安全人机工程学 教学课件 ppt 作者 王保国 3 4
第四章 人的作业能力 与疲劳分析,在人进行体力作业时，人体将产生种种生理、生化以及心理效应。 本章将讨论人进行作业时的生理效应并对作业疲劳进行系统的分析。,4.1 人体作业时能量交换的特性,4.1.1 人体能量的产生机理 骨骼肌约占人体重的40%，体力劳动时能量的消耗较大。骨骼肌活动的能量来自细胞中的贮能元ATP,供给产能的三种途径,1.ATPCP系列（或称ATPCP系统） 2.需氧系列 葡萄糖或脂肪氧 ATP 3.乳酸系列 葡萄糖（糖原） ATP乳酸,4.1.2 作业时人体的耗氧动态,氧债的计算通常是由求得的最大摄氧量作为基础。Bruce于1972年给出了年龄与最大摄氧量间的经验关系式 式中 为最大摄氧量，其单位为cm3/（kg·min）；A为人的年龄（岁数）,Buskirk于1974年给出了最大心率 与年龄A间的经验关系式 式中 的单位为次/min，A的单位为岁数。,4.1.3 能量代谢与能量代谢率,基础代谢 生理学将人清醒、静卧、空腹、室温在20左右这一条件定为基础条件。 人体在基础条件下的能量代谢称为基础代谢。 单位时间内的基础代谢量称为基础代谢率（Basal Metabolic Rate），并用B表示，其单位为KJ/（m2·h）。,安静代谢,安静代谢是作业开始之前，为了保持身体各部位的平衡及某种姿势条件下的能量代谢。安静代谢率一般取为基础代谢率的1.2倍。安静代谢率用R表示，R与B之间的关系式：,活动代谢,活动代谢亦称为劳动代谢、作业代谢或工作代谢。它是人在从事特定活动过程中所进行的能量代谢。 活动代谢率(用 表示)应为： 式中 的单位是Kcal/（m2·min）或者KJ/（m2·min）。,相对能量的代谢率,其表达式为： 或者,4.1.4 能量代谢的测定,能量代谢的测定方法有两种: 直接法和间接法。,例4.1某受试者在安静状态下，呼出气体的容积百分比为：0216.23%，CO24.23%，呼出气量为5L/min；标准状态下空气的组成为：O220.93%，CO20.03%，N279.04%，求受试者的能量消耗。,解： （1）求单位容积的耗氧量： 现以100ml空气计算，于是20.9316.234.7ml/100ml，即每升空气为47ml。 （2）求单位时间内的耗氧量： 47×5235ml/min， 即 0.235L/min,（3）求能耗： 以混合食物每消耗1升氧产生 17.94KJ的能量（即取混合食物的氧热价为17.94KJ/L）作计算，每分钟便为0.235×17.944.22KJ，每小时为：4.22×60253.2KJ,例4.2 某工种的工人身高h1.68m，体重G69kg，测定他在作业中的各参数为： 耗氧（VO2）0.22L/min 安静代谢率R2.72KJ/（min·m2）， 基础代谢率为B2.23KJ/（min·m2） 作业代谢 VO2=1.44L/min（工作时） VO21.22L/min（安静时） VO21.02L/min 试计算相对能量代谢率RMR？,解 : 首先计算受试者的体表面积S 体表面积S（m2）0.0061×身高（cm）0.0128×体重（KG）0.1529 于是 S0.0061×1680.0128×69 0.15291.755（m2） 计算呼吸商RQ：,由RQ值查表得1L氧的热价为20.348KJ，于是1L氧的热价乘以耗氧量便得消耗率N N1.44×20.38429.30KJ/min N/S=29.30/1.755=16.7KJ/ （min·m2） 于是 6.27,相对代谢率,4.2 作业时人体的调节与适应,4.2.1 神经系统的调节与适应 动力定型 习惯定型,4.2.2 心血管系统的调节与适应,心率是单位时间内心脏博动的次数。正常人安静时的心率为75次/min 最大心率220年龄 心率通常可作为衡量劳动强度的一项重要指标，若以该指标为标准，对于健康男性，作业心率为110115次/min（女性应略低于此值），停止作业后15min内恢复到安静心率时则认为该体力劳动负荷处于最佳范围，可以连续工作8个小时。,不同劳动强度下心率的变化曲线,心脏血液输出量,正常男性成年人安静时每博输出量为 5070ml，心输出量约为3.755.25L/min(女性心输出量比同体重的男性约低10%)。一般人的心输出量最高可达25L/min.,动态作业时收缩压与舒张压的变化,4.2.4 脑力劳动与持续警觉作业 生理变化的特点,1.脑力作业 2.持续警觉作业 觉醒效能曲线是人机工程学的一条极为重要的理论曲线。,信号频率与作业效能的关系,觉醒效能曲线,4.3 作业能力的动态分析,4.3.1 作业能力的动态变化规律 生产成果f（作业能力×作业动机） 体力作业时典型动态变化规律的三个阶段： a.入门期一般可持续12小时 b.稳定期一般可维持12小时 c.疲劳期,体力作业时作业能力动态变化的典型曲线,4.3.2 动作的经济与效率法则,经济法则由Gilbreth（吉尔布雷斯）提出，其三大类共22条内容 一、利用人体的原则 二、布置工作地点的原则 三、设计工具和设备的原则,利用人体的原则,1.双手应同时开始，并同时完成动作。 2.除休息时间外，双手不应同时闲着。 3.双臂的动作应对称，方向应相反，并同时进行。,利用人体的原则,4.双手和身体的动作应该尽量以减少不必要的体力消耗为准则。 5.应当利用力矩协助操作。当一旦必须用力去克服力矩时，则应将其降至最低限度。 6.动作过程中，使用流畅而且连续的曲线运动，尽量避免方向发生突然急剧的变化。,利用人体的原则,7.抛物线运动比受约束或受控制的运动更快、更容易、更精确。 8.动作要从容、自然、有节奏和规律，要避免单调。 9.作业时眼睛的活动应处于舒适的视觉范围内，避免经常改变视距。,布置工作地点的原则,1.应该有固定的工作地点，要提供所需的全部工具与材料。 2.工具和材料应该放在固定的地方，以减少寻找所造成的人力与时间上的浪费。 3.工具、物料以及操纵装置应放在操作者的最大工作范围之内，并且要尽可能靠近操作者，但应避免放在操作者的正前方。应使操作者手移动的距离和移动次数越少越好。,布置工作地点的原则,4.应借助于重力去传送物料，并尽可能将物料送到靠近使用的地方。 5.工具和材料应按最佳动作顺序进行排列与布置。 6.应尽量借助于下滑运动传送物料，要避免操作者用手去处理已完工的工件。,布置工作地点的原则,7.应提供充足的照明。提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。工作台与座椅的高度应使操作者可以变换操作姿势，可以坐、站交替，具有舒适感。 8.工作地点的环境色应与工作对象的颜色有一定的对比，以减少眼睛的疲劳。,设计工具和设备的原则,1.应尽量使用钻模、夹具或脚操纵的装置，将手从所有的夹持工件的工作中解脱出来，以便做其它更为重要的工作。 2.尽可能将两种或多种工具结合为一种。 3.在应用手指操作时，应按各手指的自然能力分配负荷。,设计工具和设备的原则,4.工具中各种手柄的设计，应尽量增大与手的接触面，以便施加较大的力。 5.机器设备上的各种杠杆、手轮和摇把等的位置应尽量使作业者在使用时不改变或极少改变身体位置，并应最大限度地使用机械力。,4.4 作业疲劳及其测定,4.4.1 作业疲劳的特点与分类 疲劳尚无统一的确切定义。 疲劳可分为四种类型： 个别器官疲劳 全身性疲劳 智力疲劳 技术性疲劳,4.4.2 疲劳发生的机理,1.疲劳物质的累积机理 2.糖源耗竭机理 3.中枢变化机理 4.生化变化机理 5.局部血流阻断机理,4.4.3 测定疲劳的方法,疲劳可以从三种特征上表露出来： 身体的生理状态发生特殊变化 作业能力的下降 疲倦的自我体验,4.4.3 测定疲劳的方法,生化法； 生理心理测试法；,4.5 提高作业能力与降低 疲劳的措施,4.5.1 改进作业方法，合理的使用体力 4.5.2 合理的确定作业休息制度 4.5.3 克服单调感，合理调节作业速率,4.5.1 改进作业方法， 合理使用体力,（1）合理安排负荷，使单位劳动成果所消耗的能量最少。 （2）要善于利用生物力学原理去合理用力。 （3）利用人体的动作经济原则，保持动作自然、对称、有节奏。 （4）要充分考虑不同体位的用力特点。,
