人因工程概论 课件【ch02】人体测量学与设计

人体测量学与设计第二章高等学校动画与数字媒体专业[全媒体]创意创新系列教材人因工程概论01人体测量学基础知识人体测量学基础知识011.人体形态特征人体形态特征主要包含人体尺寸、重量和表面积等，其中，人体尺寸包括静态人体尺寸和动态人体尺寸。人体静态尺寸(也称构造尺寸)是指人体在静止姿势下的人体尺寸，其中静止姿势包括站姿、坐姿、蹲姿和跪姿四种，例如，人体身高、臀宽、肘高、头围和坐高等都属于静态尺寸。动态人体尺寸(也称功能尺寸)是指人体在运动状态下的肢体动作范围，包括肢体活动角度及肢体达到的距离范围。一、人体测量学概述人体测量学基础知识012.生物力学特征生物力学特征主要指人体各部分出力大小，主要参数有拉力、推力和握力等。例如，很多控制器的操纵需要施加力的作用，明确人施加力的大小和方向才能科学地指导产品的设计，如图2-1-3所示。一、人体测量学概述人体测量学基础知识013.人体生理特征人体生理特征的参数主要是指人体的主要生理指标，包括心率、体温、耗氧量、血压、肌电、眼球运动和脑电等。一、人体测量学概述人体测量学基础知识01二、人体测量基本术语1.被试者姿势(1)立姿：如图2-1-5(a)所示。(2)坐姿：如图2-1-5(b)所示。人体测量学基础知识01二、人体测量基本术语2.人体测量基准面人体测量基准面是由三个垂直的坐标轴(横轴、纵轴和垂直轴)决定的，如图2-1-6所示。人体测量学基础知识01二、人体测量基本术语3.测量方向如图2-1-7所示。人体测量学基础知识01三、人体测量的方法1.传统人体测量方法传统人体测量方法主要采用GB/T5704——2008《人体测量仪器》规定的仪器，主要有人体测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、软卷尺、医用磅秤等(如图2-1-8所示)。人体测量学基础知识01三、人体测量的方法2.三维人体数据扫描方法如图2-1-9所示。三维人体数据扫描仪的主要原理有白光相位法、激光测量法和红外深度传感测量法。人体测量学基础知识01四、常用人体尺寸数据1.中国成年人静态人体尺寸(1)主要尺寸部位及数据我国成年人人体主要尺寸部位如图2-1-10所示。(2)立姿人体尺寸我国成年人立姿人体尺寸部位如图2-1-10所示。人体测量学基础知识01四、常用人体尺寸数据1.中国成年人静态人体尺寸(3)坐姿人体尺寸我国成年人坐姿人体尺寸部位如图2-1-11所示。人体测量学基础知识01四、常用人体尺寸数据1.中国成年人静态人体尺寸(4)人体水平尺寸我国成年人人体水平尺寸部位如图2-1-12所示。人体测量学基础知识01四、常用人体尺寸数据2.中国未成年人人体尺寸GB/T26158——2010《中国未成年人人体尺寸》提供了未成年人(4~17岁)72项人体尺寸及其涉及的11个百分位数。该标准适用于未成年人产品的设计与生产、相关设施的安全防护设计等。表2-1-5列出了部分未成年人身高数据。人体测量学基础知识01五、人体尺寸数据差异1.人体尺寸数据的种族和地域差异因地理环境、生活习惯和遗传等因素的不同，不同国家、地区和种族的人体尺寸数据的差异是十分显著的。2.人体尺寸数据的世代差异随着卫生医疗和生活水平的提高及体育运动的大力发展，人类的生长和发育发生了很大变化，造成同一种族、同一地区人群的人体尺寸的世代差异。在设计时需要在此人体尺寸数据的基础，上加以修正。人体测量学基础知识01五、人体尺寸数据差异3.人体尺寸数据的年龄差异年龄引起的差异应当引起设计师的重视，尤其是儿童和老年人的人体尺寸，在设计时应该充分考虑。4.人体尺寸数据的性别差异不同性别的人体尺寸、体重和比例关系存在显著差别。在设计时，不能把女性尺寸按较矮的男性尺寸来处理，因为男女的身体比例不一样。人体测量学基础知识01六、我国成年人活动范围1.肢体活动能及的距离范围(1)人体立姿活动空间和常用功能尺寸：如图2-1-15所示为人体立姿活动空间人体测量学基础知识01六、我国成年人活动范围1.肢体活动能及的距离范围(2)人体坐姿活动空间和常用功能尺寸：如图2-1-17所示。人体测量学基础知识01六、我国成年人活动范围1.肢体活动能及的距离范围(3)单腿跪姿活动空间：如图2-1-18所示。人体测量学基础知识01六、我国成年人活动范围1.肢体活动能及的距离范围(4)卧姿人体活动空间：如图2-1-19所示。人体测量学基础知识01六、我国成年人活动范围2.肢体的活动角度范围人体活动的部位有头、臂、肩胛骨、手、腿、小腿和足，其活动角度和方向如图2-1-20所示。人体测量学基础知识01六、我国成年人活动范围3.基于人体活动范围的设计以家具设计为例，除了要参考人体静态尺寸，还要考虑人体功能尺寸。例如，柜类家具的物品存放区域划分及隔板高度的设计依据就是基于手或足的活动范围及动作的难易程度的。02人体尺寸统计特征与应用方法人体尺寸统计特征与应用方法02一、正态分布、均值和标准差1.正态分布由于样本观察值是离散的随机变量，因此需要利用数理统计方法对数据进行处理，从而得到群体尺寸的统计规律和特征参数。人体尺寸测量数据中有部分尺寸数据近似服从正态分布规律：拥有中等尺寸的人数最多，随着与中等尺寸偏离值的加大，人，数越来越少，呈现“两头低，中间高”的，钟形。人体尺寸统计特征与应用方法02一、正态分布、均值和标准差2.人体尺寸数据均值和标准差群体人体尺寸的正态分布特征可以用均值()和标准差(SD)来描述，计算公式为人体尺寸统计特征与应用方法02二、人体尺寸数据百分位、百分位数1.百分位、百分位数累计频次的百分位和百分位数可以用来描述人体测量数据分布特征(包括正态分布和非正态分布)。百分位通常用第几百分位表示。百分位是一种位置指标，百分位数是某一百分位对应的具体测量值。人体尺寸统计特征与应用方法02二、人体尺寸数据百分位、百分位数2.适应域“大多数”应该是一个确定的定量化概念，如是90%还是95%，这个百分比就是“适应域”。适应域的大小是由设计师根据产品特性等条件决定的。一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只考虑整个分布的一部分“面积”，称之为“适应域”。一般说来，

适应域越宽，产品的适应面越大。一般情况下，适应域至少为90%。人体尺寸统计特征与应用方法02三、人体尺寸应用原则和方法1.I型产品尺寸设计(双限值设计)这类产品需要一个大百分位的人体尺寸和小百分位的人体尺寸作为产品设计的上、下限制依据。当不涉及使用者的健康和安全时，所选百分位数通常是第5到95百分位数；而当涉及人体安全和健康时，所选百分位数应扩大为第1到99百分位数，以保证几乎所有人都使用安全、方便。人体尺寸统计特征与应用方法02三、人体尺寸应用原则和方法2.II型产品尺寸设计(单限值设计)这类产品只需一个百分位人体尺寸作为设计的上限或者下限，分为IIA型和IIB型产品尺寸设计。IIA型产品采用大百分位数(通常是第95百分位数)作为设计上限。IIB型产品采用小百分位数(通常是第5百分位数)作为设计下限，如防护栏间隙、厨房上柜把手等。人体尺寸统计特征与应用方法02三、人体尺寸应用原则和方法3.III型产品尺寸设计(平均尺寸设计)这类产品设计的目的不在于确定界限，而在于确定最佳范围，可采用人体.第50百分位数。例如，电灯开关的高度、洗手台的高度要按均值设计，以适应大部分人的需求。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用1.身高身高是指人身体直立、眼睛向前平视时从头顶到地面的垂直距离，身高数据对确定人头顶上障碍物的高度非常重要，如确定通道和门的最小高度。需要注意的是，按照国家标准，身高是在不穿鞋情况下测量的，故使用时应给予适当补偿。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用2.眼睛高度眼睛高度是指人身体直立、眼睛向前平视时从内眼角到地面的垂直距离，需要注意的是，这类数据应该与脖子的旋转、弯曲及视线角度等结合使用，以确定不同头部状态下的视觉范围。同时，还应该加上鞋高修正量。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用3.肘部高度肘部高度是指从地面到人的前臂与上臂接合处可弯曲部分的距离，这类数据主要用于确定厨房案台、柜台、工作台及其他站着使用的工作表面的舒适高度。在确定上述高度时，必须考虑人体作业性质及操作面性质。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用4.挺直坐高挺直坐高是指人挺直坐着时，座椅表面到头顶的垂直距离，需要注意的是，这类高度要考虑座椅软垫弹性、座椅倾斜度、衣服厚度及人站起来和坐下时的活动范围。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用5.肘部宽度肘部宽度是指两肘屈曲自然靠近身体、前臂平伸时两肘外侧面之间的水平距离，由于涉及间距问题，应采用第95百分位数。6.臀部宽度臀部宽度是指臀部最宽部分的水平尺寸，也可以站着测量，此时为下半部躯干的最大宽度，由于涉及间距问题，应采用第95百分位数。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用7.肘部平放高度肘部平放高度是指从座椅表面到肘部尖端的垂直距离。需要注意的是，要考虑座椅表面倾斜度、座椅软垫弹性和身体姿势。8.大腿厚度大腿厚度是指从座椅表面到大腿与腹部交接处的大腿端部的垂直距离。这类设计需要考虑座椅软垫弹性。由于涉及间距问题，应选用第95百分位数。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用9.臀部到膝腿部长度臀部到膝腿部长度是指从臀部最后侧到小腿背面的水平距离。这里应选用第5百分位数，既满足小长度的人群，也满足大长度的人群。10.臀部到足尖长度臀部到足尖长度是指从臀部最后侧到膝盖骨前面与足尖相当的水平距离。由于涉及间距问题，应选择第95百分位数。人体尺寸统计特征与应用方法02四、常用人体尺寸及应用11.垂直手握高度垂直手握高度是指人站立、手握横杆，然后使横杆上升到使人没有感到不舒服或拉得过紧的程度为止，此时从地面到横杆顶部的垂直距离。另外，还需要考虑鞋的高度给予修正。12.侧向手握距离侧向手握距离是指人直立、手侧向平伸握住横杆，一直伸展到没有感到不舒服或拉得过紧的位置，此时从人体中线到横杆外侧面的水平距离。03基于人体尺寸的产品设计基于人体尺寸的产品设计031.确定所设计产品的类型涉及人体尺寸的产品，其设计依据是人体尺寸百分位数。在确定人体百分位数之前，需要明确所设计产品类型，即是I型(双限值设计)、I型(单限值设计)还是II型(平均尺寸设计)。一、产品设计中人体尺寸应用方法基于人体尺寸的产品设计032.选择人体尺寸百分位数在确定产品设计类型后，需要明确产品重要程度等级，即产品是涉及人体健康、安全的产品还是一般工业产品。在确定产品类型和重要程度等级后，根据适应域，选择人体尺寸百分位数。一、产品设计中人体尺寸应用方法基于人体尺寸的产品设计033.查询人体尺寸后，确定修正量查询人体尺寸后，人体尺寸修正量包括功能修正量和心理修正量。(1)功能修正量由于GB/T10000——1988标准所列的数据均为人体裸体测量结果，设计时应考虑鞋、衣引起的尺码变化，使用时应增加鞋、衣的修正量。(2)心理修正量有些产品在设计时，需要考虑人的心理作用引起的尺寸变化。一、产品设计中人体尺寸应用方法基于人体尺寸的产品设计03一、产品设计中人体尺寸应用方法4.确定产品功能尺寸产品功能尺寸是指设计中为确保某一功能实现而规定的产品尺寸，分为最小功能尺寸和最优功能尺寸两种，具体设定的通用公式如下。产品最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量产品最优功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量基于人体尺寸的产品设计03一、产品设计中人体尺寸应用方法5.建立产品原型，并进行测试评估建立产品原型，并进行性能测试与评估。具体的测试方法有两种：二维人体模板和真人评测。真人评测是真