第二章生理特征

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1、第二章 人体的生理特征及应用本章学习目的 认识人体尺寸的重要性 了解我国成年人的基本人体尺寸 掌握人体尺寸在系统设计中可采用的方案 掌握人体尺寸在系统设计中应该遵循的程序 了解人体的动态生理特征 应用人体尺寸解决简单的人因工程问题 为后面章节的学习打下基础2.1 人体尺寸人体尺寸 我国成年人的基本尺寸 人体尺寸的影响因素 人体尺寸的统计指标 设计中可采取的方案 设计程序我国成年人的基本尺寸我国成年人的基本尺寸 中国成年男子的人体尺寸 中国成年女子的人体尺寸 设计高度与人体高度之比中国成年男子的人体尺寸百分位数151050909599身 高1543158316041678175417751814

2、体重（kg）44485059717583眼 高1436147414951568164316641705肘 高9259549681024107910961128坐 高836856870908947958979坐姿眼高729749761798836847868坐姿肘高214228235263291298312坐姿大腿厚103112116130146151160坐姿膝高441456464493523532549坐 深407421429457486494510臀膝距499515524554585595613胸 宽242253259280307315331最大肩宽38339840543146046948

3、6坐姿臀宽284295300321347355369坐姿两肘间宽353371381422473489518中国成年女子的人体尺寸百分位数151050909599身 高1449148415031570164016591697体重（kg）39424452636674眼 高1337137113881454152215411579肘 高873899913960100910231050坐 高789809819855891901920坐姿眼高678695704739773783803坐姿肘高201215223251277284299坐姿大腿厚107113117130146151160坐姿膝高4104244

4、31458485493507坐 深388401408433461469495臀膝距481495502529561570587胸 宽219233239260289299319最大肩宽347363371397428438458坐姿臀宽295310318344374382400坐姿两肘间宽326348360404460478509人体尺寸与设备高度编号定义设备与身高之比1 与人同高的设备1/12 设备与眼睛同高11/123 设备与人体竿重心同高5/94 设备与坐高相同6/115 眼睛能够望进设备的高度10/116 能挡住视线的设备高度33/347 站着用手能放进和取出物体的高度7/68 站着手向上伸

5、所能达到的高度4/39 站姿使用方便的台面高度(上限)6/710 站姿使用方便的台面高度(下限)3/811 站姿最适宜的工作点高度6/1112 站姿用工作台高度10/1913 便于用最大力牵拉的高度3/514 坐姿控制台高度7/1715 台面下的空间高度(下限)1/316 操纵用座椅的高度3/1317 休息用座椅的高度1/618 座椅到操纵台面的高度3/17人体尺寸的影响因素人体尺寸的影响因素 性别 年龄 国家 地区 时间性别性别性别对群体尺寸差别的影响也许是最大的。男女之间的平均身高相差为10厘米以上。按95%男性设计的达到高度将有50%以上的女性达不到。年龄:身高随年龄的变化身高随年龄的变

6、化(cm)年龄(岁)女性男性1-5+36+365-10+28+2710-15+22+3015-20+1+620-350035-40-1040-50-1-150-60-1-160-70-1-170-80-1-180-90-1-1国家:几个国家的男子平均身高几个国家的男子平均身高(mm)国别美国原苏联西德英国瑞典法国意大利中国日本身高177217671755175317411711171016801667地区:我国六大区域人体身高我国六大区域人体身高(单位单位:mm)东北、华北西北东南华中华南西南男子169316841686166916501647女子15861575157515601549154

7、6时间 随着生活水平的提高，人体的平均高度也在增长。我们都感到现在的年轻人比过去的人要高。据统计，过去三十年，日本人的平均身高增加了8厘米之多。我国国家技术监督局的统计结果表明，我国青少年的身高也有一定的增长。人体尺寸的统计指标人体尺寸的统计指标 概率分布 平均值 均方差 百分位数平均值与均方差的关系方差概率10.68261.650.900020.954430.9987百分位数 百分位数是指一个随机变量(某一人体测量尺寸指标)低于某一给定概率处的值。在人因工程设计中常用到的百分位数是5%、10%、50%、90%和95%。按5%设计，表示有5%的人的尺寸低于设计尺寸，按95%设计，表示95%的人

8、的尺寸低于设计尺寸。注意是单侧百位数还是双侧百位数 设计中可采取的方案设计中可采取的方案 按人体尺寸的分布 按人体平均尺寸设计 按某一百分比设计 按某部分人设计，为另一部分人提供调整 为某些特定的人设计 设计程序设计程序 确定设计对象和目标 确定使用对象 确定相关的人体尺寸 决定极限百分比 根据查表或测量确定所需要的数据 向有关设计人员提供数据 2.2 人体的动态生理特征人体的动态生理特征 人的神经系统 人体的肌肉系统 人的能量供应系统 脉搏与体力劳动 2.2.1 人的神经系统人的神经系统 神经系统的结构 神经的功能 肌肉的神经分布 神经系统的结构神经系统的结构 人的神经系统可分为中枢神经系统

9、和末梢神经系统两大部分。中枢神经系统包括大脑和脊髓。末梢神经系统包括传入神经（感觉神经）、传出神经（运动神经）。神经系统通过感觉器官（眼、耳、鼻、皮肤等）获得外界信息，再由传入神经传递给中枢神经系统，中枢神经系统做出决定后，由传出神经给肢体肌肉下达指令，使其做出相应的运动。神经的功能神经的功能神经系统本质上是一个控制系统，它控制着外部的和内部的运动，并监视着各种感觉器官。一个神经细胞的工作取决于它对刺激物的敏感性和它把一个刺激物沿着神经纤维传递的能力，当一个神经细胞受到刺激时，产生的脉冲沿着神经纤维送到工作中的器官。肌肉的神经分布肌肉的神经分布每一块肌肉都是通过运动神经和感觉神经与大脑这一控制

10、中心连在一起的。运动神经把神经脉冲（在这种情况下是运动命令）从大脑带到骨胳肌肉，在这里它们带来收缩或其他运动指令。在一块肌肉内，这个神经被分成几个纤维，每一个纤维与几个肌肉纤维连在一起。每一个运动神经细胞与它们所在的肌肉纤维一起组成一个运动单位，在做比较精密的技术性工作时，每个运动单位只有3-6个肌肉纤维，而在做重体力工作的肌肉中，一个神经元也许会分布在100个肌肉纤维上。2.2.2 人体的肌肉系统人体的肌肉系统 人的肌肉结构 能源的来源 肌肉运动中的电现象 人的肌肉结构 人能够运动是因为有分布在全身的肌肉，它差不多占人身体总重量的40%。肌肉的一个最重要的特点是它可以缩短到正常尺寸的一半左右

11、，这种现象我们称之为肌肉收缩。每个肌肉纤维收缩时都有一定的力量，一块肌肉的力量是这些肌肉纤维力量的总和。人的肌肉的最大力量介于0.3-0.4N/mm2之间。能源的来源 在肌肉的收缩过程中，机械能的产生是由消耗肌肉中贮存的化学能转化来的，肌肉工作实际上是一个化学能向机械能转化的过程。能量的释放是由于肌动朊纤维和肌浆球蛋白中的蛋白质分子发生的化学反应而引起它们位置的变化，产生收缩。收缩的直接能源是在化学反应中含有丰富的磷酸脂由高能状态变为低能状态。肌肉内的大部分能源来自于三磷酸腺苷(ATP)，当它转化成二磷酸腺苷时释放出大量的能量。肌肉纤维中的另一个化学能源是磷肌酸，它分解成磷酸和肌酸时能释放同样

12、重要的能量。肌肉运动中的电现象 静止时肌肉纤维有一个90微伏的电位，被称为静止膜电位。肌肉开始收缩时，静止电位迅速消失。肌肉纤维的内部开始带正电，这个电位被称为行动电位。行动电位的产生包括肌肉纤维膜的去极和重新极化两个过程。在这期间，肌肉不可以被新的神经命令所刺激起来，所以这段时间又被称作绝对不应期，这段时间持续大约1-3微秒。肌肉的电现象可以通过放大器，以皮电图的方式记录下来。2.2.3 人的能量供应系统 人体的新陈代谢 能量消耗的分类 各种情况下的能量消耗 能量消耗与健康 人体的新陈代谢 人体的一个基本生物过程是新陈代谢，在这个过程中人体从食物中吸收营养，把化学能转换成机械能和热。原来人体

13、的能量消耗是用千卡(kcal)来测量的，现在更常用千焦(KJ)来计量。两者之间的换算为：1 kcal=4.187 KJ。人体能量的消耗可以间接地通过人体氧的消耗来进行，因为两者是直接相关的。当一升的氧在人体内被消耗时，平均有20千焦的能量产生，这被称为氧的热当量。能量消耗的分类基础代谢：通常将环境温度为18-25，人处于清醒、静卧、空腹和排除肌肉活动与精神紧张时的状态称为基础状态。基础状态下人的的能耗被称为基础代谢量。对于一个体重为70公斤的男性，基础代谢在24小时内大约是7000千焦。对于一个体重为60公斤的女性，一天的新陈代谢大约是5900千焦。能量消耗的分类（续）生活能耗：人的日常生活，

14、如起床、吃饭、走动等也要消耗一定的能量，我们把这些日常活动消耗的能量称为生活能耗。一个普通男性一天的生活能耗大约是2400千焦，而女性则为2000-2200千焦。能量消耗的分类（续）工作能耗：体力劳动一开始，人体内的能量消耗就迅速地增加。工作使人能耗的增加量称为工作能耗。工作能耗反映了涉及到重体力劳动时身体的压力水平，它可以用来评估工作的负荷水平、确定需要的休息时间、比较各种不同工具的效率或不同工作安排的效率。不同职业的能量消耗不同职业的能量消耗工作种类职业例每天的能量消耗(千焦)男人女人坐着的轻度工作记账员96008400重手工劳动拖拉机驾驶员125009800中等身体运动屠夫1500012

15、000重体力劳动扳道员1650013500极重的体力劳动煤矿工19000不同活动的能量消耗不同活动的能量消耗活动种类活动条件能量消耗(千焦/分钟)走路平地表面光滑，4公里/小时8.8负荷走路30公斤负荷，4公里/小时22.3上楼梯坡度为30度，17.2米/分钟57.5骑自行车16公里/小时22.0锯木60来回/分钟38.0家务劳动打扫清洁8-20能量消耗与健康能量消耗的上限：今天大多数生理学家都把每天的平均总能量消耗20000千焦作作为体力劳动的合理上限，这对应于平均每个工作日10500千焦的工作能耗。如果把它平均地分到8小时，对应于每小时1300千焦的工作能耗.。能量消耗与健康研究结果表明，

16、一个健康的男性职员每天应有12000-15000千焦的能量消耗，对女性职员这个值为10000-12000千焦。邮递员、机床的操作人员、制鞋和修鞋者一天的能量消耗属于这个范围，成天坐着工作的人可以通过在业余时间进行锻炼来达到这个值。几种体育活动对应的能量消耗几种体育活动对应的能量消耗活动能耗(焦耳/分钟)快走(5公里/小时)17跑步(10公里/小时)40-48骑自行车(20公里/小时)40登山32-40游泳20-40跳舞16-322.2.4 脉搏与体力劳动研究表明，随着工作强度的增加，心跳的增加将更快。如果：环境中的温度更高 静负荷的比例更大 包括的肌肉的数目更少心跳的标准 Muller考虑用总

17、恢复脉搏作为测量疲劳和恢复的方法，他提出了这样的工作负荷标准：当工作停止后，应能在15分钟恢复到休息时水平。这个极限可以保证在工作时能量的使用的速度与能量提供的速度是一样的，可以保持一个稳定状态。在这些条件下最大的能量输出就是在一个八小时工作日连续工作的极限。当工作脉搏比休息时高30次时就达到了一个男性连续工作的极限。Rohmert等人用自行车测功计发现人的工作脉搏达到稳定状态时为40次/分钟，即极限为工作脉搏等于40次/分钟，但他们的休息脉搏是在工人躺下时测的。他们还发现4千焦的工作对应于10 个工作脉搏。热环境与心跳在热环境中工作时，心脏和血液循环系统有两项功能:第一，把能量输送给肌肉；第二，把热从人的体内输送到皮肤。心脏和循环系统的这种双重负担在工农业中是很常见的。当在25度以上做重体力劳动时，排除多余的热给心脏增加了一个额外负担。本章作业和思考题 列出至少五项在自行车设计中应该考虑到人体尺寸的内容，并对其中的一项内容（如车把柄的直径）按本章给出的设计原则进行设计。人体尺寸可采用书中的数据，或上网查阅相关的数据，或通过测量同学的相关尺寸获得。测量自己的正常脉搏，然后在分钟之内走完学校田径场（米）一圈，测量走完后的脉搏，计算这项运动带来的脉搏增量。