人因工程第十一章ppt课件.ppt
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1、第十一章 人体测量 Ch3 Measuring of the Human Body,第一节 人体测量简介 第二节 静态测量 第三节 动态测量 第四节 典型标准 第五节 人体测量的应用,第一节 人体测量简介,人体测量是指对人类身体各方面特征数据的度量,特别是人体的尺寸、形状和耐力及这些数据在设计中的应用。 人体测量通过对测量人体各部分的尺寸,来确定人体和群体在人体尺寸上的共性及特性,为工业设计和工程设计提供依据。,第一节 人体测量简介,一、人体测量(Anthropometry) 人因工程学范畴内的人体测量数据可分为: 人体构造尺寸静态尺寸 人体功能尺寸动态尺寸 人体测量有关标准 GB397583
2、人体测量术语 GB5703854人体测量方法 GB5704.14 85人体测量仪器,第一节 人体测量简介,二、人体尺寸与工作台设计 人体测量的统计结果称为人体尺寸。 在应用人体结构尺寸来设计产品或设备时,应先确定使用对象并收集相应的统计数据,然后根据人体尺寸来确定设备或产品的尺寸。,第一节 人体测量简介,二、人体尺寸与工作台设计 应用人体测量设计工作台时,应遵循以下步骤: 分析任务,确定与工作有关的功能要求; 设立调查表,找出与工作台有关的其他问题; 确定使用者和相应的数据; 确定适应人群所占的比例; 确定基本的人体测量指标; ,第一节 人体测量简介,三、人体测量的方法 被测者的姿势 直立姿势
3、(立姿) 坐姿 测量基准面 矢状面 正中矢状面 冠状面 水平面 眼耳平面,图3-1 人体测量基准面和基准轴,第一节 人体测量简介,三、人体测量的方法 测量方向 在人体上、下方向:分头侧端,足侧端 在人体左、右方向:分内侧,外侧 在四肢上:分近位,远位 上肢:挠侧,尺侧 下肢:胫侧,腓侧 支承面和衣着,第一节 人体测量简介,四、人体测量的主要仪器 人体测高仪 人体测量用直脚规 人体测量用弯脚规,图3-2 人体测量用弯脚规,第二节 静态测量,静态人体测量可采取不同的姿势,主要有立姿、坐姿、跪姿和卧姿等几种。 静态测量数据是动态测量的基础,是人机系统不可缺少的参数。 制作衣服时人体尺寸的测量是常见的
4、人体静态测量方法。,第二节 静态测量,一、结构化的人体测量数据 人体测量数据是指人体不同部位的尺寸 。 1986年,Pheasant人体测量数据图(36种) 身高、眼高、肩高、坐高、坐眼高 肘高决定工作台的高度 指节高度作为栏杆和手柄的参考 指尖的高度与手指操作控件有关 ,图3-3 立姿人体尺寸,图3-4 坐姿人体尺寸,第二节 静态测量,二、数据的统计含义 由于人体之间存在差异,某一个体的测量尺寸不能作为设计的依据。通常选择测量群体中具有代表性的样本,并对其测量结果进行统计处理获得所需的数据。 人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸等级。最常用的是第5%、第50%、第95%三种百分位数表示。
5、,百分位数第5%、第50%、第95%,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。,第二节 静态测量,二、数据的统计含义 在人体测量中所得到的测量值,都是离散的随机变量,因而可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析,从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。,第二节 静态测量,二、数据的统计含义 均值 方差S2 标准差S 抽样误差,第二节 静态测量,二、数据的统计含义
6、 人体尺寸虽然并不完全遵循正态分布规律,但近似于正态分布。 根据统计学原理,选取足够大的样本估计人的人体测量尺寸,则样本的均数符合正态分布,样本本身的数据也符合正态分布。,进行数据处理时应注意下述问题: 样本的大小,取决于数据估计所要求的精度; 样本的随机性,要使数据估计具有代表性,样本的选取必须随机; 根据数据要求精度进行数据分组,统计各组频数。 依测得数据大小,统计累计频数; 将累计频数换算成累计频率,计算百分位数; 求平均值和标准差; 根据样本的平均数、标准差估计总体的区间; 求两种测量数据的相关系数和关系式。,第二节 静态测量,二、数据的统计含义 (1)平均值。它是指测量值分布最集中区
7、,此值可反映测量值本质与特征,是衡量一定条件下的测量水平,但不能作为设计的依据,否则只能满足50%的人使用。用表示。 (2)标准差。它表明一系列变数距平均值的分布状态或离散程度。用表示。标准差常用于确定某一范围的界限。在正态分布数据中 M 范围界限为68.27% M 2 范围界限为95.55% M 3 范围界限为99.73%,第二节 静态测量,二、数据的统计含义 (3)百分比值。按照统计规律,任何一个测量项目(如身高)都有一个概率分布和累计概率。 累计概率从0100%有若干个百分比值,当从0到横坐标某一值的曲线面积占整个面积的5%时,该坐标值称为5%百分比值;当占10%时称为10%百分比值;占
8、50%时称为50%百分比值等。工程上常用百分比值的范围表示设计范围,百分比值的范围越宽,设计时的范围越大,通用性越广。 1%50%间百分比值 Py=M- K 50%99%间百分比值 Py=M+ K,表111 百分比变换系数,例如,身高的平均值是1670,64,求5%和95%的百分比值的尺寸。 查表111:5%时K1.645,95%时K1.645,5%百分比值的尺寸 Py=1670-641.6451564.7, 95%百分比值的尺寸 Py=1670+641.6451775.3,第二节 静态测量,三、人体着装结构尺寸 实际应用中,一般用特定的人体结构尺寸均值Mx加上平均的衣物修正值My获得人体着装
9、结构尺寸M(x+y) M(x+y)= Mx + My,表3-1 由于着衣人体尺寸增大的调整值(建议值),单位:mm,第二节 静态测量,五、影响人体测量数据的因素 人体的结构尺寸随着区域、民族、性别、年龄和生活状况等因素的不同而有所差异。 民族因素:不能套用其他民族的测量结果 性别、年龄因素:男女之间,不同年龄段之间 职业因素:脑力劳动与体力劳动,运动员与非运动员,特殊岗位(如消防队员、模特、警察等)。,第三节 动态测量,活动空间 要完成一项非常简单的任务人体也需要某些部位运动,这就要求有足够的空间,即活动空间。 人在劳动或运动时,人体空间位置与尺寸时刻在变化,这种变化就是动态变化。 动态测量就
10、是测定人体动态变化时的数值。 活动空间的分配依赖于许多因素,如使用的人群、任务、衣物、设备等。,第三节 动态测量,伸展域 立姿时人的活动空间不仅取决于足够的活动空间,而且也取决于保持身体平衡的微小动作和肌肉。 人在站立并保持脚的站立面不变时,手臂的活动空间用舒展域来表示。伸展域分立视图和平面图。,第三节 动态测量,伸展域 Barnes,1963年提出水平作业范围。 正常区域:将上肢轻松地垂直于体侧,曲肘,以肘关节为中心,前臂和手能自由到达的区域。 最大区域:完全伸展整个胳膊所能涉及的区域。,图3-5 立姿的活动空间,图3-6 坐姿的活动空间,图3-7 仰卧的活动空间,第四节 典型标准,一、人体
11、尺寸设计中的基准点 1。驾驶舱的设计臀部关节或臀部 2。战斗机驾舱的设计眼睛 3。制造工作台设计手、ERP,第四节 典型标准,二、工作面 工作面的高度 重手工操作:手的位置在肘高之下200mm; 需要胳膊支持的任务,手在肘高之上50mm; 厨房的工作面:在肘高以下100mm。,图3-8人体尺寸部位标号(一),图3-9 人体尺寸部位标号(二),图3-10人体各部分尺寸的计算标号,第四节 典型标准,二、工作面 座位的设计 高度:应小于腿弯部的高度,膝盖和大腿的角度小于75,座位总的前后距离小于臀部腿弯部的长度。 空间:通道空间要考虑衣服和设备;考虑肘部伸展空间和达到使用者适应度的百分比时,两边各加
12、50mm.,第四节 典型标准,三、我国人体尺寸 1989年7月1日,GB10000-88中国成年人人体尺寸。 法定中国成年人:男18-60岁,女18-55岁。 47项人体尺寸数据,按男女性别分开; 三个年龄段:18-25,26-35,36-60(男), 36-55(女),第四节 典型标准,三、我国人体尺寸 选用GB10000-88中人体尺寸的注意点: 表列数值均为裸体测量的结果,设计时应考虑衣着的不同; 表列数值均为标准立姿、坐姿,用于其他立姿、坐姿的设计,要增加修正量; 表列数值将全国分成6个区域(不包括香港和澳门):东北、华北区, 西北区, 东南区, 华中区, 华南区,西南区。,第四节 典
13、型标准,四、人体各部分尺寸与身高的相关计算 正常成年人的身体各部分之间都有一定的比例关系,可根据这种比例关系计算人体相关参数。,第四节 典型标准,四、人体各部分尺寸与身高的相关计算 体重与身高的相关计算 正常体重:W=H-110(kg) 理想体重:WL=H-100(kg) 式中:H身高(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。,人体体积和表面面积的计算 (体重在50100kg),人体体积计算公式: V1.015W一4.937(L) 人体表面面积计算公式 由身高计算人体表面面积: 男性 B100H (cm2) 女性 B77H (cm2) 由身高和体重计算人体表
14、面面积: B.0061H+0.0128W-0.1529(m2),第五节 人体测量的应用,任务分析 使用对象选择 决定适应程度 确定标准和约束 CAD技术在人体测量中的应用(人体模板),图3-12二维人体模板,图3-13人体模板用于工作系统设计,图3-14人体模板用于小汽车驾驶室设计,图3-15 人体模板用于工程机械驾驶室设计,人体测量及测量数据的应用,人体测量学的方法与内容 人体测量学的例子:,在一些大客车座椅,或者老板椅的靠背上部,都有一道鼓起来的凸包。对于大多数中国人来说,这个凸包常常是顶在后脑勺,使得当身体后靠在椅背时,不得不稍稍低头。从设计上来说,这道凸包本来是用来垫靠颈部的凹处,使人
15、的头颈更舒服的。问题的出现是由于这些座椅的设计和生产直接从国外引进,而生产者又没有有关的常识,尺寸上完全照搬。由于中国人的身材较西方人小,结果西人垫颈的凸包就顶住了我们的后脑勺。,作业空间设计概述,人与机器结合完成生产任务是在一定的作业空间进行的。 人、机器设备、工装以及被加工物所占的空间称为作业空间。 按作业空间包含的范围,可把它分为近身作业空间、个体作业场所和总体作业空间。,近身作业空间,近身作业空间:指作业者在某一位置时,考虑身体的静态和动态尺寸,在坐姿或站姿状态下,其所能完成作业的空间范围。 近身作业空间包括三种不同的空间范围, 一是在规定位置上进行作业时,必须触及的空间,即作业范围;
16、 二是人体作业或进行其他活动时(如进出工作岗位,在工作岗位进行短暂的放松与休息等)人体自由活动所需的范围,即作业活动空间: 三是为了保证人体安全,避免人体与危险源(如机械传动部位等)直接接触所需要的安全防护空间距离。,作业场所、总体作业空间,作业场所:指操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域。 如汽车驾驶室。 总体作业空间:不同的个体作业场所的布置构成总体作业空间。 总体作业空间反映的是多个作业者或使用者之间作业的相互关系,如一个车间、办公室等。,作业空间设计概述,作业空间设计 从大的范围来讲,就是组织生产现场,把所需要的机器、设备和工具,按照生产任务、工艺流程的特点和人的操作要求
17、进行合理的空间布局。给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域,提高系统总体可靠性和经济性。 从小的范围来讲,就是合理设计工作岗位,以保证作业者安全、舒适、高效工作。,作业空间设计的一般要求(1),(一)近身作业空间设计应考虑的因素 作业特点。作业空间的大小尺寸与构成特点,首先服从工作需要,要与工作性质和工作内容相适应。 人体尺寸。作业空间设计需要参照人体尺寸数据。特别是一些空间受限制的作业环境。 作业姿势。采用不同的姿势需要占用的空间不同。 个体因素。设计作业空间还应考虑使用者的性别、年龄、人种、体型等因素。 维修活动。必须考虑维修活动对作业空间的需要。,作业空间设计的一般要求(2),(二)作业
18、场所布置原则 重要性原则:将最重要的机器布置在离操作者最近或最方便的位置。 使用频率原则:将信息交换频率高的机器布置在操作者近处,便于操作者观察和操作。 功能原则。把具有相同功能的机器布置在一起,以便于操作者记忆和管理。 使用顺序原则。根据人操作机器或观察显示器的顺序规律布置机器,可使操作者作业方便、高效。,作业空间设计的一般要求(3),(三)总体作业空间设计的依据 总体作业空间设计随设计对象的性质不同而有所差别。 企业的生产方式、工艺特点决定了总体作业空间内的设备布局。 作业空间设计时应结合操作任务要求,以人为主体进行设计。即首先考虑人的需要,为操作者提供舒适的作业条件,再把相关的设施进行合
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