安全人机环境工程市公开课一等奖省赛课获奖课件

安全工程学邢玉忠太原理工大学矿业工程学院安全工程系安全人机环境工程第1页第二部分安全人机环境工程Chap.1概述

Chap.2人机系统中人特征

Chap.3人机系统中人作业特征Chap.4人机环境系统Chap.5人机系统中作业环境Chap.6人机系统中设计

安全人机环境工程第2页Chap.2人机系统中人特征第一节、人体尺寸测量及其应用

第二节、人生理特征第三节、人心理特征安全人机环境工程第3页第一节.人体测量及其应用

主要内容二、人体尺寸测量※

1、人体尺寸测量基础

2、静态测量

3、动态测量五、人体尺寸应用—坐椅设计

一、人体测量基本知识

三、人体各部分结构参数计算四、人体测量中主要统计函数※安全人机环境工程第4页一、人体测量基本知识—1FundamentalsofAnthropometry

1、定义：人体测量学是一门用测量方法研究人体体格特征科学。它是经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差异，用以研究人形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。安全人机环境工程第5页一、人体测量学基本知识—2

2、人体测量数据种类：类型静态尺寸动态尺寸人体结构上尺寸人体功效上尺寸（包含人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量尺寸）安全人机环境工程第6页二、人体测量尺寸—11、人体尺寸测量基础

被测者姿势：（1）立姿：

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，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45角，体重均匀分布于两足。

安全人机环境工程第7页（2）坐姿：

挺胸坐在被调整到腓骨头高度平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。

安全人机环境工程第8页

测量基准面

人体基准面定位是由三个互为垂直轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定。人体测量中设定轴线和基准面

矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面；安全人机环境工程第9页

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，将靠近正中矢状面方向称为内侧，将远离正中矢状面方向称为外侧。安全人机环境工程第10页

测量方向(3)在四肢上，将靠近四肢附着部位称为近位，将远离四肢附着部位称为远位。（4）对于上肢，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。（5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。安全人机环境工程第11页

基本测点及测量项目（GB3975—83）（GB3975—85测量方法）测点头部测点（16个）躯干和四肢部位测点（22个）测量项目头部测量项目（12项）躯干和四肢部位测量项目（69项）

安全人机环境工程第12页二、人体测量尺寸—22、静态尺寸测量

立姿人体尺寸：安全人机环境工程第13页二、人体测量尺寸—32、静态尺寸测量

坐姿人体尺寸：安全人机环境工程第14页二、人体测量尺寸—43、动态尺寸测量

手臂活动范围：

矢状面

垂直面

安全人机环境工程第15页二、人体测量尺寸—53、动态尺寸测量

手臂活动范围：

冠状面安全人机环境工程第16页二、人体测量尺寸—63、动态尺寸测量

各关节活动角度

矢状面

冠状面安全人机环境工程第17页三、人体各部分结构参数计算由身高计算各部分尺寸：依据人体某个特征尺寸，能计算出其它各部位尺寸。这对于设计和应用是十分方便。经过统计发觉，各部尺寸都与身高成一定百分比关系。不一样国家和地域，身高与各部尺寸之比虽有差异，但差异较小。

（见下列图）

安全人机环境工程第18页由身高计算各部分尺寸安全人机环境工程第19页静坐是人体尺寸与身高

关系

名称

计算式

名称

计算式

坐高0.523H肘与肘间宽0.256H膝高0.311H臀部宽0.203H坐姿臀高0.249H肩宽0.229H座到肘高0.135H手前伸长度0.462H大腿厚0.086H坐位眼高0.454H臀部到膝高0.342H两手恻平伸长度1.032H臀部到小腿长0.280H坐面至举手指尖高0.795H安全人机环境工程第20页

四、人体测量中主要统计函数（术语）总体、样本均值、标准差术语适应域百分位百分位数安全人机环境工程第21页总体统计学中，把所要研究全体对象集合称为“总体”。人体尺寸测量中，总体是按一定特征被划分人群。所以，设计产品时必须了解总体特征，而且对该总体命名，比如，中国成年人、中国飞行员等。样本

统计学中，把从总体取出许多个体全部称为“样本”。各种人体尺寸手册中数据就是来自这些样本，所以，设计人员必须了解样本特点及其表示总体。安全人机环境工程第22页均值描述一个分布，必须用两个主要统计量：均值和标准差。前者表示分布集中趋势；后者表示分布离中趋势。均值计算公式为：

标准差标准差计算公式为：为相加，N为测量次数，为各单独测量值，M为均值。S为标准差，其它符号与（1）相同。

安全人机环境工程第23页百分位百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。比如，50%称为第50百分位。百分位数百分位数是百分位对应数值。比如，身高分布第5百分位数为1543，则表示有5%人身高将低于这个高度。在人体测量资料中，经常给出是第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，则可按下式求出：1%-50%之间数值：P=M-（SK）50%-99%之间数值：P=M+（SK）M为标准值；S为标准差；K为百分比变换系数。安全人机环境工程第24页例1设计适合用于90%华北男性使用产品，试问应按怎样身高范围设计该产品尺寸？解：由表查知华北男性身高平均值M=1693mm，标准差S=56.6mm.要求产品适合用于90%人，故以第5百分位和第95百分位确定尺寸界限值，由表查得变换系数K=1.645；即第5百分位数为：P=1693-（56.6*1.645）=1600mm第95百分位数为：P=1693+（56.6*1.645）=1786mm结论：按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%华北男性。讨论：平均值是作为设计基本尺寸，而标准差是作为设计调整量。安全人机环境工程第25页注意：例中被排除10%人，是10%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影响和经济效果。

当需要得到某项人体测量尺寸M1所处百分率P时，可按以下步骤及公式求得：Z=（M1-M）/S然后依据Z值查表得小p值，再按以下公式求百分率P；即P=0.5+p以以下例题说明：安全人机环境工程第26页例2已知男性A身高1720mm,试求有百分之多少西北男性超出其高度？

解：由表查得西北男性身高平均值M=1684mm，标准差S=53.7mm那么Z=（1720-1684）/53.7=0.670再依据Z=0.670查表得p=0.2486(0.249)即P=0.5+0.249=0.749结论：身高在1720mm以下西北男性为74.9%，超出男性A身高西北男性则为25.1%。

安全人机环境工程第27页人体尺寸数据选取标准：

必须适应或允许身体一些部分经过空间尺寸（如通道、出入口、防触及危险部位安全距离等），应以第95百分位值作为适用人体尺寸；有程度或受身体延伸所限制空间尺寸（如抓握物体可及距离、控制器位移、显示器与测试点位置、安全防护罩上空隙等），应以第5百分位值作为适用人体尺寸；安全人机环境工程第28页可调整尺寸（如高度可调坐椅、工作台、控制器、安全带等），应以第5百分位至第95百分位人体尺寸范围作为高速范围适用人体尺寸；只能用一个中等尺寸供群体使用时（如墙壁上开关高度、门上把手尺寸等），应以第50百分位数作为适用人体尺寸；在选取人体尺寸和体形时，首先应搞清该尺寸适用范围，如适用国家、地域、民族、年纪、性别、职业及社会阶层等，不然，盲目选取，设计出产品适用性较差；

安全人机环境工程第29页人体测量数据应用应注意人体尺寸变化。一方面从事某种工作劳动人群身材有变化时，其最佳适应尺寸也应随之改变；其次，世界各国人体身高有增加趋势，近20年来世界各国人体身高平均每增加1cm，我国人体身高增加更快，所以在收集或选用人体尺寸资料时应注意这种现象。安全人机环境工程第30页五、人体尺寸应用—坐椅设计人机要求

一、座姿舒适性概念

1、概述

人坐着时，大腿和上肢重量必须由座面来支撑，人骨盆下面有两块小面积圆骨能支持上身大部分体重。座面上臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步降低，直至与座面前缘接触大腿下部，此处压力最少。坐骨下面座面应近似水平，以使股骨不承受过分压迫，斗形座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引发不舒适感。安全人机环境工程第31页2、舒适座椅探讨舒适座椅可分以下各部分来探讨：

座椅硬度及形状；背垫硬度及形状；背垫与座垫关系；身体支撑舒适度和座面舒适度；座椅通气程度等。安全人机环境工程第32页要把人坐姿与座椅样式和尺寸联络起来；座椅尺寸应适宜于就坐者人体尺寸；座椅要适于就坐者保持不一样姿势需要和调整坐姿需要；靠背结构和形状要尽可能降低就坐者背部和脊柱疲劳；座椅上应配有适当质地坐垫以改进臀部及背部体压分布。二、座椅设计标准安全人机环境工程第33页

三、座椅尺寸设计人躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；上身应保持稳定；座位高度应不使大腿肌肉受压；能够变换或调整坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽可能降低身体不舒适感。1、座椅尺寸设计应遵照以下标准：安全人机环境工程第34页2、座椅主要尺寸设计座高定义：座高是指地面至就坐后面上坐骨支承处高度。适当座高应使臀部受力符合要求。讨论：座位过高，则不能使体重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，而且上、下腿和背部肌肉都会担心。座高过低，则会使背部肌肉担心，久而久之会产生背痛。所以，座高普通不宜超出小腿高（约为身高1/4），按中国人标准，可取为380—450mm。安全人机环境工程第35页

讨论：座深应使臀部得到全部支撑，同时，要求座面前沿不过分伸出，以预防挤压小腿，而且座面前沿应离开小腿一定距离，以确保小腿灵活性。普通情况下，座深应取450mm。2、座椅主要尺寸设计座深定义：座深是指座面前后距离。安全人机环境工程第36页2、座椅主要尺寸设计座宽座宽应满足臀部就坐所需要尺度，使人能自如地调整坐姿，普通取400—500mm，，肩并肩坐排座，座宽应能确保人能自由活动．所以，座宽应比人肘间宽稍大一些，530mm座宽能满足９５％人需要。安全人机环境工程第37页2、座椅主要尺寸设计