第二章 生理特征

不同职业的能量消耗
工作种类 职业例 每天的能量消耗 (千焦) 男人 女人
坐着的轻度工作
记账员
9600
8400
重手工劳动
中等身体运动 重体力劳动 极重的体力劳动
拖拉机驾驶员
屠夫 扳道员 煤矿工
12500
15000 16500 19000
9800
12000 13500 －
不同活动的能量消耗
活动种类 走路 负荷走路 活动条件 平地表面光滑，4公里/小 时 30公斤负荷，4公里/小时 能量消耗(千焦/分钟) 8.8 22.3
能量消耗的分类
基础代谢：通常将环境温度为18-25℃， 人处于清醒、静卧、空腹和排除肌肉活动 与精神紧张时的状态称为基础状态。基础 状态下人的的能耗被称为基础代谢量。对 于一个体重为70公斤的男性，基础代谢在 24小时内大约是7000千焦。对于一个体重 为60公斤的女性，一天的新陈代谢大约是 5900千焦。
最大肩宽
坐姿臀宽 坐姿两肘间宽
347
295 326
363
310 348
371
318 360
397
344 404
428
374 460
438
382 478
458
400 509
源自文库
人体尺寸与设备高度
编号 1 2 3 4 5 定义 与人同高的设备 设备与眼睛同高 设备与人体竿重心同高 设备与坐高相同 眼睛能够望进设备的高度 设备与身高之比 1/1 11/12 5/9 6/11 10/11
2.2 人体的动态生理特征
• • • • 人的神经系统 人体的肌肉系统 人的能量供应系统 脉搏与体力劳动
2.2.1 人的神经系统
• 神经系统的结构 • 神经的功能 • 肌肉的神经分布
神经系统的结构
人的神经系统可分为中枢神经系统和末 梢神经系统两大部分。中枢神经系统包括 大脑和脊髓。末梢神经系统包括传入神经 （感觉神经）、传出神经（运动神经）。 神经系统通过感觉器官（眼、耳、鼻 、皮 肤等）获得外界信息，再由传入神经传递 给中枢神经系统，中枢神经系统做出决定 后，由传出神经给肢体肌肉下达指令，使 其做出相应的运动。
• • • • 概率分布 平均值 均方差 百分位数
平均值与均方差的关系
方差 概率
1
0.6826
1.65
0.9000
2
0.9544
3
0.9987
百分位数
• 百分位数是指一个随机变量(某一人体测量 尺寸指标)低于某一给定概率处的值。 • 在人因工程设计中常用到的百分位数是5%、 10%、50%、90%和95%。按5%设计，表 示有5%的人的尺寸低于设计尺寸，按95% 设计，表示95%的人的尺寸低于设计尺寸。 • 注意是单侧百位数还是双侧百位数
1586
1575
1575
1560
1549
1546
时间
• 随着生活水平的提高，人体的平均高度也 在增长。我们都感到现在的年轻人比过去 的人要高。 • 据统计，过去三十年，日本人的平均身高 增加了8厘米之多。 • 我国国家技术监督局的统计结果表明，我 国青少年的身高也有一定的增长。
人体尺寸的统计指标
肌肉运动中的电现象
• 静止时肌肉纤维有一个90微伏的电位，被称为静 止膜电位。 • 肌肉开始收缩时，静止电位迅速消失。肌肉纤维 的内部开始带正电，这个电位被称为行动电位。 • 行动电位的产生包括肌肉纤维膜的去极和重新极 化两个过程。在这期间，肌肉不可以被新的神经 命令所刺激起来，所以这段时间又被称作绝对不 应期，这段时间持续大约1-3微秒。 • 肌肉的电现象可以通过放大器，以皮电图的方式 记录下来。
14
15 16 17 18
坐姿控制台高度
台面下的空间高度(下限) 操纵用座椅的高度 休息用座椅的高度 座椅到操纵台面的高度
7/17
1/3 3/13 1/6 3/17
人体尺寸的影响因素
• • • • • 性别 年龄 国家 地区 时间
性别
性别对群体尺寸差别的影响也许是最 大的。男女之间的平均身高相差为10厘米 以上。按95%男性设计的达到高度将有 50%以上的女性达不到。
年龄:身高随年龄的变化 (cm)
年龄(岁) 1-5 5-10 10-15 15-20 20-35 35-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 女性 +36 +28 +22 +1 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 男性 +36 +27 +30 +6 0 0 -1 -1 -1 -1 -1
上楼梯
骑自行车 锯木
坡度为30度，17.2米/分钟
16公里/小时 60来回/分钟
57.5
22.0 38.0
家务劳动
打扫清洁
8-20
能量消耗与健康
能量消耗的上限：今天大多数生理学家 都把每天的平均总能量消耗20000千焦作作 为体力劳动的合理上限，这对应于平均每 个工作日10500千焦的工作能耗。如果把它 平均地分到8小时，对应于每小时1300千焦 的工作能耗.。
神经的功能
神经系统本质上是一个控制系统，它 控制着外部的和内部的运动，并监视着各 种感觉器官。一个神经细胞的工作取决于 它对刺激物的敏感性和它把一个刺激物沿 着神经纤维传递的能力，当一个神经细胞 受到刺激时，产生的脉冲沿着神经纤维送 到工作中的器官。
肌肉的神经分布
每一块肌肉都是通过运动神经和感觉神经与大 脑这一控制中心连在一起的。运动神经把神经脉 冲（在这种情况下是运动命令）从大脑带到骨胳 肌肉，在这里它们带来收缩或其他运动指令。在 一块肌肉内，这个神经被分成几个纤维，每一个 纤维与几个肌肉纤维连在一起。每一个运动神经 细胞与它们所在的肌肉纤维一起组成一个运动单 位，在做比较精密的技术性工作时，每个运动单 位只有3-6个肌肉纤维，而在做重体力工作的肌肉 中，一个神经元也许会分布在100个肌肉纤维上。
最大肩宽
坐姿臀宽 坐姿两肘间宽
383
284 353
398
295 371
405
300 381
431
321 422
460
347 473
469
355 489
486
369 518
中国成年女子的人体尺寸
百分位数 身高 体重（kg） 眼高 肘高 坐高 坐姿眼高 坐姿肘高 坐姿大腿厚 坐姿膝高 坐深 臀膝距 胸宽 1 1449 39 1337 873 789 678 201 107 410 388 481 219 5 1484 42 1371 899 809 695 215 113 424 401 495 233 10 1503 44 1388 913 819 704 223 117 431 408 502 239 50 1570 52 1454 960 855 739 251 130 458 433 529 260 90 1640 63 1522 1009 891 773 277 146 485 461 561 289 95 1659 66 1541 1023 901 783 284 151 493 469 570 299 99 1697 74 1579 1050 920 803 299 160 507 495 587 319
能量消耗与健康
研究结果表明，一个健康的男性职员每 天应有12000-15000千焦的能量消耗， 对 女性职员这个值为10000-12000千焦。邮递 员、机床的操作人员、制鞋和修鞋者一天 的能量消耗属于这个范围，成天坐着工作 的人可以通过在业余时间进行锻炼来达到 这个值。
2.2.2 人体的肌肉系统
• 人的肌肉结构 • 能源的来源 • 肌肉运动中的电现象
人的肌肉结构
• 人能够运动是因为有分布在全身的肌肉， 它差不多占人身体总重量的40%。 • 肌肉的一个最重要的特点是它可以缩短到 正常尺寸的一半左右，这种现象我们称之 为肌肉收缩。 • 每个肌肉纤维收缩时都有一定的力量，一 块肌肉的力量是这些肌肉纤维力量的总和。 人的肌肉的最大力量介于0.3-0.4N/mm2之 间。
6
7 8 9 10 11 12 13
能挡住视线的设备高度
站着用手能放进和取出物体的高度 站着手向上伸所能达到的高度 站姿使用方便的台面高度(上限) 站姿使用方便的台面高度(下限) 站姿最适宜的工作点高度 站姿用工作台高度 便于用最大力牵拉的高度
33/34
7/6 4/3 6/7 3/8 6/11 10/19 3/5
能源的来源
• 在肌肉的收缩过程中，机械能的产生是由消耗肌 肉中贮存的化学能转化来的，肌肉工作实际上是 一个化学能向机械能转化的过程。能量的释放是 由于肌动朊纤维和肌浆球蛋白中的蛋白质分子发 生的化学反应而引起它们位置的变化，产生收缩。 收缩的直接能源是在化学反应中含有丰富的磷酸 脂由高能状态变为低能状态。肌肉内的大部分能 源来自于三磷酸腺苷(ATP)，当它转化成二磷酸腺 苷时释放出大量的能量。肌肉纤维中的另一个化 学能源是磷肌酸，它分解成磷酸和肌酸时能释放 同样重要的能量。
设计中可采取的方案
• • • • • 按人体尺寸的分布 按人体平均尺寸设计 按某一百分比设计 按某部分人设计，为另一部分人提供调整 为某些特定的人设计
设计程序
• • • • • • 确定设计对象和目标 确定使用对象 确定相关的人体尺寸 决定极限百分比 根据查表或测量确定所需要的数据 向有关设计人员提供数据
2.2.3 人的能量供应系统
• • • • 人体的新陈代谢 能量消耗的分类 各种情况下的能量消耗 能量消耗与健康
人体的新陈代谢
• 人体的一个基本生物过程是新陈代谢，在这个过 程中人体从食物中吸收营养，把化学能转换成机 械能和热。 • 原来人体的能量消耗是用千卡(kcal)来测量的，现 在更常用千焦(KJ)来计量。两者之间的换算为：1 kcal = 4.187 KJ。 • 人体能量的消耗可以间接地通过人体氧的消耗来 进行，因为两者是直接相关的。当一升的氧在人 体内被消耗时，平均有20千焦的能量产生，这被 称为氧的热当量。
国家: 几个国家的男子平均身高(mm)
国别
美国
原苏联
西德
英国
瑞典
法国
意大利
中国
日本
身高
1772
1767
1755
1753
1741
1711
1710
1680
1667
地区:我国六大区域人体身高 (单位: mm)
东北、华北 西北 东南 华中 华南 西南
男子
1693
1684
1686
1669
1650
1647
女子
第二章
人体的生理特征及应用
本章学习目的
• • • • 认识人体尺寸的重要性 了解我国成年人的基本人体尺寸 掌握人体尺寸在系统设计中可采用的方案 掌握人体尺寸在系统设计中应该遵循的程 序 • 了解人体的动态生理特征 • 应用人体尺寸解决简单的人因工程问题 • 为后面章节的学习打下基础
2.1
• • • • •
能量消耗的分类（续）
生活能耗：人的日常生活，如起床、吃 饭、走动等也要消耗一定的能量，我们把 这些日常活动消耗的能量称为生活能耗。 一个普通男性一天的生活能耗大约是2400 千焦，而女性则为2000-2200千焦。
能量消耗的分类（续）
工作能耗：体力劳动一开始，人体内的 能量消耗就迅速地增加。工作使人能耗的 增加量称为工作能耗。工作能耗反映了涉 及到重体力劳动时身体的压力水平，它可 以用来评估工作的负荷水平、确定需要的 休息时间、比较各种不同工具的效率或不 同工作安排的效率。
人体尺寸
我国成年人的基本尺寸 人体尺寸的影响因素 人体尺寸的统计指标 设计中可采取的方案 设计程序
我国成年人的基本尺寸
• 中国成年男子的人体尺寸 • 中国成年女子的人体尺寸 • 设计高度与人体高度之比
中国成年男子的人体尺寸
百分位数 身高 体重（kg） 眼高 肘高 坐高 坐姿眼高 坐姿肘高 坐姿大腿厚 坐姿膝高 坐深 臀膝距 胸宽 1 1543 44 1436 925 836 729 214 103 441 407 499 242 5 1583 48 1474 954 856 749 228 112 456 421 515 253 10 1604 50 1495 968 870 761 235 116 464 429 524 259 50 1678 59 1568 1024 908 798 263 130 493 457 554 280 90 1754 71 1643 1079 947 836 291 146 523 486 585 307 95 1775 75 1664 1096 958 847 298 151 532 494 595 315 99 1814 83 1705 1128 979 868 312 160 549 510 613 331