2-2

人因工程的主要概念在於了解人體的各種特徵，並將這些

特徵融入產品、工具、工作與環境的設計中。本章將介紹人體

測計學(anthropometry)及其在人因工程上的應用。

2.1 人體座標與方位

解剖學上之標準姿勢(standard anatomical position)是指

當人面對前方、身體直立、雙臂下垂、手掌向前的姿勢。依此

姿勢，我們可以定義矢狀面(saggital plane)、冠狀面(coronal

plane)及橫切面(transverse plane)等三個互為垂直的基本平面

(見圖2.1)。矢狀面是指將身體分為左右兩半的垂直平面，冠狀

面(又稱額面)是指將身體分為前後兩半的垂直平面。橫切面則

是將身體分為上下兩半的水平面。由於人員的活動大多可由矢

狀面清楚的觀察到， 因此許多的姿勢觀察與動作分析都是由矢

狀面來進行的。

解剖學上對身體方位的名詞與一般的習慣用語並無太大的

差異。前方(anterior)是指朝向腹部的方向，後方(posterior)是

指朝向背部的方向。上部(superior)是指靠近頭部的方向，下部

(inferior)則是接近腳部的方向。內側(medial)是接近身體中線的

方向，外側(lateral)則是遠離身體中線的方向。遠端(distal)是指

四肢離驅幹較遠的部位(如手掌與腳掌處)，近端(proximal)則是

四肢離驅幹較近的部位(如上臂與大腿部份)。

矢狀面

將身體分為左右兩半的

垂直平面

冠狀面(額面)

是指將身體分為前後兩

半的垂直平面

橫切面

則是將身體分為上下兩

半的水平面

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2-3

人體測計與應用02

圖2.1　身體參考座標平面與方位

2.2 人體測計學

人體尺寸及各種力學性質是人因工程設計之基本資料，這

些資料可以經由人體測計而得。人體測計是人體物理特徵之度

量之科學，這些物理特徵包括人體尺寸、重量、體積、肌力、

肢體活動範圍等項目。

人體測計依活動者的受測狀態可區分為靜態人體測計(static

anthropometry)及動態人體測計(dynamic anthropometry)。靜態

人體測計是在受測者於靜止姿勢下量其身體尺寸資料，常見之

人體姿勢包括立姿與坐姿兩種。動態人體測計是在受測者從事

靜態人體測計

受測者於靜止姿勢下量

其身體尺寸資料

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特定之活動下量測所需要之數據，動態人體測計一般均是因應

特殊設計之需要而模擬特定人員活動而進行之量測，進行動態

量測之主要原因是在許多狀況下靜態人體資料無法顯示人員活

動時之狀況，例如設計機器之操控器時所考慮的不僅是人員的

手臂之尺寸，更包括了人員操控時軀幹肩部之活動才能符合實

際之狀況(參考圖2.2)。

常用之立姿靜態尺寸項目包括手及、身高、眼高、肩高、

肘高、中指指節高(見圖2.3)。常用之坐姿靜態尺寸項目包括手

及、坐高、眼高、肩高、肘高、膝高、膝窩高、臀膝長、臀膝

窩長等(見圖2.4)。特定部位的尺寸項目也常用於各項設計中，

例如手部尺寸(見圖2.5)、腳長與腳寬(見圖2.6)、頭長與頭寬(見

圖2.7)等。人體的身高與其他許多高度值之間有密切的關係，

Roebock et al.(1975) 即曾提出身體各部之尺寸與身高之比例關

係(參考圖2.8)。

圖2.2　靜態人體資料無法顯示身體活動時之狀況

動態人體測計

受測者從事特定之活動

下量測所需要之數據

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人體測計與應用02

圖2.3　常用之立姿靜態尺寸

圖2.4　常用之坐姿靜態尺寸

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圖2.5　手部尺寸 圖2.6　腳部尺寸

圖2.7　頭部尺寸

馬丁式人體測量器(Martin-type anthropometer)是人體測計

常用之工具，這套量具內包括各式之卡尺、捲尺，可用來量測

身體各部之尺寸資料(見圖2.9)，這套量具可用來量取靜態的人

體尺寸。除了馬丁式人體測量器之外，因應電腦科技之快速發

展，目前有許多新的工具被開發出來，例如以攝影機來拍攝人

員活動之狀況，再經由電腦軟體來分析人體各部位之解剖學上

參考點之空間座標，並據以計算各種尺寸是靜態與動態人體測

計常用之方式。清華大學游志雲教授(楊宜學等，1984)曾以攝

影機來拍攝光柵投影於受測者頭部所產生之線條，電腦軟體再

依據這些線條來分析受測者頭部的形狀及尺寸(參考圖2.10)。

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生理系統與工作設計04

氧攝取量Vo2 會隨著體力活動的水準增加而增加，然而每個

人的呼吸及心臟血管系統輸送氧氣的能力均有其上限，當氧攝

取量達到上限以後即不可能再增加，此一上限即為最大有氧能

力(maximal aerobic power或maximal aerobic capacity以 Vo2 max

表示，單位為公升/分鐘)，Vo2 max 是生理能力限度之重要指標之

一。

圖4.6　氧不足與氧債

圖4.7　體力活動中心跳率的變化

測定 Vo2 max 時可要求受測者在實驗室中持續某水準以體力

活動一段時間並記錄其 Vo2 值來決定。受測者活動時以口呼吸

(戴呼吸罩)，呼吸之氣體經由呼吸管傳輸至具分析氣體功能的

機器進行分析(參考圖4.8)。為使體力活動可加量化，一般均以

可控制輸出功率的腳踏車健身器(cycle ergometer)或是跑步機

Vo2 max

氧攝取量會隨著體力活

動的水準增加而增加，

每個人的呼吸及心臟血

管系統輸送氧氣的能力

均有其上限，當氧攝取

量達到上限以後即不可

能再增加，此一上限即

為 Vo2 max

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(treadmill)來進行。腳踏車健身器具有價格低廉、不需電力、

容易搬動、及功率輸出較為均勻與穩定等優點，實驗時常用之

踏板轉速為50到60轉/分鐘。和腳踏車健身器比較起來，跑步機

有價格較為昂貴、需要電力及不易搬動等缺點。若是使用跑步

機則可調整其傾斜度及轉速來控制受測者的運動量，然而即使

在相同的轉速與傾斜度下，新陳代謝活動也會因人員是否扶護

欄、及步幅大小的不同而有所不同；實驗中若受測者扶護欄則

其代謝水準會略低於不扶護欄的狀況。在同樣的轉速下，以大

步行進的能量消耗會低於以小快步行進時的狀況。

圖4.9 顯示了受測者在連續騎腳踏車健身器五分鐘後 Vo2 變

化的情形。在六種不同功率下 Vo2 均在二分鐘後即到達穩定狀

態。而當功率由50 watt逐漸的提高到250 watt時，Vo2 也逐漸

提高，但功率再提高至300 watt時，Vo2 則維持在3.5 L/min，

這表示此受測者的 Vo2 max 即為3.5 L/min。一般而言，受測者的

Vo2 max 在開始從事重體力活動(有適度的暖身活動)一、兩分鐘

之內即可達到，然而在安全的考量下，研究人員多半不願意讓

受測者從事體力限度水準的活動，因此 Vo2 max 間接的測定也是

常用的方法。間接的 Vo2 max 測定是要求受測者在幾個次高(sub-

maximal)水準的體力活動下記錄其值及心跳率，再以最大心跳

率代入兩者的迴歸線(見圖4.10)來求 Vo2 max 。

最大有氧能力與性別、年齡均有關係。在青春期之前，男

性與女性的最大有氧能力並無顯著的差異，兩種性別均在18至

20歲之間到達顛峰狀態，20歲以後則逐年下降。成年人女性的

最大有氧能力約為男性的65%到75%之間，而65歲時成年人的

最大有氧能力約為其25歲時之70%。一般而言，65歲之男性之

最大有氧能力約和25歲女性之值相當。表4.3顯示了成年男性與

女性在不同年齡層的最大有氧能力的範圍。

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生理系統與工作設計04

　　

圖4.9　不同體力負荷之Vo2 變化　　　　　　　圖4.10　由氧攝取量與心跳率求 Vo2 max　 　

圖4.8　Vo2 的量測

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表4.3　男性與女性在不同年齡層的最大有氧能力(ml/kg/min)的範圍

年　齡偏低 略低 平均 佳 高

女性

20～29 ＜24 24～30 31～37 38～48 49以上

30～39 ＜20 20～27 25～33 34～44 45以上

40～49 ＜17 17～23 24～30 31～41 42以上

50～59 ＜15 15～20 21～27 28～37 38以上

60～69 ＜13 13～17 18～23 24～34 35以上

男性

20～29 ＜25 25～33 34～42 43～52 53以上

30～39 ＜23 23～30 31～38 39～49 49以上

40～49 ＜20 20～26 27～35 36～44 45以上

50～59 ＜18 18～24 25～33 34～42 43以上

60～69 ＜16 16～22 23～30 31～40 41以上

資料來源：Kamon & Ayoub (1976)

4.3-4　體力負荷的量度

心跳率和氧攝取量一樣，可做為全身體力活動水準之指

標，而心跳率的測定又比氧攝取量容易，因此更適合用來監測

長時間工作中體力活動的水準。圖4.11顯示了一位空服員在四

個小時的飛航勤務中心跳率的變化。在開始值勤時其心跳率約

為八十餘下，過了約半小時之後心跳率升至九十多下，當時其

工作為協助旅客登機。飛機起飛時該員坐下等待，其心跳率約

略的下降。在飛機起飛後約有兩個小時的時間，該員的心跳率

均超過一百下，而該段期間其工作為餐飲服務。餐飲服務後的

休息時段中，其心跳率又降到一百以下。飛機下降前的點心服

務時，空服員的心跳率又升高到一百以上。因此空服員的體力

活動水準可很清楚的以心跳率表現出來。

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生理系統與工作設計04

圖4.11　某空服員執勤中心跳率的變化

資料來源：Kilbom, 1990

4.4 工作與休息

4.4-1 疲　勞

每個人都有疲勞的經驗，引起疲勞的因子很多，包括身

體機能不正常、疾病、服用藥物、不良的環境及工作負荷等，

本書僅討論與工作有關的疲勞。與工作有關的疲勞通常是由

體力負荷過度所引起的，這類的疲勞可稱為生理疲勞(physical

fat igue)；除了體力負荷以外，許多心理方面的問題，如缺乏

工作動機、情緒不穩定、感覺、知覺與神經系統使用過度等

也容易引起疲勞，這類的疲勞稱為心智疲勞 (mental fa t igue)

(Grandjean, 1985)。

生理疲勞可分為一般疲勞 ( g e n e r a l f a t i g u e )及肌肉疲勞

(muscular fatigue)，一般疲勞是指全身性身體疲累的感覺。肌

肉疲勞是由於體力負荷過度，以致於新陳代謝產生的廢棄物(包

括乳酸與二氧化碳)在肌肉組織裡累積所致。肌肉疲勞通常都是

局部性的，所以也稱為局部疲勞(local fatigue)。肌肉疲勞的症

狀包括肌肉酸痛與無力，這些症狀很容易被感覺到。除了主觀

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的感覺以外，肌肉疲勞也可以儀器來量測，肌電圖是許多學者

使用的方法，肌電圖可以顯示肌肉收縮時所產生的電位變化，

當疲勞產生時，肌電圖所顯示的電位變化之水準會提高，圖

4.12顯示手臂伸指肌在連續收縮2、4、及16分鐘後，產生相同

肌力的肌電圖。許多學者發現，當肌肉過度收縮以致於其間儲

存的代謝物質耗盡之後，即使運動神經傳遞收縮訊號時也無法

再收縮，因此肌肉疲勞會引起無力的感覺。在這種情形之下，

若要維持一定水準的肌力則必須徵召更多的運動單位投入，這

可能是疲勞時肌電水準會放大的原因。

圖4.12　伸指肌在收縮2、4、及16分鐘後之肌電圖

資料來源：Grandjean, 1985，經Taylor & Francis同意轉載

疲勞產生前，肌力的最大值是MVC，疲勞現象出現後，肌

力會逐漸自MVC降低(參考圖4.13)。持續的體力活動中，靜態

肌力較容易量測，因此受測者以握持、或推、拉等靜態施力持

續一段時間，往往能清楚的看出肌力(圖4.13)遞減的走勢，這樣

的走勢可用指數函數或者羃次函數來描述。

圖4.13　持續施力中肌力的逐步降低

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生理系統與工作設計04

耐力限度時間(endurance time limit)是人員從事特定水準之

體力活動直到因疲勞而需停止之最長持續時間。工作時間之訂

定應考慮人員之耐力限度時間，許多學者認為若要持續從事8小

時的工作，合理的體力活動水準應介於最大有氧能力的20%到

40%之間。耐力限度時間可依下式估計：

ET＝10 (0.26144－M ) /0 .0712

式中 ET：可持續工作時間 (min)

M：工作能量需求 (kcal /kg/min)

依此公式估計，若以最大有氧能力來工作頂多可持續4分鐘

而已；若把持續時間訂為8小時則工作能量需求應為最大有氧能

力的33%。對於男性與女性而言，這種工作量分別為5.0 kcal/

min及3.35 kcal/min(Ayoub & Mital, 1989)。

耐力限度時間公式可讓我們計算在不需要刻意安排休息時

間的條件下，再已知持續工作的時間長度下，其單位體重之能

量支出水準。

例題4-1

某一勞工體重60 kg，依耐力限度時間公式ET＝10 (0.26144－M ) /0 .0712來計算的

話，則此人可持續4小時合理的工作負荷量應為多少？

解

ET＝10 (0.26144－M ) /0 .0712公式中M的單位是kcal /kg/min

若持續4小時則代表此人持續工作時間為4×60=240分鐘

240＝10 (0.26144－M ) /0 .0712兩邊都取 log可得

2.380＝ (0 .26144－M)/0.0712

展開可得M=0.0920 kcal /kg/min

此勞工體重為60 kg故0.0920 kcal /kg/min×60 kg＝5.52 kcal /min

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