【文章內(nèi)容簡介】 ) 東北,華北 西北 東南 華中 華南 西南 男子 1693 1684 1686 1669 1650 1647 女子 1586 1575 1575 1560 1549 1546五. 時間 隨著生活水平的提高, 人的平均高度也在增長. 我們都感到現(xiàn)在的年輕人比過去的人要高. 在這方面, 日本人的變化更明顯. 據(jù)統(tǒng)計, 過去三十年, 日本人的平均身高增加了八厘米之多. 我國國家技術(shù)監(jiān)督局的統(tǒng)計結(jié)果表明我國的青少年的身高也有一定的增長, 雖然增加的幅度不是太大.第三節(jié) 人體尺寸的統(tǒng)計指標(biāo) 一. 概率分布 我們一般假定, 人體尺寸的某一指標(biāo)服從正態(tài)分布. 正態(tài)分布的分布函數(shù)為: 其中 , 為常數(shù), 分別是這一指標(biāo)的均值和均方差. 正態(tài)分布也被通俗地稱為鐘型分布, 其形狀如圖22所示. p │ │ │ │ │ │ │ └──────────── X 圖22. 正態(tài)分布圖 二. 平均值 平均值又被簡稱為均值, 是數(shù)理統(tǒng)計中最常用的指標(biāo)之一. 用統(tǒng)計學(xué)方法計算的平均數(shù), 能說明事物的本質(zhì)和特征, 可用來衡量一定條件下的測量水平和概括地表現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的集中情況. 平均值在人體測量學(xué)和人類工效學(xué)中占有重要的地位, 我們的許多設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)就是根據(jù)平均值確定的.三. 均方差 均方差, 又被稱為標(biāo)準(zhǔn)差, 表明一系列變數(shù)距平均數(shù)的分布情形. 方差變化大表示各變數(shù)分布廣大, 遠離平均數(shù), 方差小, 表示各變數(shù)接近平均數(shù). 方差常用來確定某一范圍的界限. 對于服從正態(tài)分布的隨機變量, 如人體的某一個尺寸, 方差與其對應(yīng)的區(qū)域或概率之間的關(guān)系為: 表27 正態(tài)分布方差與概率的關(guān)系 方差 概率 1 2 3 從表中我們可以看出, , 即大約有三分之一的值落在距均值一個方差之內(nèi), %的值都在三個方差之內(nèi). 一般說來,當(dāng)我們知道了方差之后, 就可以根據(jù)方差求出對應(yīng)的概率. 例如, , , 欲求可以滿足90%的人的區(qū)間. 我們很快可以求出, *, +*, 即(, ).四. 百分位數(shù) 百分位數(shù)是指一個隨機變量(某一人體測量尺寸指標(biāo))低于某一給定概率處的值 . 這是一個在設(shè)計中經(jīng)常用到的概念. 在設(shè)計中常用到的百分位數(shù)是90%, 95%, 分別表示90%和95%的使用者可以達到. 在這里我們應(yīng)當(dāng)特別注意是單側(cè)百位數(shù)還是雙側(cè)百位數(shù)的問題. 例如雙側(cè)95% , 而單側(cè)95% . 第四節(jié). 設(shè)計中可采取的方案 在設(shè)計時使用人體尺寸時有五種方案可供采用: 一. 按人體尺寸的分布. 對于大量生產(chǎn)的機器, 工具和消費品等, . 使用這種方法, 生產(chǎn)和管理費用較高, 除非是需求量很大, 否則經(jīng)濟上是不合算的. 在經(jīng)濟上可行的情況下應(yīng)盡量按人的尺寸的分布來進行設(shè)計, 因為這樣可以把使用時的不適降到最低限度. 二. 按人的平均尺寸設(shè)計 當(dāng)過大過小, 或過高過低都會造成使用不方便時, 這時可按平均尺寸設(shè)計,這樣可以把不適應(yīng)的人減少到最低限度. 當(dāng)被設(shè)計物可以調(diào)整時, 最初狀態(tài)也可按人的平均尺寸設(shè)計. 例于廚房切菜工作面的設(shè)計可按人的平均尺寸設(shè)計. 不可調(diào)整的椅子或可調(diào)整椅子的最初狀態(tài), 也可按人的平均尺寸設(shè)計. 三. 按某一百分比設(shè)計 這里有兩種情況. 當(dāng)設(shè)計不當(dāng)只會給一個極端的人帶來不利時, 可按單側(cè)百分比來設(shè)計,. 例如門框高度的設(shè)計. 門框設(shè)計高了對矮個子人沒有影響, 但門框設(shè)計低了對高個子人有影響. 故門框的設(shè)計可考慮單側(cè)百分比, 比方說95%來設(shè)計. 按照這一方案, 95%過門的人進門時沒有問題, 只有5%較高的人進門時需要低頭. 一般設(shè)計中最常用的百分比是95%, 也常用較高的標(biāo)準(zhǔn), 99%. 當(dāng)某一設(shè)計會給兩個極端的人都帶來不利時, 應(yīng)按雙側(cè)百分比來設(shè)計. 例如可調(diào)整高度的椅子設(shè)計. 若調(diào)整區(qū)間有限, 那么就可以考慮滿足中間一部分人, 如95%的人的要求, 這時我們就應(yīng)根據(jù)雙側(cè)百分點來設(shè)計, %和最矮的2.5%就被排除之外.四. 按某部分人設(shè)計, 為另一部分人提供調(diào)整 當(dāng)設(shè)計對某一極端的人的不利影響可以通過調(diào)整來消除, 而對另一部分人的不利影響無法消除時, 我們可以按后一類人的尺寸進行設(shè)計,為前一類人提供調(diào)整. 例如, 對于桌子高度的設(shè)計, 我們可以按高個子進行設(shè)計, 而給矮個子提供腳踏板. 如果按矮個子設(shè)計, 高個子的腳就沒有地方放.五. 為某些特定的人設(shè)計 對于某些非常昂貴的系統(tǒng), 我們可以根據(jù)特定的使用者來設(shè)計, 這樣可以在保證使用方便的同時降低制造成本. 例如飛機駕駛艙就是根據(jù)駕駛員的身體尺寸設(shè)計的.第五節(jié) 設(shè)計程序一. 確定設(shè)計對象和目標(biāo) 在設(shè)計中我們首先要考慮的是設(shè)計的對象和所要達到的目的, 是設(shè)計一輛自行車, 一個機床, 還是一個椅子? 若是設(shè)計一個椅子,那么設(shè)計這個椅子的目的是什么, 是一個豪華型的椅子, 還是一個大眾型的椅子. 若是豪華型的椅子, 我們的各項尺寸就可以定的松一些. 若是大眾型的椅子, 從成本的角度出發(fā), 我們也許應(yīng)把尺寸定得稍緊些. 二. 確定使用對象 我們已經(jīng)看到不同類的人的尺寸差異是比較大的, 因此我們在設(shè)計中就應(yīng)該考慮使用對象: 誰將使用這一產(chǎn)品? 是男的還是女的, 是老的還是少的, 是在國內(nèi)銷售還是出口, 若出口, 到哪個國家? 一件產(chǎn)品對某一類的使用者是適合的, 對另一類使用者可能就是不合適的, 如我們上面已經(jīng)提到的日本汽車出口到美國的例子.三. 確定相關(guān)的人體尺寸 不同的產(chǎn)品涉及到人體的不同的尺寸. , 我們要考慮到人的膝高, 坐深, 臀寬, 坐姿肘高等. 這些尺寸的重要性也是不同的, 有時甚至是相矛盾的, 這需要在設(shè)計時統(tǒng)籌考慮.四. 決定極限百分比 這是我們上面已經(jīng)討論過的設(shè)計方案問題. 是按平均尺寸設(shè)計? 還是按高個子或矮個子設(shè)計? 這需要根據(jù)具體的產(chǎn)品來定. 設(shè)計中常用的兩個百分度是90%和95%. 隨著人們生活水平的提高, 現(xiàn)在提倡盡量提供可調(diào)整的產(chǎn)品, 如可調(diào)整高度的椅子等, 當(dāng)然, 這樣制造成本就增加了. 五. 根據(jù)查表或測量確定所需要的數(shù)據(jù) 人體尺寸數(shù)據(jù)在各類設(shè)計手冊中可以查到, 一般的手冊都給出均值和均方差. 這時我們可以根據(jù)正態(tài)分布的假定, 算出設(shè)計要求對應(yīng)的百分比度. 若設(shè)計手冊中沒有設(shè)計中的涉及的人口分布的數(shù)據(jù)或沒有設(shè)計中涉及到的尺寸, 那么就只有通過實際測量的方法獲得需要的數(shù)據(jù). 用實測的方法, 數(shù)據(jù)的適用性增加, 但時間和費用也增加. 當(dāng)涉及到的人數(shù)量很大時,可能不得不只對有限的樣本進行測量, 這時就應(yīng)該用統(tǒng)計的方法控制樣本的偏差. 六. 向有關(guān)設(shè)計人員提供數(shù)據(jù) 獲得了需要的數(shù)據(jù)后, 可向產(chǎn)品的硬件的設(shè)計者提供數(shù)據(jù). 產(chǎn)品的設(shè)計者也許會根據(jù)技術(shù)要求對某些數(shù)據(jù)提出修改意見. 一般說來, 在硬件的設(shè)計者與人類工效學(xué)專家的意見相左時, 后者往往處于不利地位, 但讓硬件設(shè)計者事先知道人類工效學(xué)方面的建議比在產(chǎn)品生產(chǎn)出來以后才發(fā)覺有問題還是要好得多. 當(dāng)產(chǎn)品的設(shè)計者把產(chǎn)品設(shè)計出來之后, 讓他為了使使用者操作起來更方便而修改整個方案幾乎是不可能的, 這不僅使成本增加, 也影響設(shè)計人員的自尊心. 相反, 在設(shè)計的初級階段, 讓設(shè)計人員注意產(chǎn)品的使用方便問題是不難的. 因為這樣設(shè)計出來的產(chǎn)品, 不會增加產(chǎn)品的成本, 而且若使用方便, 設(shè)計者也會感到十分高興. 所以重要的是人類工效學(xué)者的意見應(yīng)盡早地讓設(shè)計人員知道.氖莼蠣揮猩杓浦猩婕暗降某嘰*, 那么就只有通過實際測量的方法獲得需要的數(shù)據(jù). 用實測的方法, 數(shù)據(jù)的適用性增加, 但時間和費用也增加. 當(dāng)涉及到的人數(shù)量很大時,可能不得不只對有限的樣本進行測量, 這時就應(yīng)該用統(tǒng)計的方法控制樣本的偏差. 六. 向有關(guān)設(shè)計人員提供數(shù)據(jù) 獲得了需要的數(shù)據(jù)后, 可向產(chǎn)品的硬件的設(shè)計者提供數(shù)據(jù). 產(chǎn)品的設(shè)計者也許會根據(jù)技術(shù)要求對某些數(shù)據(jù)提出修改意見. 一般說來, 在硬件的設(shè)計者與人類工效學(xué)專家的意見相左時, 后者往往處于不利地位, 但讓硬件設(shè)計者事先知道人類工效學(xué)方面的建議比在產(chǎn)品生產(chǎn)出來以后才發(fā)覺有問題還是要好得多. 當(dāng)產(chǎn)品的設(shè)計者把產(chǎn)品設(shè)計出來之后, 讓他為了使使用者操作起來更方便而修改整個方案幾乎是不可能的, 這不僅使成本增加, 也影響設(shè)計人員的自尊心. 相反, 在設(shè)計的初級階段, 讓設(shè)計人員注意產(chǎn)品的使用方便問題是不難的. 因為這樣設(shè)計出來的產(chǎn)品, 不會增加產(chǎn)品的成本, 而且若使用方便, 設(shè)計者也會感到十分高興. 所以重要的是人類工效學(xué)者的意見應(yīng)盡早地讓設(shè)計人員知道. 第三章 人體的肌肉系統(tǒng) 在日常生活和工作中, 我們經(jīng)常需要使用力氣. 如在搬運東西時, 我們需要手, 腿, 或肩膀使勁. 既使在站立不動時, 我們的腳和大腿也在用力, , 為了在工作時省力, 或不至于勞累過度, 我們需要了解人體的肌肉系統(tǒng). 第一節(jié) 生物原理 一. 肌肉的結(jié)構(gòu) 人能夠運動是因為有分布在全身的肌肉, 它差不多占人身體總重量的40%. 每一塊肌肉又是由許多肌肉纖維組成的. 有的肌肉纖維只有5毫米長, 而有的則可長達140毫米. . 一塊肌肉包含十萬到一百萬這樣的纖維. 纖維的終端組成一塊肌肉筋. 長肌肉纖維有時是成串地連接在一起的. 在每個肌肉的終端, 肌肉筋聯(lián)在一起形成一個硬的, 無彈性的肌肉鍵, 肌肉鍵是緊貼在骨骼上的. 肌肉的一個最重要的特點是它可以縮短到正常尺寸的一半左右, 這種現(xiàn)象我們稱之為肌肉收縮. 肌肉收縮的功率隨著肌肉長度的增加而增加. 肌肉纖維含有蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)中肌動朊和肌漿球蛋白的作用是十分重要的, 因為正是它們的收縮而帶動肌肉收縮的. 在肌肉收縮的過程中, 肌動朊纖維據(jù)認(rèn)為縮進肌漿球蛋白之間的, 如圖31所示. 每個肌肉纖維收縮時都有一定的力量, 一塊肌肉的力量是這些肌肉纖維力量的總和. , 因此截面積為100mm2的肌肉可以支持34公斤的重量(3040N). 這樣一個人的潛在的力量首先取決于他的肌肉的截面積. 經(jīng)過相同的訓(xùn)練, 一個女子由于肌肉較小可以施展的力大約比一個男子少30%.肌肉在它開始收縮時力量最大, 以后隨著肌肉的縮短力量也開始減弱. │ │ ├─── ─────┤ │ ━━━━━━━━━ │ 肌動朊纖維 ├─── ─────┤ │ ━━━━━━━━━ │ ├──── ─────┤ 肌漿球蛋白
│ │ 圖31. 肌肉收縮示意圖 二. 能源的來源 在肌肉的收縮過程中, 機械能的產(chǎn)生是由消耗肌肉中貯存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化來的, 肌肉工作實際上是一個化學(xué)能向機械能轉(zhuǎn)化的過程. 能量的釋放是由于肌動朊纖維和肌漿球蛋白中的蛋白質(zhì)分子發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而引起它們位置的變化, 產(chǎn)生收縮. 收縮的直接能源是在化學(xué)反應(yīng)中含有豐富的磷酸脂由高能狀態(tài)變?yōu)榈湍軤顟B(tài). 肌肉內(nèi)的大部分能源來自于三磷酸腺苷(ATP), 當(dāng)它轉(zhuǎn)化成二磷酸腺苷時釋放出大量的能量. ATP不僅存在于肌肉中, 差不多存在于所有的生物組織的纖維中,作為一種隨時可以釋放能量的貯備. 肌肉纖維中的另一個化學(xué)能源是磷肌酸, 它分解成磷酸和肌酸時能釋放同樣重要的能量. 低能磷化物在肌肉內(nèi)不斷地轉(zhuǎn)換成高能狀態(tài), 這樣肌肉內(nèi)貯存的能量才不會下降, 這是自然界的一個奇跡, 就相當(dāng)于用完了的汽油又變成了汽油. 但是這種高能磷化物的再生自身也需要能源. 這種能源是從葡萄糖, 脂肪中的元素和蛋白質(zhì)得到的. 在劇烈的, 大量的體力勞動中, 葡萄糖血液循環(huán)里最重要的糖是主要的能源供應(yīng). 在休息或中等強度的勞動時, 脂肪中的元素(脂肪酸)和蛋白質(zhì)是主要的能源供應(yīng). 因此, 葡萄糖, 脂肪和蛋白質(zhì)這些營養(yǎng)物質(zhì)是間接的能量來源, 為了使ATP和其他能源豐富的磷化物的貯存得到不斷的補充. 葡萄糖從血液中進入細胞, 在細胞中被轉(zhuǎn)化成外消旋酸. 從這里, 化學(xué)分解將沿著兩個方向進行, 取決于氧的供應(yīng)是否充分. 如果氧氣充分, 外消旋酸在氧化的過程中被分解, 產(chǎn)生水和二氧化碳, 這可以釋放足夠的能源以重新組成大量的ATP. 如果氧氣不充分, 正常的外消旋酸的分解便發(fā)生不了, 相反,它被轉(zhuǎn)換成乳酸. 乳酸是新陳代謝中的一種廢物, 它使人產(chǎn)生肌肉疲勞和酸疼的感覺. 這個過程中只釋放少量的能源幫助高能磷化物的重新組結(jié). 在劇烈的運動時, 人們有時感到呼吸不過來. 這實際上是他想通過大量的呼吸來彌補氧氣的不足, 他想償還他的氧負債. 這個氧負債是由于已經(jīng)發(fā)生的大量的能量的消耗引起的, 需要額外的氧氣以把乳酸換回成外消旋酸, 重新構(gòu)造高