作者：吕荣丰,姜芹
出版社：重庆大学出版社
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人体工程学试读：
前言
人体工程学是于20世纪40年代晚期兴起的一门边缘学科。由于其学科内容的综合性、涉及范围的广泛性以及学科侧重点的多样性，人体工程学的学科命名具有多元化的特点。人体工程学是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。简而言之，人体工程学是以人—机—环境的关系为研究对象，采用测量、模型工作、调查、数据处理等研究方法，通过对人体的生理特征、认知特征、行为特征，以及人体适应特殊环境的能力极限等方面的研究，最终达到安全、健康、舒适和工作效率的最优化。在人类的日常生活中，室内环境扮演着极为重要的角色，是满足人类的各层次需要的核心。室内家具与空间环境的舒适度直接决定了人们生理需求的满足程度，这就意味着人们需要进一步明确以积极有效的方式来设计和改造环境的可能性。在此基础上，人体工程学致力于将人体的测量数据、感官反应、动作行为与室内家具、空间环境相结合，发掘具体对象的不同层次需求标准，实现人—机—环境的和谐统一。
人体工程学是多个学科所必修的一门专业基础课，它涉及产品设计、室内设计、建筑设计等多种专业。
设计目的是为了满足人的需求，以人为本是最基本的设计原则。人体工程学已成为许多设计的基础平台，它是建立在“人”的生理结构、心理感受等基础上的，是研究人、机器、环境之间的关系，能使人—机—环境系统总体性能达到最优化。人体工程学研究是科技发展对人类关注的结果已经成为设计领域较为重要的参照因素。本书是根据人体工程学的诞生、发展脉络来讲述设计中对于人体工程学的应用方法。
本教材主要内容包括：人体工程学概述、研究方法、人体尺寸参数的运用和生理、心理系统对人的行为影响，并以大量实例来说明人体工程学在人机界面、工业设计、室内环境设计中的重要性和必要性。各章多有大量图表，使本书内容更为丰富、直观、易读、易懂。在设计部分还加入了一些设计案例和分析。
本书可作为高等院校艺术设计（包括工业设计和产品设计）等专业的基础教材。
本书由荆楚理工学院吕荣丰、姜芹任主编，湖北生态工程职业技术学院张莹、荆楚理工学院宋敏任副主编。在教材的编写过程中，不可避免地参考了相关学者的研究论著，以及采用了同行和学生的作品。在此，谨向这些作者表示衷心的感谢。编著者2014年1月1 人体工程学概述
人体工程学是研究人、机及环境之间相互作用的一门新兴的综合性边缘学科，它经历了人与器具——经验人体工程学——科学人体工程学——现代人体工程学等几个发展阶段。通过研究揭示人—机—环境之间相互关系的规律，确保设计中的人—机—环境系统总体性能的最优化。1.1 人体工程学的命名、定义及内涵
人体工程学在其自身的发展过程中逐步打破各学科之间的界限，并有机地整合了相关学科的理论，不断地完善自身的基本概念、理论体系、研究方法、技术标准和规范，从而形成了一门研究内容和应用范围都极为广泛的综合性边缘学科。它具有现代新兴边缘学科共有的特点，如学科命名多样化、学科定义不统一、学科边界模糊、学科内容综合性强、学科应用范围广泛等。1.1.1 人体工程学命名
该学科在国内外还没有统一的名称，如北美多将其称为人体工程学（Human Engineering）、人因工程学（Human Factors Engineering），西欧国家称为人类工效学（Ergonomics），俄罗斯称为工程心理学（Engineering Psychology），日本则称为人间工学。
任何一门学科的名称和定义都不是一成不变的，特别是新兴边缘学科，随着学科的不断发展和研究内容的不断增多，其名称和定义还会发生变化。人体工程学常见的名称还有人—机—环境系统工程、人机工程学、人类工效学、人类工程学、工程心理学等。不同的名称，其研究重点略有差别。因为本书主要从多学科应用的角度为设计师和学习者提供有关这一边缘学科的基础理论及应用，因而主要采用人体工程学这一较为通用的学科名称。1.1.2 人体工程学的定义
该学科的定义也不统一，我们在这就不一一列举了。目前，国际人类工效学学会（International Ergonomics Association，简称IEA）为人体工程学所下的定义是最权威、最全面的，即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各种因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。
从上述定义中我们可以认为，人体工程学是按照人的特性来设计和优化人—机—环境系统的科学，主要目的是使人能安全、健康、舒适和高效地进行各项活动。其中，系统的安全可靠，特别是人的安全和健康是首先要考虑的问题。1.1.3 人体工程学的内涵（1）人—机—环境系统的具体含义
人——指操作者或使用者；机——泛指人操作或使用的物，可以是机器，也可以是用具、工具或设施、设备等；环境——是指人、机所处的周围环境，如作业场所和空间、物理化学环境和社会环境等；人—机—环境系统——是指由共处于同一时间和空间的人与其所使用的机以及它们所处的周围环境所构成的系统，简称人—机系统。（2）人—机—环境之间的关系
相互依存；相互作用；相互制约。（3）人机工程学的特点
学科边界模糊；学科内容综合性强；涉及面广。（4）人机工程学的研究对象
人—机—环境系统的整体状态和过程。（5）人机工程学的任务
使机器的设计和环境条件的设计适应于人，以保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适，心情愉快，充分发挥人、机效能，使整个系统获得最佳经济效益和社会效益。1.2 人体工程学的形成与发展
虽然人体工程学作为一门学科发展至今才近百年，发展历史很短，但是，人体工程学研究的基本问题——人、机、环境间的关系问题，却同人类制造工具的历史一样悠久。无论东方还是西方，早在人类社会早期，人们在制造打磨劳动工具、生活器皿，建造居住环境时就开始了对人体工程学的应用。让器物和环境适合人的生理、心理特征是人类自发的思维倾向和本能的行为方式，如原始人由于自身生存的需要，在适应自然环境和围捕猎物求生存时，必须自发地制作出使用方便、顺手的劳动工具，以求安全和舒适。又如在“围山打猎”时投掷树枝或者是锋利的石头，虽然这些对猎物有较强的杀伤力，但同时会损伤自身手部，带来诸多不便。要使之成为顺手的工具，它们应该具备两个条件：一是人手要拿得动、握持得住；二是将手握的树枝部位打磨光滑，或是将锋利的石块绑上打磨后的树干作为手柄，且手握部位要适合人手的形态，如图1-1所示。图1-1 新石器时代石斧、石镞
当然，在这个阶段里人们并没有在意识上理解自己所制造的工具与自身能力的关系，因而导致了人机关系的低效率，甚至会对人自身产生伤害。1.2.1 人体工程学萌芽阶段——经验人体工程学
工业革命以后，随着工业技术的进步，速度更快、力量更强大的机器被人类制造出来，但这时的人并未充分意识到机器与人（使用者）相互协调的重要性，对使用者的身心健康都造成了很大的损伤，如图1-2所示。图1-2 《摩登时代》剧照图
机器与人的不协调不仅损害工人身心健康，也不利于生产效率、工作效率的提高，因此包括企业家、工程师在内的全体社会成员开始逐渐关注这个问题。19世纪末20世纪初，人们开始采用科学方法研究人的能力与其使用的工具之间的关系，从而进入有意识地研究人机关系的新阶段。这一阶段，最具影响力的首推被称为“科学管理之父”的泰勒（W.Taylor）和吉尔布雷斯（F.Gilbreth）。
泰勒被认为是最早对人与工具匹配问题进行科学研究的学者。他在美国伯利恒钢铁公司（Midvale Steel Company）进行了一系列有关提高工作效率的试验。通过试验，他找到了工人铲煤、铲铁矿石最有效的铁铲形式，可以说是一种基于研究的人机工程分析和设计方法。其科学管理理论的宗旨是：使机器生产所要求的机器运动同人与作业之间、人与工作组织形式之间建立起最佳的匹配关系，把人的无效活动降到最低。泰勒的研究和理论特别重视“测量”的概念，认为只有通过测量才能找到改良生产效率的途径，并且要用测量来验证改良的绩效。
吉尔布雷斯研究过人的技能作业、疲劳问题，他热衷于时间动作研究（time and motion study），并为伤残人士设计工作台。他在对手术过程的动作研究中发现，主刀医生用于找手术工具的时间（所谓无效时间）与观察患者的时间一样长，这显然是低效的工作方式。他提出的解决方案是为主刀医生配一个辅助医生，这种手术方式一直沿用到今天。
他们的理论和研究都对后来的人体工程学发展起了重要的作用，但其理论和研究并没有明确提出“机器适应于人的思想”，而更多地强调“使人适应于机器”或者“使人适应于工作”。
在这一阶段，其学科主要特点是以机械为中心进行设计，在人机关系上以选择和培训操作者为主，使人适应机器。1.2.2 人体工程学的形成阶段——科学人体工程学
随着第二次世界大战的结束，第二次世界大战中一些高性能武器的投入使用（如战斗机），使人为因素造成的事故急剧增加，这一情况引起了科学界特别是心理学界和生理学界的高度重视。人的因素影响了机器性能的发挥，只要求“人适应机器”是不够的。通过分析研究，他们逐步认识到，“人的因素”在设计中是不容忽视的一个重要条件；同时，要设计好一个高效能的装备，只有工程技术知识是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。于是，人机关系的研究进入了一个新的阶段，即从“人适机”转入“机宜人”的阶段，科学人体工程学应运而生，人们提出了“使机器适应于人”的思想。
随着战争的结束，该学科的综合研究与应用逐渐从军事领域向非军事领域转变，并逐步应用军事领域中的研究成果来解决工业与工程设计中的问题，如飞机、汽车、机械设备、建筑设施以及生活用品等，但普通大众对其知之甚少。
在这一阶段，该学科的发展特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。1.2.3 人体工程学的发展阶段——现代人体工程学
从20世纪60年代至今，可以称其为现代人体工程学的发展阶段。20世纪60年代以后，人体工程学的研究和实践从实验室和军事领域扩大到工业的各个领域，如计算机、汽车和消费品。企业开始重视运用人机工程技术去分析、设计和检验产品的宜人性，人体工程学也从生产领域扩展到了生活领域，影响到人们日常生活的方方面面，大众开始接受人体工程学思想及其观念。
20世纪80年代以后，科学技术飞速发展。电子计算机应用的普及、工程系统及其自动化程度的不断提高、宇航事业的空前发展、一系列新科学的迅速崛起，不仅为人体工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人体工程学开辟了一系列新的研究领域。如宇航系统的设计问题、核电站等重要系统的可靠性问题、人—计算机界面设计问题等。人体工程学的目标这时并不局限于“机器适应于人”，在人机相互适应的目标下，人体工程学不仅仅关注人的安全、健康、效率，更加关注人的价值，关心人的满意度、舒适感、成就感等。
在这一阶段，学科的发展特点是：以人为中心，把人—机—环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造最适合于人操作的机械设备和作业环境，使人—机—环境系统相协调，从而获得系统的最高整合效能。
随着艺术与科学的发展，平面构成的应用理论逐渐得到完善，而且已成为设计艺术的基础学科。我国在20世纪80年代初将构成体系（平面构成、色彩构成、立体构成）从国外引入，其基本理论广泛地应用于我国的造型艺术领域。但是，在发展的过程中，平面构成作为普及化的造型基础，成为公式化和教条化的模式，最近几年形式构成已经越来越简单并有了浅表化倾向，远离了作为训练人的视觉感知能力这个初衷了。平面设计应该重新明确其价值目标，从一个新的视角界定视觉思维训练的问题，重建视知觉训练框架来发展这种表现方法。1.3 人体工程学的学科构成、研究内容及研究方法1.3.1 人体工程学的学科构成
人机工程学是一门综合性的边缘科学，它属于系统工程学的一个分支。系统论、控制论、信息论是它的基本指导思想，其基础理论涉及许多学科。除与有关的技术工程学科有着密切的关系外，人机工程学还与人体解剖学、人体测量学、劳动卫生学、生理学、心理学（指的是工程心理学）、安全工程学、行为科学、环境科学、技术美学等有着密切的联系。人机工程学带有横向学科的性质，其应用范围十分广泛，从日常用品到工程建筑，从大型机具到高技术制品，从家庭活动到巨大的工业系统，各个方面都在运用人机工程学的原理和方法，解决人机之间的关系问题。
人机系统的构成，可以分为人、机、环境三个子系统。这三个子系统各自独立为一门科学，即人的科学、技术工程学及环境科学。这三个子系统中两两相互交叉，又构成三个系统，即人—机系统、人—环境系统、机—环境系统。这三个系统交叉则构成人—机—环境系统，如图1-3所示。图1-3 人—机—环境系统中三个子系统示意图
因此，对人机工程学而言，既需要对人、机、环境的每个部分的属性进行深入研究，又需要对人机系统的整体结构及其属性进行研究，以达到总体优化的目的。1.3.2 学科的研究内容
虽然人体工程学的内容和应用范围极其广泛，但其根本的研究方向却是通过揭示人—机—环境之间相互关系的学科，以达到人—机—环境系统总体性能的最优化。对设计师而言，从事本学科研究的主要内容包括以下几个方面。（1）人的因素研究
在人—机—环境系统中，人是最基础的因素，人的生理、心理特性和能力特征是整个系统的优化基础。人具有自然和社会两种属性，对自然人研究主要包括：人体形态特征参数、人的感知特性以及人在工作和生活中的心理特性等；对于社会人的研究包括：人在生活中的社会行为、价值观念、人文环境等。研究的目的是解决产品、设施、用具、作业、工作场所等的设计如何与人的生理、心理特征相适应，从而为使用者创造高效、安全、健康、舒适的工作条件。（2）机器的因素研究
不同的研究对象涉及的因素各不相同，因此机器因素的研究范围很广，其研究内容可归纳为：建立机器的动力学、运动学模型，机器的特性对人、环境和系统性能的影响以及机器的防错纠错设计，机器的可靠性研究等。另外，还包括信息显示、操作控制、安全保障、有关机具的人体舒适性以及使用方便性的技术等。（3）环境的因素研究
环境的概念十分广泛，包括生产环境、生活环境、室内环境、室外环境、自然环境、人工环境。环境因素又可以归纳为以下几个方面：
①作业空间——场地、厂房、设备布局、作业线布局、道路及交通、安全门等。
②物理环境——噪声、照明、温度、湿度、辐射、磁场等。
③化学环境——有毒物质、化学性有害气体等。
④美学环境——形态、色彩、背景音乐等。（4）人—机—环境间关系及其系统的整体研究
人机关系是系统的主要研究内容，包括信息显示、操纵控制、人机界面等；人机系统的存在离不开环境，其功能受环境影响非常大，人与机相比，环境对人的影响会更明显，因而必须研究人与环境关系的因素；机器和环境相互作用，相互影响，机器与环境关系的因素也是必须研究的。
人—机—环境系统设计的目的就是创造最优的人机关系，最佳的整体系统工作效益，最舒适的工作环境，最佳的用户体验，当然也包括整个系统的可靠性与安全性等。1.3.3 学科的研究方法
人体工程学多学科性、交叉性、边缘性的特点决定了其研究方法也具有多样性，既有沿袭相关学科的研究方法，也有适合本学科研究的一些独特新方法，以探讨人、机及环境要素间复杂的关系。这些方法具体包括：测量人体各部分静态和动态数据；调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征；对时间和动作的分析研究，测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因；进行模型实验或用电子计算机进行模拟实验；运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。目前常用的人体工程学研究方法有以下几种。（1）资料分析法
资料研究是最基本的研究方法。不论研究哪类人机关系，首先都必须收集丰富的资料，再对有关资料进行整理、加工、分析和综合，在此基础上，找到系统的内涵规律性。（2）调查分析法
调查分析是人体工程学研究中最重要的方法之一，应用非常广泛，既通用于带有经验性的问题，也适用于各种心理量的统计。一般包括口头询问法、问卷调查法和跟踪显示观察法。口头询问法是通过与被调查人的谈话，评价被调查人对某一特定环境的反应，要求提问简明、用语准确、思路清晰。问卷调查法是事先设计好问卷，做到问题明确、填答方便、重点突出，以便被调查人能正确填答。跟踪观察法是通过直接观察和间接观察，记录自然环境中被调查者的行为表现、活动规律，然后进行分析。（3）实测法
实测法是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。例如，对人体静态与动态参数的测量，对人体生理参数的测量或者是对系统参数、作业环境参数的测量等。（4）实验法
实验法是当实测法受到限制时采用的一种研究方法，指在人为设计的环境中测试实验对象的行为或反应的一种研究方法。一般在实验室进行，也可在作业现场进行。参加实验的“人”可以是真人，也可用人体模型（如汽车防撞试验中的人体模型）。测试结果一般不宜直接用于生产实际，应用时需结合真人实验进行修正和补充，一般分为客观仪器测试和感官评价实验法两种。（5）模拟和模型实验法
由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机械模型以及各种人体模型等。通过这类模拟方法可以对某些操作系统进行逼真的试验，得到满足实验室研究的外推所需的更符合实际的数据。因为模拟器或模型通常比它所模拟的真实系统价格便宜得多，且又可以进行符合实际的研究，所以获得较多的应用。（6）系统分析法
此方法体现了人体工程学将人—机—环境系统作为一个综合系统考虑的基本观点，它是在资料研究法基础上进行的一种研究方法。通常包括作业环境的分析、作业空间的分析、作业方法的分析、作业组织的分析、作业负荷的分析、信息输入及输出的分析等，其中采取的方法有瞬间操作分析法、知觉与运动信息分析法、动作负荷分析法、频率分析法、相关分析法等。1.4 人体工程学与艺术设计的关系
虽然人体工程学发展的历史不长，但是在短短的几十年中已经得到了飞速发展。而在艺术设计中，随着以人为本的设计思想的进一步深入人心，设计师已逐步认识到，要想使设计能更好地为人类服务，就必须研究人的生理、心理以及行为特点，使设计出来的产品、设施等更好地与人的形体尺寸、生理结构、身心特点相匹配，只有这样的产品才能满足使用者的需求。
从设计所包含的内容来看，大至工业系统（如航天航空系统、核电站、自动化工厂、联合生产装置等），小到家庭活动（如居室布置、家具、卫生设备等），从一般机具（金属切削机床、汽车、拖拉机、起重设备以及手动工具等）到高科技产品（如电子计算机、机器人、传真机等），从日常用品（如自行车、摩托车、照相机、电视机、服装、文具、锅、碗、盆、盏等）到工程建筑（如城市规划、建筑设施、道路、桥梁、工业与民用建筑等）。总之，为人类各种生产和生活所创造的一切“物”，在设计与制造时，都必须运用人机工程设计的原理和方法，必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑，以解决人机之间的关系，使其更好地适应人的要求。显然，在设计中研究和运用人体工程学的理论和方法对设计师来说是必备的能力要求。
人体工程学和艺术设计的关系概括起来如下：
一方面，艺术设计与人体工程学的共同之处在于，两者都是以人为核心，以人类社会的健康发展为终极目的。前者的任务是创造符合人类社会健康发展所需要的物品和设施，而后者则着重研究人、机、环境三者之间的关系。为解决这一系统中人的效能、健康、安全和舒适问题提供理论和方法，人体工程学给设计师提供了有关人和人机关系方面的理论知识和设计依据，通过对人体工程学的研究，设计师可以知道产品或设施的形状、尺寸及所使用的材料和人体健康的关系。
另一方面，艺术设计也反过来推动了人体工程学的发展。从20世纪30年代起，不少工业设计师就开始介入人体工程学领域的研究。他们研究人体尺度、动作范围等作为设计日用品和家具的依据。在家具设计方面，如德国设计师荷伯特·欧尔和茱塔·欧尔于1991年设计的“莫尼卡”椅，被其称作“调节坐姿的工具”，这种座椅可以提供给人们自由的坐姿，让脊椎和躯体处于自然的平衡状态，从而使身体各部位能最佳地完成其功能，消除背部、颈部、臀部和腿部的应力。
人体工程学的发展使设计逐步走向科学化，从而使艺术设计形式更少受到设计师自我意识的影响，设计师在设计过程中，更加关注对用户的研究，使设计真正为消费者服务。1.5 人体工程学与人性化设计
以人为中心设计，必须正确对待人、面向人、适应人、支持人的行为，通过设计正确分配人机系统功能，使行为适应环境、社会，减少和避免对劳动者的过分要求，尊重人的能力限度。着眼于长远经济效益，使操作者（使用者）满意。人体工程学的人性化体现概括起来如下：
①以工具的“可用性”为设计目的，工具要适应人的生理能力、视听能力和身体尺寸，并在心理和情感上符合用户的满意度目标。
②保护使用者的安全健康，把设计思想和设计标准从机器技术中心论转向以人为中心的设计。
③减少造成人精神压力的紧张源，使人机界面的操作更符合人的行为习惯方式，改进设计中的隐性错误，同时增加界面的审美性，达到人与机器相互补充的目标。
④注意特殊人群的研究，老人、儿童和残疾人的用具符合其特点，特别是在公共交通、城市道路、公共生活设施当中进行无障碍化设计，并在设计中渗透人文属性。
⑤采用更为人性化的材料，以及高科技智能产品的开发等。2 人体尺寸测量与设计应用
人体尺寸及其相关研究是人体工程学的重要理论基础，研究人体尺寸和尺度，有助于设计师在设计中使产品（或设施）适合人体形态、生理以及心理特征，让人能舒适、方便地使用产品（或设施）。为此，设计师必须知道人体部分外观形态特征及相关测量数据，其中包括人体高度、各部位长度、厚度、比例及活动范围。2.1 人体测量2.1.1 人体测量学概述
人体测量是通过测量人体各部位的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，从而为工业设计、环境工程设计等提供人体测量数据资料。例如，在各种设施、设备的布局中，其位置必须安排在人肢体活动范围内，设备所需的操控力也应该符合人的肢体用力范围。设计师应用人体测量学的数据资料作为设计时的基本依据，并结合实际，才能真正满足相应群体的需求。2.1.2 人体测量分类
人体的形态测量数据是产品、设备和空间设计的基本依据，通过人体测量可获取人体的静态尺寸和人体动态尺寸。在体力方面，设计者必须使操作施力保持在生理可承受的限度以内，因此还要对人体的生物力学参数和生理学参数进行测量。（1）静态人体尺寸
静态人体尺寸是指被测者在静止地站着或坐着等姿势下进行的一种测量方式。静态测量的人体尺寸是工作区间的大小、家具、室内空间范围、产品界面等的设计依据。
静止的人体可采取不同的姿势，统称为静态姿势。主要可分为立姿、坐姿、跪姿和卧姿4种基本形态，每种基本姿势又可细分为各种姿势，总共23种。如立姿可分为跷足立、正立、前俯、躬腰、半蹲前俯5种；坐姿包括后靠、高身坐姿（座面高60cm）、低身坐姿（座面高20cm）、作业坐姿、休息坐姿和斜躺坐姿6种；跪姿可分为9种；卧姿分为3种。目前我国国家标准中规定的成年人静态测量项目立姿有40项，坐姿有20项。（2）动态人体尺寸
动态人体尺寸测量是指被测者处于动作状态下所进行的人体尺寸测量。动态人体尺寸测量的重点是人在执行某种动作时的身体特征。动态人体尺寸测量的特点是，在任何一种身体活动中，身体各部位的动作并不是独立无关而是协调一致的，具有连贯性和活动性。例如，手臂可触及的范围并不是唯一由手臂的长度决定，它还受肩部运动、躯干的扭转、背部的屈曲以及操作本身特性的影响。由于人在工作中都处于相对的运动状态，因而我们难以用静态尺寸测量资料来解决设计中的相关问题。
动态人体尺寸分为四肢活动尺寸和身体移动尺寸两类：四肢活动尺寸是指人体在原姿势下只活动上肢或下肢，而身躯位置并没有变化，其中又可分为手的动作和脚的动作两种；身体移动包括姿势改换、行走和作业等。（3）生物力学参数
生物力学参数主要是指人体各部分出力大小参数，如握力、拉力、提力、推力等。（4）生理学参数
生理学参数主要是指人体表面积、体积、耗氧量等。2.1.3 人体测量学中常用的专业术语（1）测量姿势
①立姿。被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，双目平视前方，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，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致成45°夹角，体重均匀分布于两足。为确保立姿姿势正确，被测者应使足后跟、臀部和后背部与同一铅垂面相接触。
②坐姿。被测者挺胸坐在被调节到腓骨高度的平面上，头部以眼耳平面定位，双目平视前方，左右大腿大致平行，膝大致屈成直角，足平放地面上，手轻放在大腿上。为确保坐姿正确，被测者的臀部、后背部应同时靠在同一铅垂面上。
无论采取何种姿势，身体都必须保持左右对称，由于呼吸而使测量值有变化的测量项目，应在呼吸平静时进行测量。（2）测量基准面
人体测量的基准面主要有矢状面、冠状面和水平面，它们是由相互垂直的3个轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来定位的，如图2-1所示。图2-1 人体测量的基准面和基准轴
①矢状面。通过垂直轴和纵轴的平面及其平行的所有平面都称为矢状面。在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状面。正中矢状面将人体分成左右对称的两个部分。
②冠状面（或额状面）。通过铅垂轴和纵轴的平面和与其平行的所有平面都为冠状面。冠状面将人体分成前、后两部分。
③水平面。与矢状面和冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两部分。
④眼耳平面。通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。（3）测量基准轴
①铅垂轴。通过各关节中心并垂直于水平面的一切轴称为铅垂轴。
②纵轴（或矢状轴）。通过各关节中心并垂直于冠状面的一切轴称为纵轴。
③横轴（或额状轴）。通过各关节中心并垂直于矢状面的一切轴称为横轴。2.1.4 人体测量方法
在人体尺寸参数的测量中，所采用的人体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、人体测量用三脚平行规、坐高仪、量足仪，角度计、软卷尺以及医用磅秤等。我国对人体尺寸测量专用仪器已制定了标准，而通用的人体测量仪器可采用一般的人体生理测量的有关仪器。
测量应在呼气与吸气的中间进行。其顺序为从头到脚；从身体的前面，经过侧面，再到后面。测量时只许轻触测点，不可压紧皮肤，以免影响测值的准确性。一般只测量左侧，特殊目的除外。
测量项目应根据实际需要确定，如确定座椅高度、深度和宽度尺寸，则需测定坐姿小腿加足高、臀部到膝腘的长度、臀宽，并对人的挺直和放松两种坐姿的尺寸进行测量，以便确定靠背的倾斜度。2.1.5 人体测量数据的统计处理术语（1）适应域
按某一尺寸设计的产品不可能适应所有的使用者，但应能适合大多数人。这个大多数到底是多少，要根据具体情况决定。一般说来，产品的尺寸最好能适合95%以上的人使用，最少不能低于90%。这个95%或90%即适应域。（2）百分位
百分位是人体测量手册中常见的概念，它表示某一测量数值和被测群体之间的百分比关系。分位由百分比表示，称为“第几百分位”，如50%称为第50百分位。百分位数是百分位对应的数值，如身高分布的第5百分位数为1 543mm，则表示有5%的人的身高将低于这个高度。（3）正态分布
考察一个群体，可以发现人群的尺度是具有一定分布规律的，考察的群体越大，这个规律就越明显。人体尺度，符合正态分布规律。以中国男性身高的抽样分析数据为例，身高在170cm左右的人最多。身高离这个数据越远的人数越少，形成一个中间大两头小的“钟”形曲线，这种分布规律叫作“正态分布”或“高斯分布”。（4）平均值、中值和众数
平均值表示全部被测数值的算术平均值。中值表示全部受测人数有一半的身高在这个数值以下，另一半在这个数值以上。众数则表示测得人数最多的那个身高尺寸。（5）标准差
平均值仅表示了被测数值集中于哪一点，标准差则反映了数值的集中和离散程度。在人体测量中，不仅要测得平均值，还要通过一定的数值处理得到标准差的数值。2.2 常用人体尺寸参数
人体尺度一般是指人体所占有的三维空间，包括人体高度、宽度和胸廓前后径以及部分肢体的大小等。通常由直接测量的数据通过统计分析得到。2.2.1 人体尺度的影响因素（1）年龄差异
人的体形随着年龄的增长而变化，最为显著的是儿童期和青年期，如图2-2所示。人体尺寸增长过程，一般男性20岁结束，女性18岁结束。通常男性15岁、女性13岁时，尺度就达到了一定的值。男性17岁、女性15岁时，脚的大小也基本定型。成年人身高随年龄的增长而收缩一些，但体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄的增长而增加。图2-2 人体不同年龄的身高比例，上为男性，下为女性（2）性别差异
在男性与女性之间，人体尺寸、重量和比例关系都有明显差异。对于大多数人体尺寸，男性都比女性大些，但有些尺寸，如胸厚、臀宽及大腿周长，女性比男性大。男女即使在身高相同的情况下，身体各部分的比例也是不同的。同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和头占的比例较大，肩较窄，盆骨较宽。（3）年代差异
随着人类社会的不断发展，卫生、医疗、生活水平的提高以及体育运动的大力开展，人类的成长和发育也发生了变化。据调查，欧洲居民每隔10年身高增加1～1.4cm。我国广州中山医学院男生1956—1979年23年平均身高增长4.38cm，女性平均身高增长2.67cm。身高的变化，势必带来其他形体尺寸的变化。（4）地域性差异
不同国家、地区、种族的人，由于遗传基因、饮食和气候环境的影响，使人们无论在体形还是身体各部分比例与尺寸上都有较大差异，即使是同一国家，不同区域也有差异。进行产品设计或工程设计时，应考虑不同国家、不同区域的人体尺寸差异。（5）职业差异
不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异，如一般体力劳动者尺寸都比脑力劳动者稍大些。在我国，一般部门的工作人员要比体育运动系统的人矮小。也有一些人由于长期的职业活动改变了形体，使其某些身体特征与人们的平均值不同。因此，为特定的职业设计工具、用品和环境时必须予以特别注意。
另外，数据来源不同、测量方法不同、被测者是否有代表性等因素，也常常造成测量数据的差异。2.2.2 常用成年人人体尺寸（1）我国成年人人体结构尺寸
我国成年人人体尺寸的国家标准GB 10000为人机上的设计提供了基础数据。该标准提供了7个类别共47项人体尺寸基础数据，包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸，并分别按性别列表。我们主要研究工业生产中法定成年人（男18—60岁，女18—55岁）年龄范围内的人体尺寸。
①人体主要尺寸。国标GB 10000—1988给出身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共6项人体主要尺寸数据，表2-1为我国成年人人体主要尺寸。表2-1 我国成年人人体主要尺寸/mm
②立姿人体尺寸。该标准中提供的成年人立姿人体尺寸有眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高，这6项立姿人体尺寸的部位如图2-3所示，我国成年人立姿人体尺寸见表2-2。表2-2 我国成年人立姿人体尺寸/mm图2-3 立姿人体尺寸
③坐姿人体尺寸。标准中的成年人坐姿人体尺寸包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长共11项，坐姿人体尺寸如图2-4所示，表2-3为我国成年人坐姿人体尺寸。图2-4 坐姿人体尺寸表2-3 我国成年人坐姿人体尺寸/mm
④人体水平尺寸。标准中提供的人体水平尺寸是指：胸宽、胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽、坐姿臀宽、坐姿两肘间宽、胸围、腰围、臀围共10项，其部位如图2-5所示，表2-4为我国成年人人体水平尺寸。表2-4 我国成年人人体水平尺寸/mm图2-5 人体水平尺寸
⑤选用GB 10000—1988中所列人体尺寸数据时，应注意以下要点：
A. 表列数值均为裸体测量的结果，在用于设计时，应根据各地区不同的着衣量而增加余量。
B. 立姿时要求自然挺胸直立，坐姿时要求端坐。如果用于其他立、坐姿的设计（如放松的坐姿），要进行适当的修正。
C. 由于我国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，在应用时要进行适当修正。（2）我国成年人人体功能尺寸
①人在工作位置上的活动空间尺度。人在各种工作时都需要有足够的活动空间。工作位置上的活动空间设计与人体的功能尺寸密切相关。由于活动空间应尽可能适应于绝大多数人的使用，设计时应以高百分位人体尺寸为依据，一般以我国成年男子第95百分位身高为基准。
常用工作姿势有站、坐、跪（如设备安装作业中的单腿跪）、卧（如车辆检修作业中的仰卧）等作业姿势，如图2-6至图2-9所示。图2-6 立姿活动空间的人体尺度图2-7 坐姿活动空间的人体尺度图2-8 单腿跪姿活动空间的人体尺度图2-9 仰卧活动空间的人体尺度
②常用的功能尺寸。常用的立、坐、跪、卧等作业姿势活动空间的人体尺度图，可满足人体一般作业空间概略设计的需要。但对于受限作业空间的设计，则需要应用各种作业姿势下人体功能尺寸测量数据。GB/T 13547—1992标准提供了我国成年人立、坐、跪、卧等常取姿势功能尺寸数据，可归纳为表2-5。表2-5 我国成年人上肢功能尺寸/mm2.2.3 人体主要尺寸参数计算
在实际设计活动中，我们往往无条件去测量所需要的人体数据，或者为了简化人体测量的过程，可根据人体身高、体重等基本数据参数，利用经验公式计算出所需要的其他各部分数据。（1）人体各部分尺寸与身高的相关计算
正常成年人人体各部分尺寸之间存在一定的比例关系，因而按正常人体结构关系，以站立平均身高为基数来推算各部分的结构尺寸是比较符合实际情况的。而且，人体的身高是随着生活水平、健康水平等条件的提高而有所增长，如以平均身高为基数的推算公式来计算各部分的结构尺寸，在进行实际应用时要考虑年代因素差异，适当修正，因此应用也很灵活。
根据GB 10000—1988《中国成年人人体尺寸》给定的人体尺寸数据的均值，推算出我国成年人人体各部分尺寸与身高的比例关系，如图2-10所示。图2-10 我国成年人人体尺寸比例关系（2）生活用具及设施高度与身高的相关计算
生活用具、机械设备及建筑设施必须适合于人的尺度，才能舒适和高效。因此，各种工作面的高度和设备高度，如操作台、仪表盘、操纵件的安装高度以及用具的设置高度等，都应根据人的身高来确定。可利用图2-11和表2-6来推算工作面、设备以及用具的高度。图2-11 以身高为基准的设备和用具尺寸推算图表2-6 设备及用具高度与身高的关系（3）体重与身高的相关计算
一般人的体重与身高之间存在下列关系：
正常体重W2=H-110（kg）
理想体重WL=H-100（kg）
如果人的体重经常低于或高于正常体重的10%以上，都属于不正常状态。（4）人体体积和体表面积的计算
当体重在50～100kg时，可根据体重、身高按下列公式求得人体体积和体表面积。
①人体体积计算：V=1.015W-4.937
式中：V是人体体积（m3）；W是人体体重（kg）。
②人体体表面积计算。
a. 由身高来计算：男性B=100H；女性B=77H
式中：B是人体体表面积（cm2）；H是身高（cm）。
b. 由身高和体重计算人体体表面积：B=0.006 1H+0.012 8W-0.152 9
式中：B是人体体表面积（cm2）；体重（kg）；H是身高（cm）。2.3 人体测量知识应用
人体测量数据可用于指导工程和产品设计，也可以作为评估上述各项的依据。人体尺寸参数在设计中的应用是一个极其重要而又复杂的问题，它关系到所设计的机器、设备等的适用性，操作便捷性、准确性及舒适性等。只有在熟悉人体测量基本知识之后，才能选择和应用各种人体数据，否则有的数据可能被误解，如果使用不当，还可能导致严重的设计错误。另外，各种统计数据不能作为设计中的唯一依据，也不能代替严谨的设计分析。因此，当设计中涉及人体尺度时，设计者必须熟悉数据测量定义、适用条件、百分位数选择等方面的知识，唯有如此，才能正确地应用有关的数据。2.3.1 人体测量数据的应用（1）应用人体尺寸数据的基本原则
人体尺寸大小是各不相同的，而且某种设计一般不可能满足所有使用者，但为了使该设计适合于较多的使用者，就需要根据产品的功能及使用情况应用人体尺寸数据，我们一般按下列原则来进行：
①极端原则。该原则根据设计目的，选择极大尺寸或极小尺寸。例如，可容性的设计对象，如门、船舱口、通道、床等的尺度要用极大尺寸（95%或99%百分位）；而可触性的设计对象，如控制器与操作者的距离等则要用极小尺寸（5%百分位）。
②可调原则。对于与健康、安全关系密切的设计要使用可调节性原则，即所选用的尺寸应在第5百分位和第95百分位之间可调，如工作座椅必须在高度、靠背倾角等尺度方向可调节。
③平均原则。虽然“平均值”这个概念在设计中不太合适，但如商店柜台高度、门把手高度等常用平均值进行设计，即以50%百分位数值为设计依据。
为使设计满足上述原则，必须合理选用百分位。通常选用百分位的原则是，在不涉及使用者健康和安全时，一般选用第5百分位或第95百分位作为界限值较为合适，以便简化加工制造、降低成本。但当身体尺寸在界限以外的人使用时对其健康造成影响或增加事故危险时，其尺寸界限则应扩大到第1百分位或第99百分位，从而保证几乎所有人使用方便、安全，如紧急出口、逃生通道应以第99百分位数值作为依据，而使用者与紧急制动杆的距离则应以第1百分位数值作为依据。（2）应用人体尺寸数据时的注意事项
①了解分析使用者或操作者的情况。设计的任何产品都是针对一定的使用群体，因此，在设计时必须分析使用者的特征，包括性别、年龄、种族、体型、身体健康状况等。
②选择合适的人体尺寸百分位数。在具体产品或设施设计上，首先对其性质进行分析，对整个人体或人体局部部位需要空间包容的设计，我们称其为可容性设计，如设计对象为车厢、通道等，此时应以大个子作为设计标准，选取较高的百分位；对于那些伸出四肢方可能及的设计对象，我们称之为可触性设计，如公共汽车内的扶手、控制台上的操作等，要考虑小个子的人够得着，设计时要选取较小的百分位；上述两方面均有要求的设计对象，设计对象对最大和最小尺寸均有要求，如汽车内室的设计，既要满足身材高大的人可以舒适地乘坐，又要保证身材矮小的人也能自如地操纵和观察。在设计中要同时照顾到这两方面的要求，可将其设计成可调节的，以较小的百分位和较大的百分位作为调节范围的两极尺寸。
③确定心理尺寸修正量。为了克服人们心理上产生的“空间压抑感”“高度恐惧感”等心理感受，或者为了满足人们“求新”“求美”“求奇”等心理需求，一般在产品功能尺寸上附加一定的增量，称为心理修正量。
④确定功能尺寸修正量。大部分人体尺寸数据是裸体或是穿背心、内衣、内裤时静态测量的结果。设计人员选用数据时，必须在所测的人体尺寸上增加适当的着装修正量；通常所测得的静态人体尺寸数据，虽然可解决很多产品、设施和环境设计中的问题，但由于人在操作过程中姿势和体位经常变化调整，静态测得的尺寸数据会出现较大误差，设计时需用动态测得的尺寸数据加以适当调整。
此外，在确定作业空间的尺寸范围时，不仅与人体静态测量数据有关，同时也与人体活动范围及作业方式方法有关。如手动控制器最大高度应使第5百分位数身体尺寸的人直立时能触摸到，而最低高度应适合第95百分位数的人的高度，以保证大多数操作者能舒适、安全地使用。2.3.2 人体模板与应用
由于人体各部位的尺寸因人而异，而且人体的工作姿势随着作业对象和工作情况的不同而不断变化，因而要从理论上来解决人机相关位置的问题是比较困难的。但是，若利用人体结构和尺度关系，将人体尺度用各种模拟人来代替，通过“机”与人体模型相关位置的分析，便可以直观地求出人机相对位置的有关设计参数，为合理布置人机系统提供可靠条件。（1）人体模板种类与特点
目前，在人机系统设计中采用较多的是两种类型的人体模板：一是二维人体模板，这种人体模板是根据人体测量数据进行处理和选择而得到的标准人体尺寸，利用塑料板或密实纤维板等材料，按照1:1，1:5等设计中的常用比例，制成的人体各个关节均可活动的裸体穿鞋的人体侧视模型；还有一种是三维人体模板，三维人体模板又有实物模型和计算机模拟模型之分。实物模型应用十分广泛，如三维立体裁剪的各种服装人台、汽车碰撞试验中的假人等。计算机模拟三维人体由于是虚拟人体的几何模型和生物力学模型，不需要制作实物，因此既经济又快速，如飞机驾驶系统的计算机辅助模型等。
下面主要介绍二维人体模板。图2-12 坐姿人体模板侧视图
①坐姿人体模板。GB/T 14779—1993标准规定了三种身高等级的成年人坐姿模板的功能设计基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用条件。图2-12是该标准提供的坐姿人体模板侧视图。
②立姿人体模板。GB/T 15759—1995标准提供了设计用人体外形模板的尺寸数据及其图形，如图2-13所示。该模板按人体身高尺寸不同分为四个等级：图2-13 立姿人体模板
一级采用女子5百分位身高；二级采用女子50百分位与男子5百分位身高的重叠值；三级采用女子95百分位与男子50百分位身高的重叠值；四级采用男子95百分位身高。（2）人体模板的应用图2-14 人体模板用于工作系统的设计
人体模板应用范围十分广泛，主要可用于辅助设计、辅助演示或模拟测试等方面。在人机系统设计时，人体模板是设计人员考虑主要人体尺寸时有用的辅助手段。例如，生产区域中工作台面的高度、坐平面高度和脚踏板高度是在一个工作系统中互相关联的数值，但主要是由人体尺寸和操作姿势决定的。如借助于人体模板，可以很方便地得出在理想操作姿势下各种百分位的人体尺寸所必须占有的范围和调节范围，如图2-14所示。
在汽车、轮船、火车、飞机等交通运输设备设计中，驾驶室或驾驶舱、驾驶座以及乘客座椅等相关尺寸，也是由人体尺寸及其操作姿势或舒适的坐姿确定的。但是，由于相关尺寸非常复杂，人与“机”的相对位置要求又十分严格，为了使设计能更好地符合于人的生理、心理要求，在设计中，可以采用人体模板来校核有关驾驶室空间尺寸、乘客放松坐姿时的空间尺寸、方向盘等操纵机构的位置、显示仪表的布置等是否符合人体尺寸与操作姿势的要求，图2-15是用人体模板校核小汽车驾驶室设计的实例。图2-15 人体模板用于小汽车设计3 人体运动系统
人类改造世界的实施手段要靠人的运动。人的运动系统使人完成各种动作、生活和从事生产活动。虽然自动化技术和计算机技术在不断发展，但仍然有大量的工作行为需要身体的力量，如操纵机器设备等。人的运动系统由肌肉、骨骼和关节三部分组成，它们各自发挥着不同的作用：骨是运动的杠杆，关节是运动的枢纽，肌肉是运动的动力。三者在神经系统的支配和调节下协调一致，共同准确地完成各种动作。
人体所有的功能活动（如学习、工作、休闲）都离不开运动系统的参与，这个系统由骨、关节和肌肉三种器官组成，其占据人自身体重的60%。3.1 肌肉生理特征3.1.1 肌肉分类及其运动特征
人体的肌肉依据其形状构造、分布和功能特点可分为三种类型。第一类是骨骼肌，通过肌腱与骨骼相连。骨骼肌的收缩性较强，其运动受神经系统支配。人体运动主要与骨骼肌有关，但用力不能持久。此外，人体肌肉还有平滑肌、心肌两种。人体工程学研究的主要是骨骼肌，人体骨骼肌共有四百多块，约占成年男性体重的40%、女性体重的35%，分布在身体的各个部位。肌肉由肌纤维组成，其长度以肌肉大小不同而不同，如图3-1所示。图3-1 人体肌肉示意图
肌肉运动的基本特征是肌肉收缩与放松。肌肉收缩产生肌力，肌力的大小受很多因素的影响，比如单个肌纤维的收缩力大小、肌肉中肌纤维的数量、肌肉收缩前的初长度、肌肉对骨骼发生作用的机械条件等。肌肉收缩距离大，做功多，产生的肌力就大。3.1.2 肌肉施力（1）肌肉施力分类
无论是人体自身的平衡稳定或人体的运动，都离不开肌肉的机能。肌肉的机能是收缩和产生肌力，肌力可以作用于骨，通过人体结构再作用于其他物体上，称为肌肉施力。肌肉施力有两种方式：一种是动态肌肉施力，就是肌肉运动时收缩和舒张交替进行；另一种是静态肌肉施力，它是肌肉保持收缩状态的运动方式。
这两种施力方式对人体血液循环的影响各不相同，正常的血液循环能保证人体所需的物质能量和代谢物的传输。动态施力时，血液随着肌肉的舒张和收缩进入和压出肌肉，物质能量和代谢物都能顺利进入和排除肌肉，血液的输送量可以达到肌肉放松时的几倍，甚至可以达到静态时的10倍以上，在这样的运动作业中只要把握好节奏，其作业可以持续较长时间而不会疲劳。而静态施力时，收缩的肌肉压迫血管，阻止血液进入肌肉，由于缺乏物质能量、代谢物不能正常排出而引起肌肉疲劳。
在我们的日常生活中，人体作业姿势主要有坐姿和立姿两种，在这两种姿势中都有部分肌肉存在静态施力，只是程度大小不同而已。比如人在立姿时，由于骨骼要支撑自身的重量，肌肉没有完全放松，从颈部、胸部、腰部、臀部到腿部，就有许多块肌肉在长时间静态施力或受力，如图3-2所示。其实在我们所有的职业活动中都有不同程度的静态施力，如伏案书写、弯腰取物等。因为静态施力的作业方式比较“费力”，虽然它不能绝对避免，但其大小程度对工作效率、人体健康影响较大，因此我们在设计时应该处理好静态施力的问题，如图3-3所示。图3-2 警察立姿，长时间静态施力会消耗较大体力图3-3 学生坐姿书写，也会产生静态施力（2）静态施力的生理影响
在静态作业的情况下，人体会产生一些相应的生理变化，与动态施力相比较，静态施力会造成能量消耗加大、肌肉酸痛、心率加快和恢复期延长等生理现象。造成这些现象的主要原因是供氧不足，糖的代谢无法释放足够的能量以合成高能的磷酸化合物；其次是肌肉内累积了大量的乳酸，需要更多的氧气进行氧化。据研究发现，学生手提书包比背书包要多消耗一倍多的能量，这主要是由于手臂、肩和躯干部分静态施力引起的，如图3-4所示。
图3-4 手提书包、单肩背、双肩背三种方式相比较，静态施力的耗能越来越大
长时间受静态施力会诱发一些疼痛性疾病，这些病症主要分轻重两类：一类是较容易恢复的劳累性疼痛，一般位于肌肉和肌腱，疼痛时间较短；另一类的疼痛部位位于关节，其身体内的一些组织已发生病变，会产生一些如长期疼痛、活动不便等严重的后果。如椎间盘疾病的诱因主要是由于长期处于某一工作体位不变，导致局部的肌肉静态施力过大而引起的；一些需要长期重复动作的职业如货物搬运或需要长时间电脑操作的行业等，都会引发腱鞘炎等疾病。（3）静态施力极限
根据研究，静态施力时，肌肉供血受阻的大小与肌肉产生的力成正比。当用力大小达到最大肌力的60%时，血液输送几乎完全中断。在用力是最大肌力的15%～20%时，血液循环保持正常，在这样的情况下，即使是静态肌力，也可以维持一段时间；在用力是最大肌力的50%时，肌肉收缩的时间最长只能维持一分钟。因此，在设计作业动作时，应该尽量减少静态肌力的产生，且肌肉施力应小于该肌肉最大肌力的15%。
研究发现，不同人群肌力大小有较大区别：女性各种肌力均小于男性。其中左、右手握力及臂提举力，肩提举力，腰拉力女性占男性比例分别为50.6%、54.0%、49.60%、54.8%、46.40%。年龄区别上，各种肌力以40岁组较高。职业区别上，男性工人、学生肌力略高于行政人员，而女性工人高于学生。
不同的人种在肌力上也有很大的区别：有资料表明，体重为59～63kg的美国男性握力、臂提举力、肩提举力和腰拉力的平均值分别为44kg、34kg、44kg、105kg；而体重为50～54kg的美国女性则分别为26kg、18kg、26kg、59kg。我们发现，中国男性的肌力约为美国男性的95.5%（左手计）、78.8%、76.8%和84.4%：中国女性的肌力约为美国女性的81.9%（左手计）、73.9%、71.2%和69.7%。以职业分，中国男性产业工人的握力、臂提举力、肩提举力和腰拉力分别是美国产业工人的85.3%、66.2%、56.1%和82.6%；女性约为74.3%、66.7%、66.9%和65%。男性大学生的握力、臂提举力、肩提举力和腰拉力分别是美国男性大学生的96.8%、80.5%、77.6%和88.8%；女性大学生分别是美国女性大学生的72.9%、72.5%、74.9%和72.2%。显然，中国人的静态肌力明显低于美国人，特别是臂提举力、肩提举力和腰拉力。（4）减少静态施力的常见设计方法
不管人体采用哪种工作姿势，静态施力在很大程度上是无法避免的，但我们可以通过合理的设计手段来减少静态施力。最常用的就是要避免“不自然”的身体姿势，如传统老式键盘在使用中要求人手腕部采取“扭曲”的姿势，用不了多长时间就会感觉手臂麻木，长期使用者患腱鞘炎疾病的概率非常高，如图3-5所示。新式分体键盘在中间一分为二，每部分的键位都倾斜一定角度，以保持手腕部的顺直自然。因为这样的设计减少了静态肌力的产生，所以长时间使用也不容易感到疲劳，如图3-6所示。又如新式的工业遥控器采用背带式的携带方式、操纵杆的倾斜布局，这些都是减少静态施力的成功设计，如图3-7所示。图3-5 传统老式键盘，手腕弯曲不自然
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