人体测量方法简介.ppt

第二章人体尺寸及其应用方法,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。包括黄帝内经素问，灵枢经二书（公元前722前221年），共十八卷。是现存最早的中医理论著作，是春秋战国前医疗经验和理论知识的总结。意大利文艺复兴的先驱达芬奇（14521519）著名的人体比例图。文艺复兴巨匠米开朗琪罗（14751564）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,1,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。,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/T100001988中国成年人人体尺寸,2,二、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/T57031999用于技术设计的人体测量基础项目GB/T5706.1-5704.41985人体测量仪器。,3,（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,4,（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/T57021999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。,5,眼耳平面：,这个平面是德国人类学家提出的，并通过1877年颅骨测量会议及1884年法兰克福国际人种学会议而被采用的。,这一平面是由颅骨两侧的外耳门上缘点（po）和左侧眶下缘点（or）所组成的一个平面（见图）。当人采取直立姿势，两眼向前平视时，头部即大体上位于眼耳平面上。,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。,7,（三）测量项目及其定义,国标GB/T57031999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/T57031999对56个项目都做了定义、测量方法、测量仪器的说明。示例肩高：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。,8,（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,9,东方新锐DM-3全自动服装三维人体测量仪-数据采集,小儿体格测量方法（人体测量）,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。,GB/T100001988中国成年人人体尺寸,10,2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。以中国成年男子（1860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是中国男子身高的中值，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。,11,（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。,苏式火炮、苏式战斗机,（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2-10和图2-17）,12,第二节中国成年人的人体尺寸,一、GB/T100001988中国成年人人体尺寸简介,1GB/T100001988的适用范围此标准提供了我国法定成年人（男1860岁，女1855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1860岁，1825岁，2635岁，3660岁女1855岁，1825岁，2635岁，3655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,13,3人体尺寸分布状况的描述,人体尺寸的“分布状况”。GB/T100001988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,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（1860岁）身高的95百分位数是P95=1775mm，这就表示：中国成年男子（1860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。,14,表2-1人体主要尺寸（单位mm）,例2中国成年女子（1855岁）P5体重所代表的意义,15,（2）第二种方法：给出人体尺寸均值和标准差,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1860岁、女1855岁各一个年龄段的人体尺寸给出了均值和标准差。,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1860岁、女1855岁）的数据作简介如下。,16,2015年6月30日公布最新全国成年人平均身高,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）,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,18,图2-14坐姿人体尺寸,表2-3坐姿人体尺寸（单位mm）,19,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国标中部分人体尺寸项目的应用场合举例,20,21,3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）,22,4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）,23,三、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/T100001988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（16931647）mm46mm。女子相差（15861549）mm37mm。,24,人体尺寸的百分位数与均值和标准差的换算公式为,PK=xK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150百分位之间的百分位数时，式中取“”号；求5099百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,25,例求华北地区女子（1855岁）身高的95百分位数P95。,解由表2-7查得华北地区女子（1855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P95xK1586（1.64551.8）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/T100001988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。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。,26,（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100120mm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，19952002年的7年间，我国1217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。,27,人体尺寸数据库：中国人长高了长胖了,中国人体尺寸数据将再次采集,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）,28,二、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。,29,【服装效果图】-邹游正面人体比例,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/T129851991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。,31,一、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？GB/T129851991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？,32,2.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增加的尺寸修正量。,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。其他例子?,33,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，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。,34,2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。,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。,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。,35,3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。,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？,*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？,36,人体数据的其他应用：BodyLabs的人体3D模型数据应用平台,（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。,37,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,38,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G1J10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（1855岁）；XX1女子的穿鞋修正量，设取XX120mm。,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G11766mm20mm1786mm（2）,39,G2H99男XX2r（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（1860岁）；XX2男子的穿鞋修正量，设取XX225mmr横杆的半径，设取r15mm,代入式（3）得G21814mm25mm15mm1854mm（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。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。,40,三、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25mm90mm115mm,于是得到G最小1775mm115mm1890mm,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1890mm115mm2005mm,怎样确定火车卧铺铺长的最小、最佳功能尺寸？,41,人体工程学测量与调整服务-体育竞技,GOMPONTOS光学测量汽车碰撞过程中人体动力学数据