第五章 作业空间设计1

1.人体静态测量 利用人体测量仪器，按照人体测量方法，使用人体测量术 语，对被测者静态的立姿或坐姿条件下，进行人体的各部分尺 寸测量。 人体测量仪器:测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、 座高椅、软卷尺、医用磅秤等 。 人体测量方法：在规定的测量基准、测量方向、衣着等 下，可以采用自动仪器测量、丈量法、摄 影法等。 人体测量术语：GB3975-83 《人体测量术语》 ，如冠状面， 鼻梁点，面宽等。
4、利用身高推算其它形体参数 大量研究表示，其它形体参数与身高存在一定比例关系， 当人体测量数据不全时，可以推算尚缺的数据。
我国中等身材人体各部尺寸与身高（H）的比例
项 目 公 式 (mm) 项 目 公 式 (mm) 坐高 膝高 坐姿臂高 肘到座平面高 大腿厚 臀部到膝长度 臀部到小腿长度 肘与肘间宽度 臀部宽 肩宽 手前举水平距离 坐位眼高 S1＝0.525H 女: S1=0.528H S2＝0.311H S3＝0.249H S4＝0.135H S5＝0.086H S6＝0.342H S7＝0.280H S8＝0.256H S9＝0.203H S10＝0.229H S11＝0.462H S12＝0.454H 两手平举直线距离 座面至手举竖直距离 手掌长 前臂长 上臂长 大腿长 小腿长 躯干长 肩峰至头顶高度 上胶长 下做长 S13＝1.032H 女: S13=1.01H S14＝0.795H l1＝0.109H l2＝0.157H 女: l2=0.141H l3＝0.172H 女: l3=0.188H l4＝0.232H 女: l4=0.242H l5＝0.274H 女: l5=0.234H l6＝0.300H l7＝0.176H 女: l7=0.179H l8＝0.442H 女: l8=0.444H l9＝0.523H 女: l9=0.520H
4.支承面、衣着和测量精度 立姿时站立的地面或平台及坐姿时的椅平面应是水平 的、稳固的、不可压缩的。被测量者应裸体或穿着尽量少 的内衣。线性尺寸测量精度为1mm，体重测量精度为0.5Kg。
三、人体测量数据处理
人体尺寸近似于正态分布， 人体测量数据处理过程中的特征 参数： Y
（1）平均值 它是指测量值分布最集中 区，反映测量值本质与特征， 是衡量一定条件下的测量水平。 用 M 表示。 平均值不能作为设计的依 据，否则只能满足 50 ％的人使 用。
对供大多数人使用的设计，一般应考虑让 90 ％， 95 ％或 99% 的人适合，只排除 10 ％， 5％或1％的人。应该排除多少人， 决定了设计的后果及经济效果。
例1、门及通道的最小高度的设计，应尽可能考虑使99%人通过 而不发生碰头事件，这时应选择高百分位身高数据。 例 2、操作力设计应按最小操作力设计，应选择低百分位数据。 例 3 、汽车驾驶室座面至顶高的尺 寸，要选择第95％百分位数所对 应的尺寸再加上必要的调整量； 若设计刹车脚踏板距座前 沿的距离，应选第 5 ％百分位数 对应的尺寸加上调整量。
第五章 作业空间设计
本章内容提要 1、人体测量的基本原理 2、人体测量数据的应用
3、作业空间设计的工效学原则
4、坐姿作业空间设计
5、立姿作业空间设计
6、坐立姿作业空间设计
5.1 人体测量的基本原理
一．人体测量的基本概念
人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。 它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人 体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设 计和工程设计提供人体测量数据。
2.测量基准面
人体测量基准面的定位 是由三个互为垂直的轴（垂 直轴、纵轴和横轴）来决定 的（图5.7）。
3.测量方向
在人体的上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方 称为足侧端。在人体的左、右方向上，将靠近正中矢状面 的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。 在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，将远离 四肢附着部位的称为远位。对于上肢，将桡骨侧称为桡侧， 将尺骨侧称为尺侧。对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓 骨侧称为腓侧。
例：一般的衣服、各种器具的设计是依据这样的尺寸比例。
5、由人体尺寸推算设计尺寸 采用“传递系数”由“人体测量尺寸”推算出机器的设计尺 寸。 机器尺寸=人体测量值×传递系数 传递系数：进行机械设计时，为了使用方便，对需要经常 使用的设计尺寸，根据百分位数给出的数值，进行修正和标准 化后得出的计算比例系数。
（３）确定功能修正量。 在设计中考虑有关人体尺寸时，首先应在人体尺寸上增加 适当的着装修正量；其次应考虑由于姿势不同引起的变化量； 另外，还要考虑实现产品各种操作功能所需的修正量。所有这 些修正量的总和为功能修正量。功能修正量一般由实验方法求 得，但也可从统计数据中获得。
（４）确定心理修正量。 为了满足不同人群的审美等心理需求，在产品的最小功能尺 寸上附加一项增量，称为心理修正量。功能修正量一般也由实 验方法求得。 （５）设定产品功能尺寸。 产品功能尺寸是指为确保实现某一功能而在设计时规定的 产品尺寸，其设定方法如下： 最小功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量 最佳功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量＋心理修正量
2.人体动态测量数据 动态数据涉及由四肢挥动所占有的空间体积与极限，一般 具有三维空间，即人体功能上的尺寸，包括人在工作姿势下或 某种操作活动状态下测量的尺寸。 3．人体测量方法与仪器 （1）普通测量法 采用一般的人体生理测量仪器，包括人体测高仪、直 角规、弯角规、三角平行规、软尺、测齿规、立方定颅器、
二.人体测量术语
国标GB/T5703－1999《用于技术设计的人体测量基础项目》 规定了人体测量术语。 1. 被测者姿势 （１）立姿。 指被测者挺胸直立，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，自然伸直膝部，左、右足后跟并拢， 前端分开，使两足大致呈45度夹角，体重均匀分布于两足。 （２）坐姿。 指被测者挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头 部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左、右大腿大致平行， 膝弯曲大致呈直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。
美国和日本汽车设计中采用的传递系数
汽车尺寸(mm)
座位一顶篷 靠背高度 座位宽度 座位高度 踏板一驾驶盘间距离 靠背一驾驶盘距离 座位深度 座位－驾驶盘间距离 1016 458~513（496） 458 356 610 356 458 178
人体测量平均值(mm)
坐 高 肩 高 少 宽 臀胭高 腰 高 腹 部厚 臀限窝距 大腿高 914 592 366 429 549 257 470 145
在设计手控制器和维修空间时，必须考虑手的动态尺寸。
2．肢体的出力范围 （1）坐姿作业时的手操纵力 最大力方向见图表。 （2）立姿作业时的手操纵力 最大力方向见图。 （3）坐姿作业时的脚操纵力 当膝部屈曲1300～1500或1600～1800时蹬力最大。图
三．人体测量数据的使用方法
1、百分位数的合理选择
X
3
M
M 3
M : 68.27%
M 2 : 95.55%
M 3 : 99.73%
（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。
（3）百分比值பைடு நூலகம்
百分比值的意义：
频数
低于该百分比
值点尺寸的人群在 总人群所占的比例。
应用时应考虑以下问题： （1）眼高的变化。 眼高决定着信息装臵放臵的位臵，需要根据不同作业姿 势增加修正值。 （2）手臂所及范围的变化。 手臂所及范围不仅确定手操作的最远点，而且还影响操 作的可靠性和效率以及用力情况，所以应考虑动态尺寸。
（3）脚掌尺寸及下肢活动范围的变化。
在不需要脚和腿操作时，使用静态尺寸可行，但进行脚控 制时，则需考虑脚和下肢的所及范围。 （4）手的尺寸及活动范围的变化。
2、考虑年龄、性别、地域的影响 随年龄、性别、地区、民族的不同，人体尺寸也不同，设 计时应考虑使用对象。 例1，自行车也分为多个尺寸段，如28、26、24，还有儿童 自行车等，就是考虑到不同人群的使用。 例2，目前许多产品都考虑到销往地域使用人群的人体测 量尺寸。 3、年代的影响
进行一次人体测量统计耗费大量的人力、物力和时间，因 此制定一次标准必须使用若干年。但人体尺寸却随年代、社会 经济状况的变化而不同，而且呈代代高现象，因此，在使用数 据时必须考虑测量年代，对数据进行必要的修正。
2．用人体模板校核空间布臵尺度
根据对人体测量数据所作的处理和选择而得到标准人体尺 寸，标准GB/T 15759-1995规定了四个身高等级设计用人体外形
模板的尺寸数据及其图形，适用于与人体有关的工作空间、操
作位臵的辅助设计及其工效学的评价
3．数字化人体设计 数字化人体模型技术可通过计算机辅助设计（CAD）方法确 定人在相应的工作环境下的性能，确定人体尺寸、形态、功能 及其定位，满足舒适性和安全性标准的要求。
5.2 人体测量数据的应用
一．常用人体静态测量数据
人体静态测量中的常用形体参数包括：高度、长度、 宽度、围径、体重、体积等。 中国成年人人体尺寸数据（GB10000-1988）。
二．常用人体动态测量数据
1．肢体的活动范围 （1）肢体的活动角度大小。 如，头、肩胛骨、臂、手、腿、脚等的活动角度。图 （2）肢体活动所能及的距离范围。 如，人体处在不同作业姿势时，手所能到达的最大范 围，包括最佳范围，最大可及范围等。图
比值（%）
112.0 83.9 125.2 83.0 111.1 138.4 97.5 123.0
四．人体测量数据的应用
1．确定产品（设备或建筑物）的功能尺寸 在涉及人体尺寸的产品、设备或建筑物设计中，设定产品 功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数，而人体尺寸百分位 数的选用又与所设计产品的类型密切相关。因此，设定产品功 能尺寸的一般步骤如下： （１）确定所设计产品（设备）的类型。 凡涉及人体尺寸的产品设计，首先应按GB/T12985—91 标准中规定的产品尺寸分类方法，如表5.6所示，确定所设 计的对象属于其中的哪一类型。 （２）选择人体尺寸百分位数。 按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和 一般工业品两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级以 后，选择人体尺寸百分位数的依据是满足度。
5% 50% 95%
测量尺寸
百分比值与其所对应的尺寸有如下的换算关系：
1%～50%百分比值处所对应的尺寸（值）： P v M K
50%～99%百分比值处所对应的尺寸（值）： P v M K K为百分比值变换系数（P170，表5.1）
例. 某一群体人的身高的平均值为1670mm，标准差为64mm， 求5％和95％的百分比值的尺寸。 解：查表5.1（表）, 5％时K＝1.645，95％时K=1.645 5％百分比值的尺寸Pv=1670-64×1.645≈1564.7mm 95％百分比值的尺寸Pv=1670＋64×1.645≈1775.3mm。
平行定点仪、坐高椅，量足仪、软卷尺等，主要测量人体
结构尺寸。
（2）摄像法
通过投影测量来确定随人的姿势而变化的功能尺寸，如 图5.4所示。常用的测量仪器是照相机或摄像机。
（3）三维数字化人体测量法
分为手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动非接 触式。其测量效率高、数据处理容量大、速度快、精度高，但 成本也较高。
5.3 作业空间设计工效学原则
一．按“人—机”关系考虑的布置原则
这里的人机关系表现为：人观察机器的运行状态，并对 机器实行控制。 从这一角度出发考虑机器设备的布臵，应根据下述原则 进行： 1、根据人机之间的信息交换频率布臵机器。 将信息交换频率高的机器布臵在离操作者最近的位臵， 便于操作者观察和控制。 2、根据人机之间所交换信息的重要程度布臵机器。 最重要的机器布臵在离操作者最近或最方便的位臵，避 免误观察或误操作。
身高分布曲线
（4）百分位数 在工效学的设计中，为了保证设计尺寸符合95％的大多数 人，经常使用5％、10％、50％、90％，95％五个百分比值，称 为第5％、10％、50％、90％、95％百分位数。 第5%百分位数是指：有5％的人群小于5％百分比值的尺寸。 代表小身材尺寸。 第50％百分位数是指：有50％的人群小于50％百分比值的尺寸。 代表中等身材尺寸。 第95%百分位数是指：有95％的人群小于95％百分比值的尺寸。 代表大身材尺寸。