安全人机工程学 (3)

人体各部位的活动范围
常用的人体动力学模型分为14 个模块，如下图所示。在这个模 型中人体被分解成头、躯干、左 上臂、右上臂、左前臂、右前臂、 左手、右手、左大腿、右大腿、 左小腿、右小腿、左足与右足共 14个节段。
人体的14节段模型
坐姿人体模板的侧视图
人体外形模板
人体模板用于轿车驾驶室的设计
Pa
人体所能产生的最大功率可以用如下近 似公式给出，即
W 0.47 tQ1 Q2 t
Q1 56.592 0.398 AM 10 3
3.1.3 人的其它物理学特征
人的热力学特性
人体各部分的温度不同。 体表的温度称为体表温度或皮肤温度； 人体深部的温度，包括颅腔、胸腔和腹腔内部 的温度，称为核心温度。
例1.当已知某项人体测量尺寸的均值为 x ，标
准体差测为量尺SD寸，（设不欲妨求记的为任x一a）个时a，百则分x a位值的可人
由下式决定，即
xa x K S D （3－1）
式中为与有关的变换系数（查表得），借助 于（3－1）式，在设计适用于90%华北男性 使用的产品时，试计算应按怎么样的身高范 围去设计该产品的尺寸？
在环境温度为23℃时，
人体躯干的体表温度为32℃，
额部为33～34℃，手部30℃，足部27 ℃ ；
人体核心温度不易测量，通常临床用较易测 定的腋下、口腔或直肠温度代替核心温度， 简称体温（通常，腋下温度的正常值为 36.0～37.4℃，口腔温度为36.6～37.7℃，直 肠温度为36.9～37.9℃）。
人体动态几何特性
动态人体尺寸测量的特点是，在任何一 种身体活动中，身体各部位的动作并不 是独立无关的而是协调一致的，具有活 动性与连贯性。例如手臂可及的极限并 非唯一由手臂长度所决定，它还受到肩 部运动、躯干的扭转、背部的弯曲以及 操作本身所带来的影响。
车辆驾驶的静态图与动态图
上、下肢的转动、移动范围
本章主要从人的物理特性、生理特 性、心理特性以及人的数学模型与 热感觉等方面进行研究。
3.1 人的几何与物理特征
人的物理特性主要包括几何特性、力学 特性、热学特性、电学特性、声学特性 以及其它物理特性。这些物理特性对实 现人、机、环境三者优势的最优组合， 使人在使用时处于安全、舒适和宜人的 环境中十分必要。因此，它是人－机－ 环境系统工程中必须要熟悉与掌握的人 机学基本数据之一。
人体水平尺寸
人体头部尺寸
人体手部尺寸
人体足部尺寸
我国地域辽阔，按人体测量尺寸的相关资料将全 国分为六个区域，即 东北、华北区域 包括：黑龙江、吉林、辽宁、 内蒙古、山东、北京、天津、河北。 西北区域 包括：甘肃、青海、山西、陕西、西藏、 宁夏、河南、新疆。 东南区域 包括：安徽、江苏、上海、浙江。 华中区域 包括：湖南、湖北、江西。 华南区域 包括：广东、广西、福建。 西南区域 包括：贵州、四川、云南。 另外，港、澳、台地区的标准另行公布。
解：查表得华北地区男性身高平均值M＝
1693mm，标准差 S D＝56.6mm；欲使产品
适用于90%的人，故以第5百分位和第95百分 位为确定尺寸的界限值。查表得这时变换系数
（当 a 取5时， K ＝－1.645；当 a 取95时，
＝1.6K45），于是借助于（3－1）式便得到：
于xx955是＝＝按1166身9933高－＋1116..066044～55××17558666..66m＝＝m11范6708围06mm设mm计产品尺寸，
将适用于90%华北地区的男性。
人体静态几何特性
国家标准GB10000－1988提供了七类共47项 人体尺寸基础数据，同时还将年龄分成了三段： 18～25岁（男、女）；26～35岁（男、女） 以及36～60岁（男）与36～55岁（女），分 别按这些年龄段给出了各项人体尺寸的数据。
立姿人体尺寸
坐姿人体尺寸
人体骨骼分布图
肌肉的三元件力学模型
人体中的肌肉可分为三类，即骨骼肌、心 肌和平滑肌。
肌肉收缩的力学特性可用三元件简化力学 模型加以描述，如上图所示。图中C.C表示 收缩元件；S.C表示串联顺应元件，相当于 串联的无阻尼弹性元件；P.C表示并联顺应 元件，相当于并联的无阻尼弹性元件。三 个元件构成的性质共同决定了肌肉的力学 特性。
人体测量躯干部与四肢部基准点
人体测量数据的应用
在人体测量中，被测者通常只是一个 特定群体中较少量的个体，其测量数 值为离散的随机变量。
使测量数据能够反映出该群体的形态 特征及差异程度。对于静态人体测量 数据，应遵循概率统计的理论原则。 人体尺寸基本是呈正态高斯分布曲线。
人体身高分布和适应域
3.1.2 人的力学特征
生物力学是研究生物系统运动规律的科 学。人体生物力学侧重研究人体各部分 的力量、活动范围、速度，人体组织对 于不同阻力所发挥出的力量等问题。人 的骨骼和肌肉是人体的主要运动器官， 人体的力学特性也主要由这两种器官决 定的。人体骨骼共有206块，其中有177 块直接参与人体运动。
第三章 人机系统中人的 基本特征与热感觉
人－机－环境系统中，包含着人、 机、环境三大要素，它们相互依存、 相互制约、互相补偿。在这三大要 素中人是工作的主体，是主要方向， 起着主导作用。
因此，在设计任何人－机－环境系 统时都需要对人的特性进行充分考 虑，确保机的设计与环境的设计符 合人的需要。
肌肉的功率－速度曲线
上图给出了肌肉的收缩速度与肌肉 产生的张力之间的关系。
由图上可以看出：在中等程度的后 负荷作用下，产生的张力与它收缩 时的初速度大致呈反比关系。
著名的Hili（希尔）方程便给出了肌肉收缩速度
v 与张力 P之间的数学描述，即：
P P0 ab a
vb
v P0 ab b
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3.1.1 人的几何特征
人的几何特性（又称人体测量数据）分 为人体静态几何特性与人体动态几何特 性。 人体静态几何特性又称静态人体测量尺 寸（例如人体的长度、宽、高、围等）； 人体动态几何特性又称动态人体测量尺 寸（例如人体活动时的各种度量）。
人体的测量基准面和基准轴
人体测量头部基准点