【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1684 1686 1669 1650 1647 女子 1586 1575 1575 1560 1549 1546五. 時(shí)間 隨著生活水平的提高, 人的平均高度也在增長(zhǎng). 我們都感到現(xiàn)在的年輕人比過(guò)去的人要高. 在這方面, 日本人的變化更明顯. 據(jù)統(tǒng)計(jì), 過(guò)去三十年, 日本人的平均身高增加了八厘米之多. 我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明我國(guó)的青少年的身高也有一定的增長(zhǎng), 雖然增加的幅度不是太大.第三節(jié) 人體尺寸的統(tǒng)計(jì)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(chēng)為鐘型分布, 其形狀如圖22所示. 二. 平均值 平均值又被簡(jiǎn)稱(chēng)為均值, 是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中最常用的指標(biāo)之一. 用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算的平均數(shù), 能說(shuō)明事物的本質(zhì)和特征, 可用來(lái)衡量一定條件下的測(cè)量水平和概括地表現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的集中情況. 平均值在人體測(cè)量學(xué)和人類(lèi)工效學(xué)中占有重要的地位, 我們的許多設(shè)計(jì)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(chēng)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(yuǎn)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(lái)確定某一范圍的界限. 對(duì)于服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量, 如人體的某一個(gè)尺寸, 方差與其對(duì)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(gè)方差之內(nèi), %的值都在三個(gè)方差之內(nèi). 一般說(shuō)來(lái),當(dāng)我們知道了方差之后, 就可以根據(jù)方差求出對(duì)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(gè)隨機(jī)變量(某一人體測(cè)量尺寸指標(biāo))低于某一給定概率處的值 . 這是一個(gè)在設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的概念. 在設(shè)計(jì)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(dá)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(wèn)題. 例如雙側(cè)95% , 而單側(cè)95% . 第四節(jié). 設(shè)計(jì)中可采取的方案 在設(shè)計(jì)時(shí)使用人體尺寸時(shí)有五種方案可供采用: 一. 按人體尺寸的分布. 對(duì)于大量生產(chǎn)的機(jī)器, 工具和消費(fèi)品等, . 使用這種方法, 生產(chǎn)和管理費(fèi)用較高, 除非是需求量很大, 否則經(jīng)濟(jì)上是不合算的. 在經(jīng)濟(jì)上可行的情況下應(yīng)盡量按人的尺寸的分布來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì), 因?yàn)檫@樣可以把使用時(shí)的不適降到最低限度. 二. 按人的平均尺寸設(shè)計(jì) 當(dāng)過(guò)大過(guò)小, 或過(guò)高過(guò)低都會(huì)造成使用不方便時(shí), 這時(shí)可按平均尺寸設(shè)計(jì),這樣可以把不適應(yīng)的人減少到最低限度. 當(dāng)被設(shè)計(jì)物可以調(diào)整時(shí), 最初狀態(tài)也可按人的平均尺寸設(shè)計(jì). 例于廚房切菜工作面的設(shè)計(jì)可按人的平均尺寸設(shè)計(jì). 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(jì). 三. 按某一百分比設(shè)計(jì) 這里有兩種情況. 當(dāng)設(shè)計(jì)不當(dāng)只會(huì)給一個(gè)極端的人帶來(lái)不利時(shí), 可按單側(cè)百分比來(lái)設(shè)計(jì),. 例如門(mén)框高度的設(shè)計(jì). 門(mén)框設(shè)計(jì)高了對(duì)矮個(gè)子人沒(méi)有影響, 但門(mén)框設(shè)計(jì)低了對(duì)高個(gè)子人有影響. 故門(mén)框的設(shè)計(jì)可考慮單側(cè)百分比, 比方說(shuō)95%來(lái)設(shè)計(jì). 按照這一方案, 95%過(guò)門(mén)的人進(jìn)門(mén)時(shí)沒(méi)有問(wèn)題, 只有5%較高的人進(jìn)門(mén)時(shí)需要低頭. 一般設(shè)計(jì)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(jì)會(huì)給兩個(gè)極端的人都帶來(lái)不利時(shí), 應(yīng)按雙側(cè)百分比來(lái)設(shè)計(jì). 例如可調(diào)整高度的椅子設(shè)計(jì). 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(shí)我們就應(yīng)根據(jù)雙側(cè)百分點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì), %和最矮的2.5%就被排除之外.四. 按某部分人設(shè)計(jì), 為另一部分人提供調(diào)整 當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)某一極端的人的不利影響可以通過(guò)調(diào)整來(lái)消除, 而對(duì)另一部分人的不利影響無(wú)法消除時(shí), 我們可以按后一類(lèi)人的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì),為前一類(lèi)人提供調(diào)整. 例如, 對(duì)于桌子高度的設(shè)計(jì), 我們可以按高個(gè)子進(jìn)行設(shè)計(jì), 而給矮個(gè)子提供腳踏板. 如果按矮個(gè)子設(shè)計(jì), 高個(gè)子的腳就沒(méi)有地方放.五. 為某些特定的人設(shè)計(jì) 對(duì)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(lái)設(shè)計(jì), 這樣可以在保證使用方便的同時(shí)降低制造成本. 例如飛機(jī)駕駛艙就是根據(jù)駕駛員的身體尺寸設(shè)計(jì)的.第五節(jié) 設(shè)計(jì)程序一. 確定設(shè)計(jì)對(duì)象和目標(biāo) 在設(shè)計(jì)中我們首先要考慮的是設(shè)計(jì)的對(duì)象和所要達(dá)到的目的, 是設(shè)計(jì)一輛自行車(chē), 一個(gè)機(jī)床, 還是一個(gè)椅子? 若是設(shè)計(jì)一個(gè)椅子,那么設(shè)計(jì)這個(gè)椅子的目的是什么, 是一個(gè)豪華型的椅子, 還是一個(gè)大眾型的椅子. 若是豪華型的椅子, 我們的各項(xiàng)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(duì)象 我們已經(jīng)看到不同類(lèi)的人的尺寸差異是比較大的, 因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)中就應(yīng)該考慮使用對(duì)象: 誰(shuí)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(guó)內(nèi)銷(xiāo)售還是出口, 若出口, 到哪個(gè)國(guó)家? 一件產(chǎn)品對(duì)某一類(lèi)的使用者是適合的, 對(duì)另一類(lèi)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(chē)出口到美國(guó)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(shí)甚至是相矛盾的, 這需要在設(shè)計(jì)時(shí)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(guò)的設(shè)計(jì)方案問(wèn)題. 是按平均尺寸設(shè)計(jì)? 還是按高個(gè)子或矮個(gè)子設(shè)計(jì)? 這需要根據(jù)具體的產(chǎn)品來(lái)定. 設(shè)計(jì)中常用的兩個(gè)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(cè)量確定所需要的數(shù)據(jù) 人體尺寸數(shù)據(jù)在各類(lèi)設(shè)計(jì)手冊(cè)中可以查到, 一般的手冊(cè)都給出均值和均方差. 這時(shí)我們可以根據(jù)正態(tài)分布的假定, 算出設(shè)計(jì)要求對(duì)應(yīng)的百分比度. 若設(shè)計(jì)手冊(cè)中沒(méi)有設(shè)計(jì)中的涉及的人口分布的數(shù)據(jù)或沒(méi)有設(shè)計(jì)中涉及到的尺寸, 那么就只有通過(guò)實(shí)際測(cè)量的方法獲得需要的數(shù)據(jù). 用實(shí)測(cè)的方法, 數(shù)據(jù)的適用性增加, 但時(shí)間和費(fèi)用也增加. 當(dāng)涉及到的人數(shù)量很大時(shí),可能不得不只對(duì)有限的樣本進(jìn)行測(cè)量, 這時(shí)就應(yīng)該用統(tǒng)計(jì)的方法控制樣本的偏差. 六. 向有關(guān)設(shè)計(jì)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(jì)者提供數(shù)據(jù). 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者也許會(huì)根據(jù)技術(shù)要求對(duì)某些數(shù)據(jù)提出修改意見(jiàn). 一般說(shuō)來(lái), 在硬件的設(shè)計(jì)者與人類(lèi)工效學(xué)專(zhuān)家的意見(jiàn)相左時(shí), 后者往往處于不利地位, 但讓硬件設(shè)計(jì)者事先知道人類(lèi)工效學(xué)方面的建議比在產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)以后才發(fā)覺(jué)有問(wèn)題還是要好得多. 當(dāng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者把產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后, 讓他為了使使用者操作起來(lái)更方便而修改整個(gè)方案幾乎是不可能的, 這不僅使成本增加, 也影響設(shè)計(jì)人員的自尊心. 相反, 在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段, 讓設(shè)計(jì)人員注意產(chǎn)品的使用方便問(wèn)題是不難的. 因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品, 不會(huì)增加產(chǎn)品的成本, 而且若使用方便, 設(shè)計(jì)者也會(huì)感到十分高興. 所以重要的是人類(lèi)工效學(xué)者的意見(jiàn)應(yīng)盡早地讓設(shè)計(jì)人員知道.氖莼蠣揮猩杓浦猩婕暗降某嘰*, 那么就只有通過(guò)實(shí)際測(cè)量的方法獲得需要的數(shù)據(jù). 用實(shí)測(cè)的方法, 數(shù)據(jù)的適用性增加, 但時(shí)間和費(fèi)用也增加. 當(dāng)涉及到的人數(shù)量很大時(shí),可能不得不只對(duì)有限的樣本進(jìn)行測(cè)量, 這時(shí)就應(yīng)該用統(tǒng)計(jì)的方法控制樣本的偏差. 六. 向有關(guān)設(shè)計(jì)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(jì)者提供數(shù)據(jù). 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者也許會(huì)根據(jù)技術(shù)要求對(duì)某些數(shù)據(jù)提出修改意見(jiàn). 一般說(shuō)來(lái), 在硬件的設(shè)計(jì)者與人類(lèi)工效學(xué)專(zhuān)家的意見(jiàn)相左時(shí), 后者往往處于不利地位, 但讓硬件設(shè)計(jì)者事先知道人類(lèi)工效學(xué)方面的建議比在產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)以后才發(fā)覺(jué)有問(wèn)題還是要好得多. 當(dāng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者把產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后, 讓他為了使使用者操作起來(lái)更方便而修改整個(gè)方案幾乎是不可能的, 這不僅使成本增加, 也影響設(shè)計(jì)人員的自尊心. 相反, 在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段, 讓設(shè)計(jì)人員注意產(chǎn)品的使用方便問(wèn)題是不難的. 因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品, 不會(huì)增加產(chǎn)品的成本, 而且若使用方便, 設(shè)計(jì)者也會(huì)感到十分高興. 所以重要的是人類(lèi)工效學(xué)者的意見(jiàn)應(yīng)盡早地讓設(shè)計(jì)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(yùn)東西時(shí), 我們需要手, 腿, 或肩膀使勁. 既使在站立不動(dòng)時(shí), 我們的腳和大腿也在用力, , 為了在工作時(shí)省力, 或不至于勞累過(guò)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(yùn)動(dòng)是因?yàn)橛蟹植荚谌淼募∪? 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(zhǎng), 而有的則可長(zhǎng)達(dá)140毫米. . 一塊肌肉包含十萬(wàn)到一百萬(wàn)這樣的纖維. 纖維的終端組成一塊肌肉筋. 長(zhǎng)肌肉纖維有時(shí)是成串地連接在一起的. 在每個(gè)肌肉的終端, 肌肉筋聯(lián)在一起形成一個(gè)硬的, 無(wú)彈性的肌肉鍵, 肌肉鍵是緊貼在骨骼上的. 肌肉的一個(gè)最重要的特點(diǎn)是它可以縮短到正常尺寸的一半左右, 這種現(xiàn)象我們稱(chēng)之為肌肉收縮. 肌肉收縮的功率隨著肌肉長(zhǎng)度的增加而增加. 肌肉纖維含有蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)中肌動(dòng)朊和肌漿球蛋白的作用是十分重要的, 因?yàn)檎撬鼈兊氖湛s而帶動(dòng)肌肉收縮的. 在肌肉收縮的過(guò)程中, 肌動(dòng)朊纖維據(jù)認(rèn)為縮進(jìn)肌漿球蛋白之間的, 如圖31所示. 每個(gè)肌肉纖維收縮時(shí)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(gè)人的潛在的力量首先取決于他的肌肉的截面積. 經(jīng)過(guò)相同的訓(xùn)練, 一個(gè)女子由于肌肉較小可以施展的力大約比一個(gè)男子少30%.肌肉在它開(kāi)始收縮時(shí)力量最大, 以后隨著肌肉的縮短力量也開(kāi)始減弱. │ │ ├─── ─────┤ │ ━━━━━━━━━ │ 肌動(dòng)朊纖維 ├─── ─────┤ │ ━━━━━━━━━ │ ├──── ─────┤ 肌漿球蛋白
│ │ 圖31. 肌肉收縮示意圖 二. 能源的來(lái)源 在肌肉的收縮過(guò)程中, 機(jī)械能的產(chǎn)生是由消耗肌肉中貯存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化來(lái)的, 肌肉工作實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的過(guò)程. 能量的釋放是由于肌動(dòng)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(lái)自于三磷酸腺苷(ATP), 當(dāng)它轉(zhuǎn)化成二磷酸腺苷時(shí)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(shí)可以釋放能量的貯備. 肌肉纖維中的另一個(gè)化學(xué)能源是磷肌酸, 它分解成磷酸和肌酸時(shí)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(huì)下降, 這是自然界的一個(gè)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(dòng)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(qiáng)度的勞動(dòng)時(shí), 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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是間接的能量來(lái)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(bǔ)充. 葡萄糖從血液中進(jìn)入細(xì)胞, 在細(xì)胞中被轉(zhuǎn)化成外消旋酸. 從這里, 化學(xué)分解將沿著兩個(gè)方向進(jìn)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(guò)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(jué). 這個(gè)過(guò)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(yùn)動(dòng)時(shí), 人們有時(shí)感到呼吸不過(guò)來(lái). 這實(shí)際上是他想通過(guò)大量的呼吸來(lái)彌補(bǔ)氧氣的不足, 他想償還他的氧負(fù)債. 這個(gè)氧負(fù)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)造高能的磷化物. 當(dāng)這個(gè)過(guò)程完成以后, 能源可以重新從氧化外消旋酸獲得. 圖32是一個(gè)簡(jiǎn)化了的肌肉能量供應(yīng)圖. 圖32. 肌肉的能量供應(yīng)圖 正如前面已經(jīng)提到過(guò)的, 蛋白質(zhì)和脂肪也包括在這些新陳代謝中. 當(dāng)這些物質(zhì)的分解達(dá)到某一階段時(shí), 它們產(chǎn)生的脂肪酸和氨基酸然后也會(huì)與外消旋酸一樣,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的分解變成水和二氧化碳,這最后一個(gè)階段也產(chǎn)生肌肉運(yùn)動(dòng)所需要的能量. 產(chǎn)生能量的重要源料葡萄糖和氧在肌肉中只貯存了很少一部分, 因此它們需要不斷地從