第五章作業(yè)空間設計1

1、人體測量的基本原理

2、人體測量數(shù)據(jù)的應用

3、作業(yè)空間設計的工效學原則

4、坐姿作業(yè)空間設計

5、立姿作業(yè)空間設計

6、坐立姿作業(yè)空間設計第五章作業(yè)空間設計本章內(nèi)容提要5.1人體測量的基本原理一．人體測量的基本概念1.人體靜態(tài)測量

利用人體測量儀器，按照人體測量方法，使用人體測量術(shù)語，對被測者靜態(tài)的立姿或坐姿條件下，進行人體的各部分尺寸測量。人體測量儀器:測高儀、直角規(guī)、彎角規(guī)、三腳平行規(guī)、座高椅、軟卷尺、醫(yī)用磅秤等。人體測量方法：在規(guī)定的測量基準、測量方向、衣著等下，可以采用自動儀器測量、丈量法、攝影法等。人體測量術(shù)語：GB3975-83《人體測量術(shù)語》，如冠狀面，鼻梁點，面寬等。2.人體動態(tài)測量數(shù)據(jù)

動態(tài)數(shù)據(jù)涉及由四肢揮動所占有的空間體積與極限，一般具有三維空間，即人體功能上的尺寸，包括人在工作姿勢下或某種操作活動狀態(tài)下測量的尺寸。3．人體測量方法與儀器

（1）普通測量法采用一般的人體生理測量儀器，包括人體測高儀、直角規(guī)、彎角規(guī)、三角平行規(guī)、軟尺、測齒規(guī)、立方定顱器、平行定點儀、坐高椅，量足儀、軟卷尺等，主要測量人體結(jié)構(gòu)尺寸。圖5.1人體測高儀普通測量技術(shù)所用儀器（2）攝像法通過投影測量來確定隨人的姿勢而變化的功能尺寸，如圖5.4所示。常用的測量儀器是照相機或攝像機。（3）三維數(shù)字化人體測量法分為手動接觸式、手動非接觸式、自動接觸式、自動非接觸式。其測量效率高、數(shù)據(jù)處理容量大、速度快、精度高，但成本也較高。二.人體測量術(shù)語國標GB/T5703－1999《用于技術(shù)設計的人體測量基礎項目》規(guī)定了人體測量術(shù)語。1.被測者姿勢（１）立姿。指被測者挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側(cè)，手指輕貼大腿側(cè)面，自然伸直膝部，左、右足后跟并攏，前端分開，使兩足大致呈45度夾角，體重均勻分布于兩足。（２）坐姿。指被測者挺胸坐在被調(diào)節(jié)到腓骨頭高度的平面上，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，左、右大腿大致平行，膝彎曲大致呈直角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。2.測量基準面人體測量基準面的定位是由三個互為垂直的軸（垂直軸、縱軸和橫軸）來決定的（圖5.7）。3.測量方向在人體的上、下方向上，將上方稱為頭側(cè)端，將下方稱為足側(cè)端。在人體的左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱為內(nèi)側(cè)，將遠離正中矢狀面的方向稱為外側(cè)。在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱為近位，將遠離四肢附著部位的稱為遠位。對于上肢，將橈骨側(cè)稱為橈側(cè)，將尺骨側(cè)稱為尺側(cè)。對于下肢，將脛骨側(cè)稱為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱為腓側(cè)。4.支承面、衣著和測量精度立姿時站立的地面或平臺及坐姿時的椅平面應是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。被測量者應裸體或穿著盡量少的內(nèi)衣。線性尺寸測量精度為1mm，體重測量精度為0.5Kg。三、人體測量數(shù)據(jù)處理

人體尺寸近似于正態(tài)分布，人體測量數(shù)據(jù)處理過程中的特征參數(shù)：XY（2）標準差它表明一系列變數(shù)距平均值的分布狀態(tài)或離散程度。用表示。標準差常用于確定某一范圍的界限。（1）平均值它是指測量值分布最集中區(qū)，反映測量值本質(zhì)與特征，是衡量一定條件下的測量水平。用表示。平均值不能作為設計的依據(jù)，否則只能滿足50％的人使用。（3）百分比值

百分比值與其所對應的尺寸有如下的換算關(guān)系：1%～50%百分比值處所對應的尺寸（值）：50%～99%百分比值處所對應的尺寸（值）：K為百分比值變換系數(shù)（P170，表5.1）測量尺寸頻數(shù)百分比值的意義：

低于該百分比值點尺寸的人群在總?cè)巳核嫉谋壤?。?某一群體人的身高的平均值為1670mm，標準差為64mm，求5％和95％的百分比值的尺寸。解：查表5.1（表）,5％時K＝1.645，95％時K=1.6455％百分比值的尺寸Pv=1670-64×1.645≈1564.7mm95％百分比值的尺寸Pv=1670＋64×1.645≈1775.3mm。身高分布曲線（4）百分位數(shù)在工效學的設計中，為了保證設計尺寸符合95％的大多數(shù)人，經(jīng)常使用5％、10％、50％、90％，95％五個百分比值，稱為第5％、10％、50％、90％、95％百分位數(shù)。第5%百分位數(shù)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％百分位數(shù)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%百分位數(shù)是指：有95％的人群小于95％百分比值的尺寸。代表大身材尺寸。5.2人體測量數(shù)據(jù)的應用一．常用人體靜態(tài)測量數(shù)據(jù)人體靜態(tài)測量中的常用形體參數(shù)包括：高度、長度、寬度、圍徑、體重、體積等。中國成年人人體尺寸數(shù)據(jù)（GB10000-1988）。應用時應考慮以下問題：（1）眼高的變化。眼高決定著信息裝置放置的位置，需要根據(jù)不同作業(yè)姿勢增加修正值。1．肢體的活動范圍（1）肢體的活動角度大小。如，頭、肩胛骨、臂、手、腿、腳等的活動角度。圖（2）手臂所及范圍的變化。手臂所及范圍不僅確定手操作的最遠點，而且還影響操作的可靠性和效率以及用力情況，所以應考慮動態(tài)尺寸。（2）肢體活動所能及的距離范圍。如，人體處在不同作業(yè)姿勢時，手所能到達的最大范圍，包括最佳范圍，最大可及范圍等。圖二．常用人體動態(tài)測量數(shù)據(jù)2．肢體的出力范圍

（1）坐姿作業(yè)時的手操縱力最大力方向見圖表。（3）腳掌尺寸及下肢活動范圍的變化。在不需要腳和腿操作時，使用靜態(tài)尺寸可行，但進行腳控制時，則需考慮腳和下肢的所及范圍。（2）立姿作業(yè)時的手操縱力最大力方向見圖。 （3）坐姿作業(yè)時的腳操縱力當膝部屈曲1300～1500或1600～1800時蹬力最大。圖（4）手的尺寸及活動范圍的變化。在設計手控制器和維修空間時，必須考慮手的動態(tài)尺寸。三．人體測量數(shù)據(jù)的使用方法1、百分位數(shù)的合理選擇對供大多數(shù)人使用的設計，一般應考慮讓90％，95％或99%的人適合，只排除10％，5％或1％的人。應該排除多少人，決定了設計的后果及經(jīng)濟效果。例1、門及通道的最小高度的設計，應盡可能考慮使99%人通過而不發(fā)生碰頭事件，這時應選擇高百分位身高數(shù)據(jù)。例2、操作力設計應按最小操作力設計，應選擇低百分位數(shù)據(jù)。例3、汽車駕駛室座面至頂高的尺寸，要選擇第95％百分位數(shù)所對應的尺寸再加上必要的調(diào)整量；若設計剎車腳踏板距座前沿的距離，應選第5％百分位數(shù)對應的尺寸加上調(diào)整量。2、考慮年齡、性別、地域的影響隨年齡、性別、地區(qū)、民族的不同，人體尺寸也不同，設計時應考慮使用對象。3、年代的影響進行一次人體測量統(tǒng)計耗費大量的人力、物力和時間，因此制定一次標準必須使用若干年。但人體尺寸卻隨年代、社會經(jīng)濟狀況的變化而不同，而且呈代代高現(xiàn)象，因此，在使用數(shù)據(jù)時必須考慮測量年代，對數(shù)據(jù)進行必要的修正。例2，目前許多產(chǎn)品都考慮到銷往地域使用人群的人體測量尺寸。例1，自行車也分為多個尺寸段，如28、26、24，還有兒童自行車等，就是考慮到不同人群的使用。4、利用身高推算其它形體參數(shù)大量研究表示，其它形體參數(shù)與身高存在一定比例關(guān)系，當人體測量數(shù)據(jù)不全時，可以推算尚缺的數(shù)據(jù)。我國中等身材人體各部尺寸與身高（H）的比例項目公式(mm)項目公式(mm)坐高膝高坐姿臂高肘到座平面高大腿厚臀部到膝長度臀部到小腿長度肘與肘間寬度臀部寬肩寬手前舉水平距離坐位眼高S1＝0.525H女:S1=0.528HS2＝0.311HS3＝0.249HS4＝0.135HS5＝0.086HS6＝0.342HS7＝0.280HS8＝0.256HS9＝0.203HS10＝0.229HS11＝0.462HS12＝0.454H兩手平舉直線距離座面至手舉豎直距離手掌長前臂長上臂長大腿長小腿長軀干長肩峰至頭頂高度上膠長下做長S13＝1.032H女:S13=1.01HS14＝0.795Hl1＝0.109Hl2＝0.157H女:l2=0.141Hl3＝0.172H女:l3=0.188H

l4＝0.232H女:l4=0.242Hl5＝0.274H女:l5=0.234Hl6＝0.300Hl7＝0.176H女:l7=0.179Hl8＝0.442H女:l8=0.444Hl9＝0.523H女:l9=0.520H例：一般的衣服、各種器具的設計是依據(jù)這樣的尺寸比例。5、由人體尺寸推算設計尺寸采用“傳遞系數(shù)”由“人體測量尺寸”推算出機器的設計尺寸。傳遞系數(shù)：進行機械設計時，為了使用方便，對需要經(jīng)常使用的設計尺寸，根據(jù)百分位數(shù)給出的數(shù)值，進行修正和標準化后得出的計算比例系數(shù)。機器尺寸=人體測量值×傳遞系數(shù)汽車尺寸(mm)人體測量平均值(mm)比值（%）座位一頂篷靠背高度座位寬度座位高度踏板一駕駛盤間距離靠背一駕駛盤距離座位深度座位－駕駛盤間距離1016458~513（496）458356610356458178坐高肩高少寬臀胭高腰高腹部厚臀限窩距大腿高914592366429549257470145112.083.9125.283.0111.1138.497.5123.0美國和日本汽車設計中采用的傳遞系數(shù)四．人體測量數(shù)據(jù)的應用1．確定產(chǎn)品（設備或建筑物）的功能尺寸在涉及人體尺寸的產(chǎn)品、設備或建筑物設計中，設定產(chǎn)品功能尺寸的主要依據(jù)是人體尺寸百分位數(shù)，而人體尺寸百分位數(shù)的選用又與所設計產(chǎn)品的類型密切相關(guān)。因此，設定產(chǎn)品功能尺寸的一般步驟如下：（１）確定所設計產(chǎn)品（設備）的類型。

凡涉及人體尺寸的產(chǎn)品設計，首先應按GB/T12985—91標準中規(guī)定的產(chǎn)品尺寸分類方法，如表5.6所示，確定所設計的對象屬于其中的哪一類型。（２）選擇人體尺寸百分位數(shù)。按產(chǎn)品的重要程度又分為涉及人的健康、安全的產(chǎn)品和一般工業(yè)品兩個等級。在確認所設計的產(chǎn)品類型及其等級以后，選擇人體尺寸百分位數(shù)的依據(jù)是滿足度。

（３）確定功能修正量。

在設計中考慮有關(guān)人體尺寸時，首先應在人體尺寸上增加適當?shù)闹b修正量；其次應考慮由于姿勢不同引起的變化量；另外，還要考慮實現(xiàn)產(chǎn)品各種操作功能所需的修正量。所有這些修正量的總和為功能修正量。功能修正量一般由實驗方法求得，但也可從統(tǒng)計數(shù)據(jù)中獲得。（４）確定心理修正量。

為了滿足不同人群的審美等心理需求，在產(chǎn)品的最小功能尺寸上附加一項增量，稱為心理修正量。功能修正量一般也由實驗方法求得。（５）設定產(chǎn)品功能尺寸。

產(chǎn)品功能尺寸是指為確保實現(xiàn)某一功能而在設計時規(guī)定的產(chǎn)品尺寸，其設定方法如下：最小功能尺寸＝人體尺寸的分位數(shù)＋功能修正量最佳功能尺寸＝人體尺寸的分位數(shù)＋功能修正量＋心理修正量2．用人體模板校核空間布置尺度根據(jù)對人體測量數(shù)據(jù)所作的處理和選擇而得到標準人體尺寸，標準GB/T15759-1995規(guī)定了四個身高等級設計用人體外形模板的尺寸數(shù)據(jù)及其圖形，適用于與人體有關(guān)的工作空間、操作位置的輔助設計及其工效學的評價3．數(shù)字化人體設計數(shù)字化人體模型技術(shù)可通過計算機輔助設計（CAD）方法確定人在相應的工作環(huán)境下的性能，確定人體尺寸、形態(tài)、功能及其定位，滿足舒適性和安全性標準的要求。5.3作業(yè)空間設計工效學原則一．按“人—機”關(guān)系考慮的布置原則這里的人機關(guān)系表現(xiàn)為：人觀察機器的運行狀態(tài)，并對機器實行控制。從這一角度出發(fā)考慮機器設備的布置，應根據(jù)下述原則進行：1、根據(jù)人機之間的信息交換頻率布置機器。將信息交換頻率高的機器布置在離操作者最近的位置，便于操作者觀察和控制。2、根據(jù)人機之間所交換信息的重要程度布置機器。最重要的機器布置在離操作者最近或最方便的位置，避免誤觀察或誤操作。3、根據(jù)人操作機器或觀察顯示器的順序布置機器?？梢钥s短人在觀察和操作機器時所移動的距離，減少看管的時間周期，提高看管效率。例1：流水線操作。

例2：雷達面板設計。

圖4、根據(jù)機器的功能布置機器。把具有相同功能的機器布置在一起，這樣便于操作者記憶和管理。

例1、操作面板設計。例2、工廠機加車間分為車工組、銑工組、鉗工組等。上述四個原則，在實際實施中可能會相互矛盾，設計者應統(tǒng)籌考慮，全面權(quán)衡，根據(jù)主要目標選擇一個原則（抓主要問題、解決主要矛盾），適當照顧其它原則，并進行多方案分析比較，找出一個較滿意的解決方案。二．按“機—機”關(guān)系考慮的布置原則這里主要表現(xiàn)為生產(chǎn)工藝過程的順序性（按工序）。對于單一品種的大批大量生產(chǎn)，這一點很容易做到，而且影響也非常大。例如：拖拉機、汽車制造廠的流水線等。機器設備應按生產(chǎn)過程的原材料流向和工藝順序布置，以減少產(chǎn)品的流動時間，使加工路線最短。避免或減少原材料、半成品的倒流、往復流動。對于多品種單件小批生產(chǎn)情況，需要根據(jù)統(tǒng)計，分析計算出各產(chǎn)品在機器之間的流動次數(shù)和重量（物流強度），然后求出對于所有產(chǎn)品在統(tǒng)計意義上的最優(yōu)布置，即通過設施規(guī)劃或物流設計優(yōu)化機器的布置，盡量最優(yōu)。三．按“人—人”關(guān)系考慮的布置原則生產(chǎn)過程中人與人的協(xié)同關(guān)系主要表現(xiàn)為：人與人的信息傳遞。需要確定合理的人與人之間相對位置。人與人之間相對位置的確定主要取決于信息傳遞頻率、信息的重要程度、信息傳遞方式。人與人之間相對位置也會影響機器設備的布置。例如：辦公室的布置（老板、工作人員，接待員等）辦公樓的布置。四．分析調(diào)整機器設備布置在考慮上述三種關(guān)系的同時，還要考慮生產(chǎn)面積的限制條件、采光條件、安全條件、機器特性的相互影響的限制條件及維修場地限制條件等。一般情況下，不可能同時滿足“人—機”、“機—機”、“人—人”三種關(guān)系的布置原則，并達到最優(yōu)，而是首先考慮各種限制條件，然后按各布置原則給出多個方案，再進行權(quán)衡分析，經(jīng)過一系列的調(diào)整取得一個滿意解。調(diào)整方法：紙板、畫圖進行拼湊，計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。END百分比（%）K百分比（%）K0.51.02.551015202530502.5762.3261.9601.6451.2821.0360.8420.6740.5240.00070758085909597.59999.50.5240.6740.8421.0361.2821.6451.9602.3262.576百分比變換系數(shù)上下拉推手臂的角度（0）拉力推力左手右手左手右手1801501209060向后230240190250160