Основные сведения об антропометрии

Каждый человек из личного опыта знает, что все люди разли­чаются ростом, комплекцией, осанкой, размерами частей тела. Каждый человек неповторим, найти двух абсолютно одинаковых людей невозможно. Поэтому перед конструктором, занимающим­ся проектированием автомобиля или трактора, стоит весьма не­простая задача. Казалось бы, можно выбрать достаточно большие размеры, определяющие положение водителя и пассажира в кузове, но тогда неизбежно увеличатся размеры пассажирского салона или кабины, масса машины, материалоемкость конструкции и цена машины. Человек небольшого роста в таком автомобиле или тракторе будет испытывать определенные неудобства: ему будет трудно доставать ногами и руками до органов управления, возникнут проблемы с обзорностью. Конечно, можно пойти другим путем. Выбрать достаточно боль­шое число людей — потенциальных пользователей, тщательно об­мерить элементы их тел, вычислить средние значения размеров и на основании этих данных сконструировать рабочее место водите­ля и места пассажиров для «среднего» человека. Но тогда будут недовольны конструктором люди, размеры которых отличаются от средних, — а их большинство. Конструктор должен скомпоновать места для водителя и пас­сажиров таким образом, чтобы обеспечить наибольшие удобства для людей любого роста и пропорций тела или хотя бы для боль­шинства людей, а для этого необходимо прежде всего знать реаль­ные величины, характеризующие параметры этих людей. От этого зависит надежность функционирования всей системы «человек-машина—окружающая среда», т.е. безопасность на улицах и до­рогах. Изучением размеров человеческого тела и его частей занимает­ся антропометрия (от греч. anthropos — человек и metreo — изме­ряю). Поскольку все люди различны, в антропометрии применя­ются статистические методы. Размеры тела человека и его отдель­ных частей определяются антропометрическими характеристика­ми (АХ). Антропометрическая характеристика — это величина, измеря­емая в линейных, угловых единицах или единицах массы, соот­ветствующая размерным характеристикам и характеристикам массы частей человеческого тела и взаимного их расположения. Антро­пометрическими характеристиками являются, например, рост че­ловека, окружность головы, длина голени, масса тела, углы вра­щения в суставах и т.д. Антропометрические характеристики являются случайными величинами, подчиняющимися нормальному закону распределе­ния (рис. 1.1). На графике нормального закона распределения слу­чайной величины по оси абсцисс откладывается значение слу­чайной величины х (применительно к нашему случаю — числовое значение антропометрической характеристики), по оси ординат — f(x) — вероятность появления того или иного значения случай­ной величины (в процентах или долях единицы). Среднее, наибо­лее вероятное значение случайной величины — математическое ожидание М соответствует максимуму кривой распределения, ее «горбу». Ширина кривой распределения, ее растянутость по гори­зонтали, показывает изменчивость, варьирование случайной ве­личины, которая характеризуется среднеквадратическим откло­нением а относительно математического ожидания М. Площади, заключенные под участками кривой распределения, показывают, какое количество случайных величин попадает в эти зоны. В зону ±а относительно математического ожидания М попадает 68,25 % всех случайных величин, в зону ±2σ — 95,45 %, а в зону ±3σ — 99,73 %. В антропометрии вероятность попадания какой-либо антропо­метрической характеристики в ту или иную зону кривой распре­деления принято оценивать в перцентилях. Перцентиль — сотая доля объема всей совокупности людей, подвергавшихся антропометрическим исследованиям. Если площадь, находящуюся под кривой нормального распре­деления, разделить на 100 равных частей (процентов), то полу­чится соответствующее число перцентилей. Каждый из них имеет порядковый номер. На долю 1-го перцентиля приходится 1 % всех результатов наблюдений (наименьшее значение антропометри­ческой характеристики), на долю 2-го — 2 % результатов наблю­дений (значение антропометрической характеристики несколько больше) и т.д. При нормальном законе распределения 50-й пер-центиль соответствует средней арифметической величине (мате­матическому ожиданию, моде, медиане). Порядок определения антропометрических характеристик по­ясним на примере (все числа и понятия в данном примере — условные). Предположим, требуется определить антропометрическую ха­рактеристику «рост» для студентов какого-либо факультета ин­ститута. Производим измерения роста всех студентов факультета, которых оказалось 620 человек. В результате получается некоторый массив из 620 случайных чисел. Самый маленький рост (145 см) имеет только одна студентка, самый большой (195 см) — также только один студент. Начинаем строить график распределения слу­чайной величины «рост» (рис. 1.2). На оси абсцисс в каком-либо масштабе откладываем размер 145 и на этой отметке вверх откладываем ординату, соответствую­щую (также в выбранном масштабе) единице, поскольку получен только один размер 145 см. Затем, отступив вправо по оси абсцисс на величину, равную 1/100 от диапазона изменения измеренных значений роста (от 145 до 195 см), откладываем вверх ординату, соответствующую росту 146 см. Предположим, таких замеров по­лучилось три, соответственно откладываем вверх ординату, соот­ветствующую числу 3. Продолжая построения, получим столбчатую диаграмму, изображающую реальное распределение роста студен­тов в нашем эксперименте. Фрагмент этой диаграммы показан в левой части графика. За­мечаем, что число одинаковых значений роста (с выбранной нами точностью 1 см) вначале увеличивается, а затем, после роста 170 см, начинает убывать, и, наконец, самый высокий рост 195 см встре­чается один раз. Это последний столбик на диаграмме. При очень большом (теоретически — бесконечно большом) числе измерений и очень малом (теоретически — бесконечно малом) интервале между значениями полученных случайных величин — «верхуш­ками» столбиков — образуется плавная непрерывная кривая, подобная изображенной на рис. 1.1. В реальности получить бесконечно большое число замеров нельзя, но существуют математические методы, позволяющие при ограниченном числе измерений получить достоверную плавную кривую распределения. Она показана на рис. 1.2. Максимум кри­вой распределения в нашем случае приходится на рост 170 см, это «самый средний» из полученных нами замеров, иначе говоря, это рост, соответствующий математическому ожиданию. Полови­на (50 %) обследованных нами студентов имеет рост меньше такого или такой, и можно сказать, что рост 170 см соответствует 50-му перцентилю или 50%-ному уровню репрезентативности. Уровень репрезентативности — величина, выражаемая в про­центах, соответствующая части населения при сплошном отборе индивидов, у которой численное значение какого-либо антропо­метрического признака меньше или равно его заданному значению. Теперь на графике (см. рис. 1.2) отметим величину, соответ­ствующую 5 % всех обмеренных студентов. Рост, меньший или равный полученному (предположим, в нашем случае это 151 см), соответствует 5-му перцентилю, или 5%-ному уровню репрезен­тативности. Таким же образом получим рост, соответствующий 95%-ному уровню репрезентативности, или 95-му перцентилю. Предположим, что это 189 см. Итак, если мы говорим «5-й перцентиль» или «5%-ный уро­вень репрезентативности», это означает, что 5% людей имеют такие или меньшие антропометрические характеристики. Это люди небольшого размера. Соответственно, человек 95-го перцентиля, или 95%-ного уровня репрезентативности, имеет такой рост, что 95 % людей ниже него (или имеют такой же рост). Это высокий человек. Таким же образом, ровно половина людей, прошедших антропометрические измерения, имеет рост, меньший, чем соот­ветствующий 50-му перцентилю (50%-ному уровню репрезента­тивности), или равный ему. В идеальном случае размеры рабочего места водителя (операто­ра) должны быть такими, чтобы все взрослое население было в состоянии управлять данной машиной. Практически считается достаточным, чтобы около 90 % людей — потенциальных опера­торов — могли удобно располагаться на рабочем месте, оставшиеся 5 % людей самого малого роста и 5 % самых высоких людей будут испытывать некоторые неудобства, обычно вполне допустимые. Поэтому в конструкторской практике при компоновке рабоче­го места водителя автомобиля или трактора чаще всего исполь­зуют размеры тела человека, соответствующие 5-му (или 10-му) и 95-му перцентилю (5%-ному и 95%-ному уровням репрезента­тивности). Некоторые размеры кабины проверяются примени­тельно к 50-му перцентилю (50%-ному уровню репрезентатив­ности). В табл. 1.1 приведены данные, позволяющие определить чис­ленность людей, выраженную в процентах, размерам которых бу­дет удовлетворять данная компоновка рабочего места оператора (водителя). Антропометрические характеристики можно условно разделить на статические и динамические (рис. 1.3). Условно — потому что все антропометрические характеристики определяются в статике, при неизменной позе обследуемого. Под статическими антропо­метрическими характеристиками мы будем понимать линейные или угловые величины, характеризующие размеры частей тела человека, а под динамическими — линейные и угловые размеры, характеризующие углы вращения в суставах, зоны досягаемости при различных позах человека и т. п. Таблица Численность людей, размеры которых содержатся в выбранном интервале антропометрических характеристик   Интервал Перцентиль (уровень репрезентативности), % Численность людей, АХ которых содержатся в выбранном интервале, % М±2,5а 1...99 98 M±2g 2,5...97,5 95 М± 1,65а 5...95 90 М± 1,15а 12,5 ...87,5 75 М± 0,67а 25...75 50   Статические антропометрические характеристики используют для определения общих размеров рабочего места оператора, рас­положения и размеров сиденья, органов управления и других па­раметров; динамические антропометрические характеристики — для назначения амплитуды рабочих движений рычагов, педалей и других органов управления, определения зон досягаемости при различных положениях тела человека и т. п. На рис. 1.4 показаны основные антропометрические характе­ристики, а в табл. 1.2 приведены численные значения этих ант­ропометрических характеристик и указаны области их приме­нения. Численные значения антропометрических характеристик ис­пользуются следующим образом. Предположим, что требуется определить внешнюю ширину плеч (обозначим ее А) для манекена мужчины 95-го перцентиля. Для этого к математическому ожиданию М внешней ширины плеч мужчины из табл. 1.2 следует прибавить среднеквадратическое от­клонение а с соответствующим коэффициентом из табл. 1.1 (для 95-го перцентиля этот коэффициент равен 1,65).          В результате получим:                                                                     А = М +1,65σ = 44,6 + 1,65-2,2 = 49,7 см.          Та же антропометрическая характеристика (внешняя ширина плеч) для манекена женщины 25-го перцентиля определится так: А = М-0,67σ = 41,8-0,67-2,4 = 40,2 см. При компоновке рабочего места оператора необходимо учиты­вать увеличение размеров тела, связанное с одеждой. Некоторые динамические антропометрические характеристи­ки, связанные с углами вращения в суставах (амплитуды рабочих движений), показаны на рис. 1.5, а в табл. 1.4 приведены числен­ные значения угловых амплитуд движений различных частей тела. Помимо кинематических характеристик движений человека, большое значение имеют временные характеристики, т.е. время, которое проходит от получения человеком-оператором сигнала (например, отклонение стрелки какого-либо прибора на панели) до приведения в действие соответствующего органа управления. Определить это время можно при следующих испытаниях. Испытуемый человек должен с возможной максимальной ско­ростью выполнить то или иное рабочее движение (нажать кнопку, передвинуть рычаг, повернуть штурвал и т.п.) в ответ на известный ему, но внезапно появляющийся сигнал (вспышка сигнальной лампы, резкий звук).   Таблица Основные размеры тела человека (статические характеристики)  Антропометри­ческая характеристика (см. рис. 1.4) Размеры, см Область применения Мужчины Женщины М о М а Рабочая поза — стоя Длина тела (рост) (/) 167,8 5,8 156,7 5,7 Определение высоты оборудования, высоты пассажирского салона автобуса Длина тела с вытянутой вверх рукой (2) 213,8 8,4 198,1 7,6 Зоны досягаемости по вертикали, поручни пассажиров автобуса Внешняя ши­рина плеч (3) 44,6 2,2 41,8 2,4 Размеры кузова по ширине Длина руки, вытянутой вперед (кулак сжат) (4) 64,2 3,3 59,3 зд Зоны досягаемости по глубине Длина руки, вытянутой в сторону (ку­лак сжат) (5) 62,3 3,3 56,8 3,0 То же

Реклама: