以做较大幅度的活动和较长时间的工作 如果人体活动长期处于一种单一的行为和动作时 他的一部分关节和肌肉长期地处于紧张状态 就极易感到疲劳 人体在站立活动中 活动变化最少的应属腰椎及其附属的肌肉部分 因此 人的腰部最易感到疲劳 这就需要人们经常活动腰部和改变站姿 人体工程学与家具 2 坐人体的躯干结构是支撑上部身体重量和保护内脏不受压迫 当人体站立过久时 就需要坐下来休息 当人坐下时 由于骨盆与脊椎的关系失去了原有直立姿态时的腿骨支撑关系 人体的躯干结构就不能保持原有的平衡和姿势 因此 就需要辅以依靠适当的坐平面和靠背倾斜面 对人体加以支撑和保持躯干的平衡 使人体骨骼 肌肉在人坐下来时能获得合理的松弛状态 为此 人们设计了各类坐具以满足坐姿状态下的各种使用功能 另外 人们的活动和工作也有相当大的部分是坐着进行的 因此 需要更多地研究人坐着活动时骨骼和肌肉的关系 人体工程学与家具 3 卧不管站立和坐 人的脊椎骨骼和肌肉总是受到压迫迫和处于一定的收缩状态 卧的姿态才能使脊椎骨骼的受压状态得到真正的松弛 从而得到最好的休息 因此 从人体骨骼与肌肉结构的观点来看 卧不能看作为站立姿态的横倒 当人处于卧与坐的动作姿态 其腰脊椎形态位置是完全不一样的 站立时基本上是自然S形 而仰卧时接近于直线 因此 只有把卧作为特殊的动作形态来认识 才能真正理解卧的意义和掌握好卧具 床 的功能设计 根据家具与人和物之间的关系 可以将家具划分成三类 人体工程学与家具 人体坐姿与座椅设计 人体工程学与家具 现在在工业社会中 约有2 3的工作是采用坐姿 坐椅对人有以下益处 1 减轻腿部肌肉的负担2 防止不自然的躯体姿势3 减低人的能耗4 减轻血液循环的负担不正确的坐姿和不适和的坐椅都会影响人体健康 由于椅子用途不同 人与人的尺寸 比例互不相同 坐椅的尺寸设计根据不同的用途采用不同的取值 座位的设计 坐椅的尺寸设计 人体工程学与家具 1 人体坐姿生理特征 直立站姿时脊柱基本成S形 坐姿时脊柱由S形向拱形变化 设计座椅时 考虑人体姿势是极其重要的 座椅设计要确保椎间盘压力最小 2 座椅设计的人体工程学基本原则 1 座椅的形式及尺度和它的用途相关 即不同的用途应有不同的座椅形式和尺度 2 应根据人体测量数据进行设计 3 身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担 休息时腰背部也应承担重量 4 减少大腿对椅面的压力 5 应设计靠背 腰部支撑和扶手 6 应能自由的变换身体位置 7 椅垫要有一定厚度 硬度和透气性 确保体重能均匀地分布于坐骨结节区域 人体工程学与家具 3 座椅分类 工作用椅休息用椅多用椅 4 工作用椅的人体工程学设计尺度 在设计椅子时要根据人体形态尺度和生理特征来设计合理的尺度 要特别注意的是人体坐下去以后的椅子尺度 因为它才是决定人体坐姿的 人体工程学与家具 工作椅的关键是如何适应人体作业和休息不同姿势 使人体能随意频繁地变换身体姿势 现代办公 计算机办公 室的作业椅需要满足的人体工程学设计尺度 人体工程学与家具 该作业椅的最大特点是靠背随着倾角的变化能够自动上下移动 保证任何姿势状态下腰部支撑处于最佳位置 研究发现 当靠背倾角由90 变化为105 时 腰部也相应下移约45mm 传统的椅子在这种状态下就不能保证正确的腰部支撑 人体工程学与家具 5 休息用椅的人体工程学设计尺度 休息用椅与工作用椅相比 更强调全身肌肉的松弛和脊柱形状的自然 人体工程学与家具 人体工程学与家具 6 座椅设计的其他主要尺度 工作用椅和休息用椅因使用目的不同 设计参数也有差异 除上面介绍的主要参数外 还有座面宽 扶手高等参数 坐面宽一般以女性的最大百分位数值设计 其值约为43 45cm 扶手要高过人体重心位置2cm左右 其值约为21 22cm 靠背宽为35 48cm 还要考虑坐面材料的软硬和透气性 软硬程度以坐下后平均下陷1 3cm 休息椅 0 6 1cm 工作椅 为宜 人体工程学与家具 7 摇椅的人体工程学设计 餐椅餐椅是人们使用时间短 相对简单的品种 餐椅设计的要点 从坐椅前端到桌面的垂直高度最好为230 305毫米椅子前缘距地面420毫米 距桌面290毫米椅面进深不应超过405毫米 宽度不应超过405毫米椅面应保持水平 腰部支撑与椅面之间角度应保持90 95度建议使用坐垫 宜使用19毫米厚的柔软 易清洗的材料制成腰部支撑的中心高于座面240毫米 要不区域长230毫米 宽度最小330毫米 人体工程学与家具 椅子的前缘可以调节125毫米 这样可以适合所有成年人座面从前到后的尺寸为406毫米椅子的宽度为406 560毫米椅垫厚度为51毫米的柔软材料 无底板座面的水平调节角度为0 15度靠背的水平调节角度为0 15度椅背高为635毫米 这样才能支撑肩膀 915毫米 可以支撑头部支撑中心高于椅面178 292毫米 调节幅度最小为51毫米椅背垫为弧形 用25 51毫米厚的柔软材料制成 弧度半径1000毫米为宜椅垫应该让人舒服 透气 并且有摩擦力椅面以上76毫米之内不适合有靠背 这个空间留给臀部座面前缘和靠背下缘的圆边的半径为12 7毫米扶手间距483毫米 扶手宽51 89毫米椅子应该可以旋转 为稳定起见应有五或六条腿 设计要点 LAML1000 系列椅设计师 ROBERTOLUCCIPAOLOORLANDINI设计时间 1991制造商 SHELBYWILLIAMSINDUSTRIES MORRISTOWN TENNESSEE U S A 人体工程学实验 实物原大的模型 椅背后面的鳍状突起 用纸和PVC管制作的模型 演示椅子的构造 三维显示出椅背和椅座的同步运动 实例一 四条腿的扶手椅 旋转扶手椅 弯曲的钢管 聚酰胺椅子滑轮 实例二 AC1 旋转椅设计师 ANTONIOCITTERIO制造商 VITRAGMBH WEILAMRHEIN GERMANY设计时间 1988年 通过对柔韧的聚甲醛树脂 DELRIN 和座椅下方协调机器装置的应用 使得椅子的座位和椅背可以自动随着使用者的前倾和后仰而加以调节 人体卧姿与床类设计 1 影响睡眠的主要因素 睡眠是人类生活中不可缺少的 人生约1 3的时间在睡眠中度过 2 人体的构造与寝卧姿势 床的使用功能务必注重考虑与人体的关系 着重于床的尺度与弹性结构的综合设计 床是否能消除疲劳 除了合理的尺度以外 主要取决于床的硬软度能否使人体卧姿处于最佳状态 3 床垫的三层构造 寝具的生命在于缓冲性 床垫的硬软度又与体压分布有关 不同弹性的床面 其体压分布情况也有显著差别 寝具的缓冲性构造以三层构造为好 床垫的硬软度又与体压分布有关 不同弹性的床面 其体压分布情况也有显著差别 与人体接触的面层采用柔软材料 中层采用硬一些的材料 有利于身体保持良好的姿态 最下层是承受压力的部分 用稍软的弹性材料起缓冲作用 4 床的尺度 1 床宽 人处于将要入睡的状态时床宽需要约50cm 由于熟睡后需要频繁翻身 日本学者通过摄像机对睡眠时的动作进行调查研究发现 不论是软床还是硬床 翻身所需要的幅宽约为肩宽的2 5 3 0倍 2 床长和床高 床长L h 1 05 h 身高 10 5 床宽W 2 5 肩宽 男43cm 女41cm 床高H 40 60cm 准人体家具类 介于人体家具类和建筑家具类之间的是准人体家具类 它虽然不需要支持人的身体 但人需在其上进行操作 如餐桌 写字台 梳妆台 茶几以及柜台 收银台 讲台与各类工作台 所谓准人体家具也叫凭倚性家具 它是人们工作和生活所需的辅助性家具 人体工程学与家具 工作面的高度结论 1 工作面高度应由人体肘部高度来确定 而不是由地面以上的高度来确定 该高度设定根据具体操作人的尺寸而定 2 工作面的最佳高度略低于人的肘部 工作面的高度设计按基本作业姿势 站立作业 坐姿作业 交替作业 工作面的高度取决于人工作时身体姿势的重要因素 不正确的工作面高度将影响人的姿势 引起身体的不适 降低工作效率 为有效提高工作速度和精确度 考虑 疲劳 和 单调 的人性因素 提出最佳的工作面高度是在人的肘下50毫米 这个数据是根据生产效率和工作人员的生理情况两个方面因素确定的 第五章人体工程学与家具 人体测量尺寸的应用原则 人体大小各不相同 设计一般不可能满足所有使用者 为了使设计能适合于较多的使用者 在应用人体测量数据时应考虑以下原则 1 由人体身高决定的物体 如门 船舱口 通道 床 拉架等 其尺寸应以第95百分位数为依据 2 由人体某些部分的尺寸决定的物体 如取决于腿长的坐平面高度 其尺寸应以第5百分位数为依据 3 可调尺寸 应可调节到使第5百分位数和第95百分位数之间的所有人使用方便 人体工程学与家具 4 以第5百分位数和第95百分位数为界限值的物体 当身体尺寸在界限以外的人使用会危害其健康或增加事故危险时 其尺寸界限应扩大到第1百分位数和第99百分位数 如紧急出口以及至运转着的机器部件的有效半径 应以第99百分位数为依据 而使用者与紧急制动杆的距离则应以第1百分位数为依据 5 门铃 插座 电灯开关的安装高度以及付账柜台高度 应以第50百分位数为依据 人体工程学与家具 应用人体尺寸参数数据时应注意的问题 1 必须弄清设计的使用者或操作者的状况 列出使用者的待征 包括性别 年龄 种族 体格等 2 人体尺寸的统计分布一般是呈正态分布的 故按人体尺寸均值设计产品和工作空间 往往只能适合50 的人群 而对另外50 的人群则不适合 3 选用人体尺寸数据时 要考虑操作者的着衣穿鞋情况和其他可能配备的东西 如手套 头盔 靴子及其他用具 人体工程学与家具 练习 已知某办公室六位男性职员的身高分别为 160cm 169cm 172cm 165cm 178cm 155cm求他们身高的平均值 2 求上述每人的正常体重 体积 表面积 3 艾克斯公司欲制造一批可调节电脑扶手椅分别出口到美国 加拿大和意大利 现委托各小组同学进行设计 假设使用者全都是成年男性 试求出椅面的可调节范围尺寸 单位cm 已知某办公室六位男性职员的身高分别为 160cm 169cm 172cm 165cm 178cm 155cm求他们身高的平均值 答 平均身高 166 5cm 160 169 172 165 178 155 6 2 求上述每人的正常体重 体积 表面积和躯干重心位置 并求出每个人办公桌的理想高度 不包括鞋 答 正常体重 H 110 160 110 50Kg 公斤 体积 1 015W 4 937 1 015 50 4 937 45 813L 升 表面积 0 0061H 0 0128W 0 1529 0 0061 160 0 0128 50 0 1529 1 4631M2 平方米 3 艾克斯公司欲制造一批可调节电脑扶手椅分别出口到美国 加拿大和意大利 现委托各小组同学进行设计 假设使用者全都是成年男性 试求出椅面和扶手的可调节范围尺寸 单位cm 美国男性的平均身高为175 5m 标准差为7 2 小腿加足高 计算公式S 0 249H或身高的坐平面高 163 7 3 13 37 8cm 答 以美国为例美国男性的平均身高为175 5m 标准差为7 2 因此第5 的身高 175 5 7 2 1 645 163 656m 第95 的身高 175 5 7 2 1 645 187 344m根据 小腿加足高 计算公式S 0 249H 美国男性第5 身高的坐平面高 0 249 163 7 40 8cm