作者：夏敏燕
出版社：电子工业出版社
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人机工程学基础与应用试读：
前言
人机工程学是人体科学、工程技术、环境科学及社会学等多学科交叉的综合边缘学科。它以人的生理、心理特征为依据，以创造适宜的“人-机-环境系统”为目的，应用系统、科学的理论与方法，研究“人-机-环境”系统中各因素的相互关系，把人的因素作为设计的主要条件和原则，为设计易操作、安全、舒适的“机（产品）”提供理论依据和方法。
一、本教材的选材范围和专业适用性
人机工程学作为科学技术知识体系的重要组成部分，在工业设计专业的课程体系中占有重要地位。它是工业设计专业学生进入产品设计、平面设计、环境设计、展示设计等专业综合训练时的必修课程。其学科思想、研究方法和研究流程提供了设计的思考路线和指导方向，使其以更为理性的思维来理解设计，寻找设计的机会点，从而辅佐和修正设计方案。因此，人机工程学以独立课程单元存在，却又辅助于若干专业设计课程，从课程结构来看，属于承上启下的一门专业课程，其教学的成效直接关系到后续的设计类专业课程教学能否顺利展开。
Donald A.Norman 曾说过：“当技术满足了基本需求，用户体验便开始主宰一切。”Stephen P.Anderson在他的《怦然心动——情感化交互设计指南》一书中阐述了“用户体验的需求等级模型”，在模型中，他提出了大多数技术产品和服务的体验都要经历六个成熟等级：实用—可靠—可用—易用—令人愉悦—意义深远。满足了最基本的功能性之后，用户开始关注产品的可靠性，逐渐让产品可用、易用，从用户的认知层面实现更自然、更接近真实世界的交互方式。心理学家Abraham Maslow认为人的需求具有层次性，当低层次的需求得到满足后，人会继续追求更高层次的需求。Patrick W.Jordan认为人机因素也可以具有一定的层次性，包括功能性—可用性—愉悦性三个层次。[1]（1）层次1-功能性：为了实现人们对这一层次的需要，人机工程学专家们最重要的是知道产品的用途及使用的情况与环境。（2）层次2-可用性：一旦人们已经习惯了现有的功能，就会希望产品容易使用，拥有正确的功能是可用性的先决条件，但不能保证可用性。人机工程学专家现在致力于创造可用的产品，须遵循可用性原则来确立产品设计方案。（3）层次3-愉悦性：习惯了可用的产品，人们希望产品能提供其他的一些东西；产品不仅仅是工具，更是与人们息息相关的生活物品，产品不仅有功能性效用，也有情感效用。产品能给人带来快乐、愤怒、骄傲、羞耻、安全与紧张，也能激怒或愉悦人。
本书在内容安排上，依托几类工业设计的典型产品（也是目前大家关注较多的产品）逐渐展开对各个层次的人机工程因素论述。以人机工程学在产品设计中的应用为核心，着重讲述人体测量数据、人的生理和心理特性在产品设计中的具体应用，并尽可能地阐明问题原始的出发点及其应用的可能性和局限性。
二、本教材的使用与教学安排
人机工程学课程是一门多学科交叉的边缘性、综合性很强的学科，其内容以基本理论为核心，其他均为“散点式”知识，涉及面广，很多方法和数据需要因地制宜地进行设置。在本书的编写过程中，着力于理论和应用结合，在必要的理论知识基础上，突出工业设计专业应用人机工程学的实用性和应用性；适当删减工程技术专业相关的纯理论性的教学内容，加强本学科与工业设计专业的关联。
本书是针对高等院校工业设计专业所编写的教材，适用于工业设计本科及高职高专相关专业的教学，同时可以根据教学要求和学生素质的不同，进行不同层次的教学安排。本书内容的第一部分——人机工程学基础是必修内容；第二部分——产品设计中的人机工程学，可以根据教学的安排有选择性地进行讲授；第三部分——人机工程学方法，在具体进行产品的可用性与人的健康安全性评价时作为参考。
课程教学安排中，可以采用理论教学—实验教学—专题讨论—课程设计的教学链。通过教、学、练、交流、验证一系列的环节，让学生真正理解、掌握、运用人机工程学。在课程考核内容、方法和手段等方面建议采用过程考核与期末考核相结合的方式。
三、本书的编写情况
本书由上海电机学院设计与艺术学院工业设计教学团队共同编写，其中夏敏燕执笔第一、四、五章，张新月负责第二、三章，杨晓扬负责第六、七章包容性设计部分，欧细凡负责第七章感性工学部分、第八章可用性研究部分，王琦负责第八、九章研究方法部分。由夏敏燕进行审稿。
在本书的撰写过程中，得到了很多朋友、同事、同行和前辈的支持与指导。在此表示衷心地感谢。由于时间和水平有限，书中难免会有很多不足、不妥之处，恳请广大读者批评指正（作者Email：xiamy@sdju.edu.cn）。
[1] Patrick W.Jordan.Designing pleasurable products [M].Taylor&Francis Ltd,2000.第一部分 人机工程学基础第一章 人机工程学概述第一节 引例——从电话的发展看人机工程学的演变
当设计师创造产品、空间或媒介时，他们在整个过程中不可避免地会问：“人们会如何与他们的产品进行交互？”事实上，许多设计师相信，阐述人们的需求是设计的基本任务。用Bill Moggridge的话说，“工程师始于技术，并寻找技术的使用；商人始于商业提案，然后寻找技术和人；设计师始于人，站在人的视角寻找解决方案”。
设计师们努力想要理解的是谁？用户在整个设计过程中起到各种作用。作为具有各种尺寸和能力的人，在作为消费者成为被观察、测量甚至操纵对象时，作为问题解决过程中的动态部分时，他们被视作了标准的人。
如今，当用户行使他们自己的创造力权利时，设计师和用户之间主体和客体的区别已经不复存在。“为人设计”的方式已让位于“与人设计”。是不是所有设计都需要围绕用户，以用户为中心？不。实际上，驱动产品发展的力量来自方方面面，包括制造商短期的经济效益、设计师们表现性的或理念性的内容、社会已有的习惯与风俗等。
在这些竞争驱动中，围绕用户组织设计进程是当代设计实践的主要脉络。二十世纪中叶，电话机演进的故事展现了设计师对用户在设计中的视角发生的变化。二十世纪三十年代，Bell实验室请Henry Dreyfuss设计一套新的电话机，在AT&T庞大的电话业务中供用户使用。Dreyfuss是在这刚刚兴起的消费者经济时代中涌现出的工业设计领域的年轻有为人士。包括Dreyfuss、Raymond Loewy和Walter Dorwin Teague在内的一帮设计师，经常通过将机构部件整合在圆滑、雕塑般的外壳内，重新设计人机界面，提升产品的美学品质。图1-1 Dreyfuss设计的302型电话机（1937年）
Dreyfuss和Bell实验室在1937年发布了302型电话机（见图1-1）。如Model 302般优雅、可用，但是它还是存在设计问题：三角形轮廓把手的听筒放置在支架上时很容易翻转，也难以满足用户潜意识用肩膀夹住听筒打电话的需求。
Dreyfuss在1949年发布的500型电话机中改善了这些问题。为了创造新一代的设备，Dreyfuss的设计团队和Bell实验室的工程师们开始关注把手的设计。他们研究了两千多人的脸部测量数据，来决定嘴耳之间的平均距离。最后他们赋予 G 型电话机一个平坦的、方形的轮廓，亲切地称之为“波方”（lumpy rectangle），新的把手更小、更轻，不太可能在手中翻转，也能在支架上好好放着。设计师们设计这款更家用化也更功能化的产品源于用户行为及解剖学，而不是抽象地玩角度和曲线。这款电话机的旋转式拨号盘是另一个设计点。刚开始时，500型比老款还要花更长的时间来拨号。Bell 实验室的一个工业心理学家John E.Karlin将拨号盘手指洞中的数字和字母从里面移到了外面。这一变化使得长时间操作后数字和字母不易剥落，也能在操作中更为可视化（见图1-2）。据Dreyfuss所言，这些简单的“目的点”减少了平均0.7秒的拨号时间。图1-2 Dreyfuss设计的500型电话机（1949年）
Bell实验室是为AT&T这个服务全美国的电话垄断公司制造电话机。电话机与电话服务捆绑销售，因此电话机是为耐久性和功能性设计，而非为消费者诉求设计的。二十世纪五十年代，AT&T为了扩展它的业务，鼓励用户安装分机，或加钱提升服务。这时就要生产各种颜色的电话机，使电话机从一个基本的技术产品变成诱人的消费产品。广告攻势诱导女性将电话机视作家装的元素之一。同时，广告商和制造商们发现十几岁的孩子是消费品的非常有利可图的一个市场。在 1959年，Dreyfuss公司发布了一款迷人的新电话机——公主（the Princess）。引人注目的拟人化的名字反映了它所关注的是年轻人市场，它占用更小的空间，拥有漂亮的颜色、发亮的拨号盘（见图1-3）。很多年轻女性把这款Princess电话机当做床头配件。设计团队观察到，用户躺在床上打电话，500 型电话机的基座重重地放在他们的肚子上；而Princess 更轻、方便移动的设计反映了之前没有预想到的用法，通过赋予Princess一个G型手柄，Dreyfuss团队研发了一款全新的产品，同时还将制造成本最小化。Dreyfuss称现存的手柄是“幸存的形态”——一个熟悉的元素与不断更新的产品结合起来。设计师们将数字和字母又放回到指洞中，认为这时有效性相对于节约空间而言重要性低。然而用户常常会因为拖动电话线，从而把电话机拖离桌子，于是后来又设计了一个重一些的底座。图1-3 Dreyfuss设计的Princess电话机（1959年）
Dreyfuss 电话的三部曲——从经典的 302 型到研究驱动的 500 型到迷人的Princess——体现了设计师关注的焦点变迁，从形成物品雕塑般的完整性到研究典型用户的解剖学和行为，再到针对消费者人群。这个演变的过程体现了人、产品与环境之间的相互关系。产品的发展，需要满足人们的生理、心理和情感的需要，同时要符合环境中的人的特点。第二节 人机工程学的定义
作为一门独立的学科，人机工程学在其内涵、外延及其不同方面有着不同的定义。人机工程学定义是对其研究对象科学性、技术性和解决问题的职业特征的描述。
一、人机工程学的基本概念和定义
国际人机工程学学会（IEA，International Ergonomics Association）曾经对人机工程学所下的定义如下，反映了相对成熟时期的学科思想。
人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。这一定义体现了人机工程学的研究对象、研究内容和研究目的。
随着人机工程学的不断发展，为了更好地反映该学科新的方向和重点，2000年8月，国际工效学学会发布了新的人机工程学定义：人机工程学是研究系统中人与其他组成部分的交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康幸福之间的关系。也就是说，新的人机工程学的科学性定义是，研究系统中人与其他组成部分的交互关系的一门科学。这种研究是建立在实验科学的方法之上的，是系统地分析、实验、研究和因果关系的假设和验证。研究对象是系统中人与系统其他部分的交互关系。人机工程学的技术性定义或者职业定义是，专门运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康幸福之间的关系。既要获得更高的系统效率，又要保证人的健康舒适。
比较先后两个定义可以发现，两者的基本思想是一致的，区别在于新的定义更强调系统间的交互关系和系统的综合，体现了人机交互的发展趋势。Wilson 等人将人机工程学的研究分为8个领域，如图1-4所示。[1]图1-4 人机工程学的研究领域
其中，组织交互、协作交互、时空交互和情景交互属于宏观人机工程学的研究范畴。对环境交互的研究形成了人机工程学的重要分支。而界面交互和任务交互是微观人机工程学研究的热点。微观人机工程学以人机系统的观点集中研究如何优化人机交互关系，研究与外在因素相对的人机界面，改善工作空间和界面设计，确保人机系统的正常运作，依赖于人体测量学、生理学和认知心理学方法的支持。[2]本教材的阅读对象主要是工业设计专业学生，因此，主要阐述的是微观人机工程学中的界面交互、任务交互。
需要注意的是，人机工程学里所说的“机”或“机器”是广义的，也就是与人接触的产品，可以是有形的也可以是无形的。人机工程学设计要求的“安全、舒适、高效”是重要的，但也要受到其他条件的约束与目标的制衡，不是唯一的，也未必总是优先的。实际设计中，应该是在限定条件下提高安全、舒适、高效的程度。
二、人机工程学的多种学科名称
人机工程学是多种传统学科综合而成的交叉学科，应用领域广泛，因此，在此学科的形成过程中，各国学者从不同的角度为其定义了多个不同的名称，至今未曾统一，常见的有人类工效学或工效学（Ergonomics）、人的因素学（Human Factors）、人类工程学（Human Engineering）等。而在我国引进本学科之初，是根据“Ergonomics”直接译为“人类工效学”的。我国与 IEA 对应的国家一级学会，正式名称也是“中国人类工效学学会”。仍然有众多学者主张统一采用“人类工效学”，但考虑到“人机工程学”这个名称在我国流传日广，本教材还是顺应多数的习惯采用这个名称。
三、人机工程学与其他学科的关系
人机工程学是由多门不同领域的学科互相渗透、汇聚而成的边缘学科（交叉学科）。这些学科与人机学都有关系，依据关系的性质可主要分为以下三类。（1）源头学科。例如，解剖学、生理学、心理学、人体测量学、人体力学、社会学、系统工程等。人机工程学吸收这些学科的理论和知识，经过融合形成了本学科的基础。（2）应用学科。主要是各种类型的设计，如工业设计、视觉传达设计、室内设计、人机界面设计、交互设计、展示设计、工作空间设计等。人机工程学的理论、知识、数据资料用于这些领域，为它们服务。（3）共生学科。主要有劳动科学、管理科学、安全工程、技术美学等。这些学科的形成、研究和应用与人机工程学互相交融。
由此可见，人机工程学也是一门应用学科。学习本课程需要把握学科思想、基本理论与方法，并学会查找、收集、分析和运用人机工程学中的数据资料、图表等信息。第三节 人机工程学的起源与发展简史
一、人机工程学的起源
产品符合人的需求，这一人机工程学基本思想在古今中外的一些产品或书籍中就已初见端倪。中国古代工匠对器物的宜人性已经有一些独到的见解。比如，《考工记》是2400年前战国初期的科技汇编名著，对部分器物的宜人性考虑与论述精彩深入，其中有两段文字的大意是[3]：“……兵器，使用中有方向性，握柄截面应做成椭圆形，凭手握感知的信息，无须眼看，便可掌握刀刃的方向。枪矛之类用于刺杀的兵器，为使用中灵活自如，并避免握柄在扁薄方向挠曲，截面应做成圆形……”“要根据弓箭手的性格脾性来配备弓箭，性情温和、行动迟缓的人配给强劲急疾的硬弓，暴躁性急、行动快猛的人配给柔韧的软弓……”这些论述提出要依据使用方式、使用者性格采用不同的产品形态与性能，符合人机工程学以人为本的基本思想。图1-5 帕提农神庙
帕特农神庙的设计代表了全希腊建筑艺术的最高水平（见图 1-5）。从外貌看，它气宇非凡，光彩照人，细部加工也精细无比。帕特农神庙特别讲究“视觉矫正”的加工，使本来是直线的部分略呈曲线或内倾，因而看起来更有张力，更觉生动。据研究，这类矫正多达10处之多。例如，此庙四边基石的直线就略作矫正，中央比两端略高，看起来反而更接近直线，避免了纯粹直线所带来的生硬和呆板。相应地，檐部也做了细微调整。在柱子的排列上，也并非全都垂直并列，东西两面各8根柱子中，只有中央两根真正垂直于地面，其余都向中央略微倾斜；边角的柱子与邻近的柱子之间的距离比中央两柱子之间的距离要小，柱身也更加粗壮。这样处理的原因是，边角柱处于外部的明亮背景，而其余柱子的背景是较暗的墙壁，人的视觉习惯会把尺寸相同的柱子在暗背景上看得较粗，亮处则较细，视觉矫正就是要反其道而行，把亮处的柱子加粗，看起来就一致了。同样，内廊的柱子较细，凹槽却更多。山墙也不是绝对垂直，而是略微内倾，以免站在地面的观察者有立墙外倾之感。装饰浮雕与雕像则向外倾斜，以方便观众欣赏。人们至今仍能从饱经沧桑的神庙看出精微矫正的痕迹和出神入化的效果，这真是文明的奇迹。
人机工程学的基本思想，可以说在人类开始制造工具时就已经产生了。但在漫长的发展过程中，这个思想一直处于比较缓慢和自发的发展状态，由于没有明确的理论旗帜和系统研究，并不能说古代已经有了这门科学理论。
二、近现代人机工程学的发展简史
1.人机工程学孕育期
工业革命的爆发，使得机器生产逐步代替了手工劳动，人们的工作形式和内容发生了变化，劳动强度和效率大幅提高。为了进一步提高工作效率，一些资本家和管理者进行了更多的研究。美国工程师Frederick W.Toylor在1898年进行了著名的“铁锹作业实验”。该实验的专题之一是用每锹分别能铲煤6lb（1lb=0.45359237kg）、10lb、17lb和30lb的4种大小不同的铁锹，交给操作工使用，比较他们的每个班次8小时里的工作效率。研究发现，几种铁锹之间有明显差别，其中 10lb 铁锹的工效最高。Toylor 等人开创了包括铁锹实验在内的“时间与动作研究”，研究各种不同的操作方法、操作动作的工作效率。包括Frank 和Lillian Gilbreth夫妇的“砌砖作业实验”等多项研究。砌砖作业实验是用当时问世不久的连续拍摄的摄像机，把建筑工人的砌砖作业过程拍摄下来，进行详细的分解分析，精简掉所有不必要的动作，让工人严格按照规定的操作程序和操作动作路线进行作业。
1919 年，英国当时的工业保健研究部展开有关工效问题的广泛研究，内容包括作业姿势、负担限度、男女工体能、工间休息、工作场所光照、环境温湿度，以及工作中播放音乐的效果等。
至此，提高工效的观念和方法开始建立在科学实验的基础上，具有了现代科学的形态。他们认为只有通过测量才能找到改良生产效率的途径，并通过测量来验证改良的绩效。这一阶段的核心，是最大限度地开发人的操作效率。人适应于机器，即以机器为中心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。
2.人机工程学诞生期
二十世纪中的世界大战及科技进步，使飞机实现了大幅度的技术升级，但意外事故、伤亡频频发生。投入巨资研制的“先进”飞机未必能打胜仗，这使人们惊愕，也使人们醒悟：飞机的技术性能必须与使用者的生理机能相适配（见图1-6）。
1945年，美国空军和海军建立了工程心理学实验室；1947年，英国海军部成立了一个交叉学科研究组。次年英国人K.F.H.Murrell 建议构建一个新的科技词汇“Ergonomics”，由希腊词根“ergon”（出力、工作）和“nomos”（规律、规则）缀接而成，新学科名称及其涵盖的研究内容为各国学者所认同，这意味着现代人机学的诞生。人机工程学得到了学术界，特别是军事领域的承认。图1-6 飞机驾驶舱中的仪表和操纵器
当时，美国人Charles C.Wood说：“设备设计必须适合人的各方面因素，使操作的付出最小，而获得的效率最高。”反映了这一时期人机学的学科思想。
人机学的学科思想由此完成了重大的转变，从以机器为中心转变为以人为中心，强调机器应适合人的因素。
3.人机工程学迅速发展期
二十世纪六十年代以后，人机工程学的研究和应用，从军事工业和装备迅速延伸到民用品等广阔的领域。系统论、信息论、控制论“三论”，尤其是系统论的影响与渗入，使得人机学的学科思想又有了新的发展。1959年，国际工效学学会（International Ergonomics Association，IEA）成立，IEA的人机学定义也在此时确立。与强调“机器设计必须适合人的因素”不同，IEA定义明确人机（及环境）系统的优化，人与机器应互相适应、人机之间应合理分工，人机学的理论至此趋于成熟。但在企业中，这一阶段制造新产品后会让人机工程学专家帮忙增加一个好的界面。问题是，这种产品创新过程中，基本的交互结构早已被设定好，留给人机工程学专家的只是相对表面的界面改进。不管怎样，这标志着一个新的时代开始，人机问题开始成为产品开发的一个重要因素。
4.人机工程学持续发展期
随着市场环境的变化和人们生活品质的提高，人们开始反思工业文明的负面后果。人机工程学吸收了绿色设计、情感设计、交互设计等理念，立足于人、机、环境之间保持持久和谐，立足于人的生理、心理因素，碰撞出新的思想。大量的文献资料与人机工程学问题相关，包括书、期刊、新闻及各种国际会议与研讨会，致力于人因问题。可用性成为产品的重要竞争力之一，越来越多的人机工程学专家受聘于企业。当今，许多公司将人机工程学视作设计流程中不可或缺的一部分。在大部分制造企业中，产品开发协议就规定了在整个设计过程中考虑的人因问题。未来，人机学的应用，可能会在以下几个方面形成热点——计算机人机界面、永久太空站的生活工作环境、弱势群体（残疾人、老年人）的医疗和便利设施、海陆空交通安全保障、生理与心理保健产品与设施等。第四节 人因检测中涉及的因素
在进行人机分析时，Gavriel Salvendy就人机学不同因素提出了相应的问题列表（见表1-1）。[4]表1-1 人因检测因素列表续表续表
[1] Wilson J R.Fundamentals of ergonomics in theory and practice [J].Applied Ergonomics,2000,31(6):557-567.
[2] 孙守迁，徐江，曾宪伟，等.先进人机工程与设计——从人机工程走向人机融合[M].北京：科学出版社.
[3] 阮宝湘.工业设计人机工程[M].北京：机械工业出版社，2010.
[4] Gavriel Salvendy.Handbook of Human Factors and Ergonomics [M].3rd ed.John Wiley&Sons,Inc.2006.第二章 人的生理特性第一节 人体尺寸概述
人体尺寸及其相关研究是人机工程学的重要理论基础。研究人的尺寸和尺度有助于使各种与人体尺度有关的设计对象能符合人的生理特点，让人在使用时处于舒适的状态和适宜的环境中。
一、尺寸与尺度
尺寸是指沿某一方向、某一轴向或围径测量的值。人体尺寸是指用专用仪器在人体上的特定起点、止点或经过点沿特定测量方向测得的尺寸。
尺度是基于人体尺寸的一种关于物体大小或空间大小的心理感受，也可以说尺度是一种心理尺寸。尺度是一个相对的概念，一种比例上的关系。比如，同一高度的扶手，成人和儿童的使用感觉不同。
尺寸是客观的，尺度是主观的。尺寸是物理层面的人机工程学问题，而尺度是认知和感性层面的人机工程学问题，侧重于人的心理感受。[1]尺度是造型对象的整体或局部与人的生理或人所可见的某种特定标准之间的大小关系，它比较固定。正确的产品造型设计次序应该首先根据人机工程学确定尺寸，然后根据尺度确定和调整造型物的比例。
二、人体尺寸测量
人体尺寸是一个国家生产基本的技术依据，涉及衣食住行的方方面面。人体测量一般来说包含三个方面内容：形体测量、生理测量、运动测量。形体测量也称为静态测量，包括人体尺寸、体重体型、体表面积等。生理测量包括知觉反应、体能耐力、疲劳及生理节律等。运动测量也称为动态测量，包括动作范围、各种运动特征等。[2]本章主要讲述形体测量。按测量对象的不同，人体测量可分为个体测量和群体测量。工业产品或公共设施，是为公众或特定人群设计的。例如，过街天桥上的防护栏杆，要能防止各种过桥者从桥上摔下去，栏杆的间距和高度设计必须考虑公众的情况。所以，人机工程学技术标准提供的人体尺寸数据，是群体的人体尺寸数据。而部分设计需要根据特殊任务进行个体测量，如对宇航员进行专门测量和设计。
一些发达国家已经建立了较为完善的人体测量体系，制定相应的标准，定期进行人体尺寸数据的采集和更新。如美国早在1919年就对10万退伍军人进行了多项人体测量，目前每三～五年会发布人体尺寸数据。在二十世纪七十年代出版的Humanscale丛书提供了多张卡片，可以拨动侧边的转盘，获知多个百分位数的人体尺寸数据，还可以获得多种类型产品针对不同百分位人群的尺寸数据建议（见图 2-1）。二十世纪八十年代我国曾针对成年人进行人体尺寸测量，《中国成年人人体尺寸（GB/T 10000-1988）》是中华人民共和国国家标准，根据人类工效学要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数值。适用于工业产品、建筑设计、军事工业及工业的技术改造设备更新及劳动安全保护。
然而，传统测量方式获得的人体三维尺寸，在设计与人体紧密接触的产品时，如可穿戴式产品，存在着人体基础参数数据缺失，难以指导设计的问题。面对这一问题，二十世纪八十年代中期，三维扫描技术应运而生，采用非接触式测量方式，可以获取更精确的人体测量尺寸，建立更直观的人体数据库。不少发达国家已经建成诸如Size USA、Size UK等人体测量数据库。Roger MacLaren BALL教授的人类测量学工程项目“Size China”（中国尺码），创建了第一个中国人头部和脸部尺寸的大型数字数据库（见图2-2）。中国标准化研究院在2013年启动最新的中国成年人人体尺寸抽样试点调查工作，这次调查采用先进的三维人体测量技术，调查所得到的数据将与 1988年发布的全国成年人人体测量数据进行比对，评估我国国民从二十世纪八十年代至二十一世纪初体型的具体变化，并在此基础上开展全国第二次大规模的成年人人体尺寸测量，修正国标GB/T 10000-1988人体尺寸数据，并为我国产品和工作环境的设计和生产提供一批最新的中国成年人三维人体尺寸数据，缓解我国当前人体尺寸数据陈旧的问题。此项研究计划将在2018年完成。在设计师设计产品时，可以随时调取这些三维人体测量数据，与产品形态、曲面变化进行检测，客观量化出“人-机-环境”之间的匹配程度。鉴于我国三维人体尺寸数据库尚未建立，且传统的人体尺寸数据是研究基础，故本书仍用大量篇幅进行介绍。图2-1 《Humanscale》产品尺寸建议图图2-2 “Size China”的三维扫描人体头面部数字模型
1.抽样
抽样是科学实验、质量检验、社会调查普遍采用的一种经济有效的工作和研究方法。由于个体之间存在一定程度的差异，而在实际操作中不可能对研究群体中的所有人逐一进行人体尺寸测量，而是采用随机抽样的方法。从该群体中抽取出若干（比如， N 个）个体，得到一个容量为 N 的样本，测量样本中每个个体的人体尺寸，得到一组样本观察值，然后依照数理统计理论，从样本观察值推断出该群体的人体尺寸数据。
2.分布
要全面完整地显示人体尺寸情况，描述每一项人体尺寸，并清楚具有该数值的人占多大的比例，这就叫人体尺寸的“分布状况”。分布是一个统计概念，在统计学中，一组测量值就确定一个分布。人体尺寸分布就是人体尺寸的测量项目的各个值呈一定频次出现。人体尺寸的统计分布一般是呈正态分布的，如图2-3所示，靠近中间的测量值分布次数多，靠近两端的测量值分布次数少，曲线图两头低、中间高、左右对称呈钟形，因此也被称为钟形曲线。图2-3 身高分布曲线图
3.人体尺寸分布状况描述
国标GB/T 10000-1988采用了以下2种方法描述人体尺寸分布情况。（1）均值与标准差。样本的平均值称样本均值，样本方差是描述一组数据变异程度或分散程度大小的指标，在数理统计中，常常用样本均值来估计总体均值，用样本方差来估计总体方差。从身高分布曲线图中可见均值表示分布的集中趋势，是一个被测群体区别于其他群体的独有特征，而标准差表示分布的离中趋势，即测量值沿均值扩散的趋势，标准差越大，分布曲线越平缓。（2）百分位与百分位数。人的人体尺寸分布于一定的范围内，在设计时如何确定使用哪一数值可采用百分位的方法。百分位数是一种位置指标、一个界值，K百分位数 P 将群体或样本的全部观测值k分为两部分，有 K%的观测值等于或小于它，有（100-K）%的观测值大于它。人体尺寸用百分位数表示时，称为人体尺寸百分位数。如身高分布曲线图所示，第97.5百分位的百分数为身高188cm，即被测人群中有97.5%的人身高小于等于188cm。
4.测量方法简介
测量方法与行业测量技术的发展息息相关，从最初的人体体征测量到现在包括尺度测量、动态测量、力量测量、体积测量、肌肉疲劳测量和其他生理指标的测量等多方面人体特征测量。近年，随着人体测量设备的发展，人类了解自身体征的测量方法也越来越多，对肌肉和大脑的电信号测量也广泛应用。由于这类方法随测量仪器和测量条件的迅速发展，变化很快并且逐渐因测量对象而细分，下面仅对一些常见尺寸测量技术手段和设备进行分类介绍。（1）传统测量方法。人体尺寸测量时要求被测者不穿鞋袜、着单衣单裤，立姿的标准测量姿势为挺胸自然直立，坐姿标准测量姿势为端坐，即直腰坐。传统的测量仪器有人体测高仪、人体测量用直脚规、人体测量用弯脚规，还有人体测量用三脚平行规、坐高椅、量足仪、软卷尺、医用磅秤等（见图2-4）。图2-4 各种人体测量仪器（2）三维测量方法。常用的人体参数和特性的测量技术不断发展，经历了由接触式到非接触式，由二维到三维，并向自动测量、处理和分析的方向发展。非接触测量是现代化人体测量技术的主要特征。具体有如下种类。
①扫描法。当前常见的扫描法测量主要有三维摄像法、激光扫描、红外线扫描。三维扫描法是国内较成型的三维摄像法，运用的是计算机视觉中的双目成像原理，模拟人的双目系统测景深。利用摄像机可以获得一个三维人体的二维图像，即实际空间坐标和摄像机像平面坐标系之间的二维图像，提取出能完整描述人体的特征参数，综合出人体特征线。激光扫描法是多个激光测距仪在不同方位接收激光在人体表面的反射光，根据受光位置、时间间隔、光轴角度计算出人体同一高度若干的坐标值，从而得到人体表面的全部数据。红外线扫描法是摄像头先摄下人体外貌特征与人体着装轮廓，控制模臂自动从上向下间歇运动，传感头在横臂上往复运动，对人体进行全身扫描。计算机先处理摄像头摄下的轮廓尺寸，得到尺寸框架模型，再处理传感头测得的热像数据，修正人体数据框架模型，完成人体测量。这种方法可避免被测者对激光的恐惧，直接得到净体尺寸，剔除了着装的影响。
②光栅法。因激光成本高，对人体有损害，光栅法用白光代替激光，主要有莫尔法、分层法、相位法。莫尔法通过光学测量应用光栅阴影和光栅形成莫尔条线等高线得出体表的凹凸、断面形状、体形展开图等体型信息。分层法是用白光投射正弦曲线在物体上，在不规则的物体表面形成密栅影子变形，这时产生的图样可表述体表轮廓。用6部摄影机从不同角度进行检测，将影像合并成为完整图像，从而完成测量工作。第二节 中国成年人的人体尺寸
国标GB/T 10000-1988中共列出7组共47项静态人体尺寸数据，分别是：人体主要尺寸6项、立姿人体尺寸6项、坐姿人体尺寸11项、人体水平尺寸10项、人体头部尺寸 7 项、人体手部尺寸 5 项、人体足部尺寸 2 项。每项人体尺寸都给出了 7个百分位数的数据。这7个百分位数分别是：1、5、10、50、90、95和99，用符号P、P、15P、P、P、P、P来分别表示它们。其中前3个叫做小百分位1050909599数，后3个叫做大百分位数，P则称为中百分位数。这是国标GB/T 5010000-1988描述人体尺寸分布状况的主要方法，也是设计中通常采用的、比较方便的方法。另外，还采用了人体尺寸均值和标准差，具体见本节“人体尺寸的差异”的内容。
一、常用人体尺寸数据摘录
1.人体主要尺寸
人体主要尺寸项目如图2-5所示，对应的项目定义及数据如表2-1所示。图2-5 人体主要尺寸项目表2-1 人体主要尺寸 （单位：mm）
2.立姿人体尺寸和坐姿人体尺寸
立姿人体尺寸项目如图2-6所示，对应的项目定义及数据如表2-2所示。图2-6 人体立姿尺寸项目表2-2 人体立姿尺寸 （单位：mm）
坐姿人体尺寸项目如图2-7所示，对应的项目定义及数据如表2-7所示。图2-7 人体坐姿尺寸项目表2-3 人体坐姿尺寸 （单位：mm）
3.人体水平尺寸
人体水平尺寸项目如图2-8所示，对应的项目定义及数据如表2-4所示。图2-8 人体水平尺寸项目表2-4 人体水平尺寸 （单位：mm）续表
4.人体头部尺寸
人体头部尺项目如图2-9所示，对应的项目定义及数据如表2-5所示。图2-9 人体头部尺寸项目表2-5 人体头部尺寸 （单位：mm）
5.人体手足尺寸
人体手部尺寸项目如图2-10所示，对应的项目定义及数据如表2-6所示。
人体足部尺寸项目如图2-11所示，对应的项目定义及数据如表2-7所示。图2-10 人体手部尺寸项目图2-11 人体足部尺寸项目表2-6 人体手部尺寸 （单位：mm）表2-7 人体足部尺寸 （单位：mm）
二、部分人体尺寸项目应用场合举例
人体尺寸项目很多，为什么国家标准要选以上表格中列出的这些人体尺寸项目呢？显然，这些人体尺寸项目对工作、劳动、生活中的产品、环境设计比较重要。譬如汽车设计时考虑的静态人体尺寸包括坐高（挺直）、坐姿眼高、肩宽、胸高、前臂长、臀宽及手长和足长等。办公室桌椅要考虑人的体重、坐姿肘高、膝高、坐姿臀宽、小腿加足高、坐深、坐姿大腿厚等尺寸数据。表2-8列出了部分人体尺寸的应用场合。表2-8 部分人体尺寸项目及对应的应用场合
三、人体尺寸的差异
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]