第一节人体动作疲劳强度的适度考量【通用人机工程学】ppt课件

1、人机工程学概论主讲：孙启新.目 录第一章 概论第一节人机工程学的构成与开展第二节人机工程学的根本概念与研讨范围第三节人机工程学的学科特性与相关学科第二章 人体动作与行为要素第一节人体与物体尺度的行为关联第二节人体与知觉心思的行为反映第三节人体与作业环境的行为需求第三章 人体动作空间与人性化设计第一节人体动作疲劳强度的适度考量第二节人体动作空间环境的规范考量第四章 人机工程学的设计运用第一节室内空间设计第二节家具摆设设计第三节无妨碍设计.第三章 人体动作空间与人性化设计第一节人体动作疲劳强度的适度考量第二节人体动作空间环境的规范考量.一、肢体的出力范围 肢体的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时所产生的

2、力称为肌力。肌力的大小取决于生理要素的机能形状、肌肉对骨骼发生作用的机械条件。下表为中等膂力的2030岁青年男女身体主要部位肌肉所产生的力。肢体所能发扬的力量范围是确定机械设备支配系统的根底数据。 肢体发扬支配力的大小，除了取决于上述人体肌肉的生理特性外，还与用力的时间长短、采取的姿态、着力部位有关。表30反映了人体各部分的肌力情况。第一节人体动作疲劳强度的适度考量.一坐姿手臂支配力 以下图为坐姿时手臂在不同方向的支配力中等膂力男子，右立者见图87、表31。图87 坐姿手臂支配力的测试方位和指向表31 中等膂力的男子右立者.二立姿手臂支配力立姿直臂时手臂支配力的一项实验结果见图88。.三握力

3、男子优势手的握力约为本身体重的47%58%，女子约为本身体重的40%48%。一切肌力均随施力继续时间加长而逐渐减小。例如某些肌力继续到4分钟时，就会衰减到14左右，肌力衰减到12所继续时间，对多数人是根本一样的图89。.四坐姿时足的蹬力 足的蹬力大小与人体姿态、足的位置方向有关。假设坐姿有靠背支撑时可产生最大的蹬力。以下图为不同体位的足蹬力。与垂线成70。角方向的蹬力最大，此时大腿略向上抬，大小腿夹角140。150。从俯视角度看，腿蹬方向偏离正前方15。以上时，蹬力大幅减小，操作灵敏度也会明显降低图90。普通坐姿时，右足最大瞬时用力可达2570N，左足可达2364N。右足蹬力大于左足；男性蹬力

4、大于女性。.二、静态肌肉施力 人的肌肉施力分为动态和静态两种。静态施力时，收缩的肌肉长时间压迫血管，阻止血液进入肌肉，肌肉无法从血液中得到糖和氧的补充，同时肌肉的代谢废物不能迅速排出，从而呵斥肌肉酸痛，引起肌肉疲劳，影响作业的继续时间。长期受静态施力的影响，就会引发永久性病症，如关节炎、腱膜炎等，因此，当长时间的静杰施力不可防止时，应思索中间安排活动图91。.一静态肌肉施力举例几乎一切的劳动中都包括不同程度的静态施力。(1)任务时的前弯腰或侧弯腰。(2)任务时手臂程度抬起图92。.(3)用手臂夹住物体。 (4 )只脚支撑体重，另一只脚控制机器。(5)长时间站立在一个位置上。(6)传统键盘使手腕

5、长时间处在静态施力形状，而人机工程学键改善了施力情况。7)-些传统把手中的静态肌肉施力情况图93。.二防止静态施力 提高人体作业效率，一方面要合理运用肌力，降低肌肉的实践负荷；另一方面要防止静态肌肉施力。当静态施力不可防止时，肌肉施力大小应为最大肌力的150/0。对于简单的反复性动作，可添加到30%。 (1)防止弯腰或其他不自然的身体姿态。 (2)防止长时间地抬手作业，同时抬手作业会降低操作精度。 (3)坐着任务比站着任务省力。 (4)对于频繁走动性的任务，座椅的高度应调到使操作者可非常容易地改动站立和坐的姿态的高度，这样可减少站起和坐下呵斥的疲劳。 (5)作业面的高度应按任务性质耒设计，普通

6、察看需求的间隔越近，任务面应越高。 (6)常用工具应放在人的附近，最频繁的动作，应在肘关节弯曲时就可完成。 (7)当手不得不放在高位置任务时，应运用支承物托住肘关节前臂，手的支撑物外表应为毛布或其他较柔软而不发凉的资料，且最好可调理以顺应更多的人图94。.(8)支撑肢体。人的每一肢体都有分量，作业时，不但要支持物体，而且还要支持自重，故对举手之类的作业，应设计支撑物如近视距任务设计中应有支撑物。 (9)颈支撑着头，只需头部是垂直向前稍有倾斜，颈部就不会感到疲劳。阅读书写时的头向前平均倾斜25。，书写时眼到纸面275mm，阅读时325mm。当头后仰15。时，颈部肌肉会感到酸痛，同时也带来了另一个

7、问题来自光源和窗的眩光。在设计显示屏幕时，可设计成略微倾斜，以减少人的头部后仰。.三、动作的灵敏性与准确性一人体动作的灵敏性 灵敏性是指操作时的动作速度与频率。人体生物力学特性决议了人体分量轻的部位较重的部位、短的部位较长的部位、肢体末端较主干动作灵敏。因此，在设计机器及支配安装和任务方式时，应充分思索这些特点。 1反响时和运动时 反响时指从刺激呈现到人开场作出外部反响的时间间隔，也称为反响埋伏期。影响反响时的有人体客观要素和外界刺激客观要素。 (1)刺激的数目：数目越多反响越慢(表32)。.(2)刺激强度：随着刺激强度加大，反响时逐渐缩短，但到达一定的刺激强度以后，反响时就根本稳定不再缩短了

8、。 (3)刺激的对比度：对比越强反响时越短。 (4)刺激类型和受刺激的部位：触听视觉反响时短，味觉反响时长。触觉中脸、手指反响时短，脚部反响时长表33。(5)人的主体要素：影响反响时的人的主体要素，有先天的个体差别、当时的身体情况和培训呵斥的差别等。先天性的个体差别指素质、性别、个性等方面，当时的身体情况指年龄、安康情况、疲劳情况、心情、生理节律等形状，培训对反响时的快慢影响更是明显。.2动作速度 动作速度是指肢体在单位时间内挪动的路程。动作方向、轨迹决议动作速度。肢体运动速度变化很大，可从每秒几毫米到800mm。在普通情况下，手臂动作速度平均为50500mm/s。经测定，动作速度有以下规律，

9、可供设计时参考： 人体躯干及肢体在程度面的运动比垂直面的运动速度快； 从上往下较从下往上运动速度快； 程度方向的前后运动较左右方向运动快，旋转运动比直线运动灵敏； 顺时针方向操作动作比逆时针方向操作要快，且符合动作习惯； 向身体方向的运动较分开身体方向运动要快，但后者准确性高； 普通人右手较左手快，同时右手向右较向左运动快； 动作速度与受力物的质量成反比。.3动作频率 每分钟或每秒钟动作反复的次数称为动作频率。它与操作方式及动作部位有关。测试数搪见表34。 表34手足最大动作频率.二人体动作的准确性 动作的准确性可从动作方式、速度和力量三个方面调查。这三方面配合恰当，动作才干与客观要求相符合，

10、才干准确。动作方向错误，动作量过大或过小，都将产生不准确的动作。.四、作业姿态 一作业姿态的类型 人在日常生活和消费中，普通有四大根本姿态，即立姿、端坐姿、靠椅坐姿和卧姿。 二确定作业姿态的普通原那么 不同的人体姿态所呵斥的肌肉负荷普通可由伴随肌肉收缩所产生的生物电位的变化肌电图来显示。人机工程学学者曾选择了人体的13种姿态，经过肌电图得出如下图的结果。图中以立姿的肌肉活动量为100%，按不同姿态所呵斥的相对于立姿的肌肉活动量的大小，依次由左向右陈列，从中反映了为维持不同姿态，人体有关部位的肌肉进展等长收缩的紧张程度表35。.姿态对心血管系统的影响如表36所示： 为保证操作者的身体安康，提高作

11、业率，在确定作业姿态时，普通应遵照如下原那么： (1)操作者的作业姿态普通以坐姿为好，其次是坐一立姿。当任务过程非立姿不可时，才选择立姿。(2)应尽能够地使操作者采取平衡姿态，防止因作生姿态不当而给肌肉、关节和心血管系统呵斥不用要的负担。 (3)作业过程中，应使操作者能自在地变换多种体位，尽能够地使操作者身体处于温馨形状。当强迫坚持盼姿态无法防止时，应设置适当的支撑物。 (4)确定作业姿态应与肌力的运用以及作业动作相联络，三者应相互协调。.三作业中常用的姿态 1.立姿 正确的立姿是身体各个部分，如头、颈、胸、腹等均垂直于程度面，且身体坚持平衡和稳定。此时，人体的分量主要由骨骼承当，肌肉和韧带的

12、负荷最小，人体内各系统如呼吸、消化、血液循环等活动的机械阻力最小。温馨的立姿是身体自然直立或躯干稍向前倾15。左右。 以下情况宜采取立姿作业： (1)常用的控制界分布在较大区域，远远超出坐姿的最大可及范围时。 (2)需求用较大肌力的作业，而坐姿不能够到达时。 (3)在没有容膝空间的机器旁作业，坐着反而不如站着温馨时。 (4)需求频繁地坐、立的作业，由于频繁起坐所耗费的能量比立姿的耗能量还大。 .(5)单调的易引起心思性疲劳的作业。 继续较长时间的立姿作业会引起下肢肌肉酸痛，下肢肿胀。因此，对干一些不得不采取立姿进展的作业，应使操作者可以自在变换体位，防止长时间站立于一个位置；同时脚下应铺垫木板

13、、橡胶板或有弹性的垫子，也可穿有软垫的鞋子；还应安排操作者定时坐下来作适当休憩或安排做一些轻度的体育活动，以改善血液循环情况，减少肌肉疲劳。2坐姿 作业时正确的坐姿应是身躯上部伸直稍向前倾1015 ，坚持眼睛到任务面的间隔在300mm以上，大腿放平，小腿自然垂直着地或稍向前伸展着地，使整个身体处于自然温馨形状。研讨证明，当直腰坐身躯上部挺直坐时，脊柱的变形较大，肌肉的负荷也大。当放松坐身躯上部稍弯曲时，背部肌肉负荷小，有利于整个身体的平衡，觉得比较温馨，但此时椎间盘的内压力会增大。由此可见，肌肉与椎间盘对坐姿的要求是矛盾的。假设在作业过程中，适当变换直腰坐与放松坐两种坐姿，那么既可经过改动椎间

14、盘的内压力，改善椎间盘的营养供应情况，又可使肌肉得以放松。.以下情况应采用坐姿作业： (1)继续时间长的静态作业。 (2)精细度高而又要求细致的作业。 (3)需求手足并用的作业。 (4)要求操作准确性高的作业。 由于坐姿心脏负担的静压力较立姿有所降低，肌肉接受的体重负荷也较立姿小，故坐姿作业可以减轻劳动强度，提高作业效率，优于立姿作业。但坐姿作业不易改动体位，施力受限制，任务范围也受限制，且久坐易导致脊柱变形。. 3坐-立姿 坐一立姿是指在作业过程中既可以坐也可以站立，坐、立交替，但以坐姿为主。坐着可以解除站立所引起的下肢肌肉酸痛感，而站立叉可放松坐着引起的腰部肌肉紧张，所以坐、立交替可以消除

15、不同部位的肌肉负荷图95。.五、疲劳研讨 疲劳是一种人体的生理形状。在作业过程中，作业者产生作业机能衰退、作业才干下降，有时还伴有疲倦感等客观病症的景象，就叫作业疲劳。过度的作业疲劳不仅导致作业才干下降、劳动质量降低、大脑与动作愚钝、反响才干降低，而且易添加事故发生率，甚至呵斥人身与财富损失。作业疲劳是一系列复杂景象的综合体，既有人的生理和心思要素，又有消费设备的要素，还受环境和社会要素的影响。因此，对疲劳问题的讨论也是人机工程设计的一个重要课题。.一疲劳的分类 1肌肉疲劳 肌肉疲劳又分为个别器官疲劳和全身性疲劳。前者常发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作业。如计算机操作人员的肩肘痛、眼疲劳，

16、打字人员的手指、腕疲劳等。后者主要是由全身参与较为繁重的膂力劳动所致，表现为全身肌肉、关节酸痛，困乏思睡，作业才干明显下降，失误增多，操作愚钝等。 2精神疲劳刺激疲劳 精神疲劳包括智力疲劳、技术性疲劳和心思性疲劳。智力疲劳主要是指长期从事紧张的脑力劳动所引起的头昏脑涨、全身乏力、嗜睡或失眠等，常与心思要素有联络。技术性疲劳常见于膂力脑力并用的蒡动和神经相当紧张的作业，如驾驶飞机、汽车、迁延机，收发电报、支配半自动化消费设备等。单调的作业内容很容易引起心思性疲劳，例如监视仪表的人员，外表上坐在那里“悠闲自在，实践上并不轻松。信号率越低越易产生疲劳，使警惕性下降。这时膂力并不疲劳，而是大脑皮层的一

17、个部位经常兴奋引起的抑制。.3生物疲劳周期性疲劳 根据疲劳周期的长短，可将周期分为年周期性疲劳和月、周、日周期性疲劳。这种疲劳的出现与社会、生理心思要素的影响有关。 二作业疲劳的调查与测定 1疲劳问卷调查 周身和部分疲劳可由个人自觉病症的主诉得以确认。 2疲劳测定方法 (1)闪光交融值测定 受试者观看一个频率可调的闪烁光源，记录任务前后受试者可分辨出闪烁的频率数。详细做法是先从低频闪烁做起，这时视觉可见仪器内光点不断闪光，当增大频率，视觉刚刚出现闪光消逝时的频率值叫闪光交融阈。人体疲劳后闪光交融值降低，阐明视觉神经出现钝化。这一方法对在视觉显示终端前面任务人员的疲劳测定最为适用。经过测定得知，

18、全身性疲劳也会在视觉方面有所表现。.(2)心率及肺活量测定 心率和劳动强度是亲密相关的。作业开场后，头3040s内迅速添加，以顺应供氧的要求，以后绥慢上升。普通经45min到达与劳动强度顺应的稳定程度。轻作业心率添加不多；重作业能上升到150200次min。作业停顿后，心率可在几秒至十几秒内迅速减少，然后缓慢地降到原来程度。疲劳越重，氧债越多，心率恢复得越慢。 (3)触觉两点阈值测定 当皮肤外表上的两个点同时遭到刺激时，假设两点间间隔在50mm以上，任何人都能清楚地感遭到两点的刺激。但是，当两点间隔缩短到一定值以后正常情况下小臂约为20mm，只觉得是一个刺激点，其值称为两点阈值。作业疲劳越甚，

19、觉得越愚钝，此值上升越多。.三引起疲劳的缘由 1超生理负荷 劳动强度越大，劳动时间越长，人的疲劳就越重。 2任务单调 对多数人来说，内容单一、限制发明力的任务是乏味的。乏味的任务会使作业者产生不愉快和腻烦的心情。另外，还会使留意力不集中，留意力是最易疲劳的心思机能之一。 3环境不良 不良的环境条件如温度、湿度、照明、振动和噪声等是不顺应人的生理和心思需求的，它会添加作业人员的劳动强度和疲劳感。噪声可加重疲劳，优美的音乐可以舒张血管、松弛紧张的心情并减轻疲劳。. 4精神要素 精神要素指作业人员因剧烈的刺激、焦虑心情、烦恼、任务责任感以及人与人之间和家庭等要素导致的精神不振。 5身体情况不好 这是

20、指痪病，如疼痛、营养不良、睡眠缺乏、个人体质欠佳等。 6人机工程设计不合理 这是指劳动姿态与体位选择不合理。消费设备与工具设计不合理，未能减轻劳动强度和释放紧张心情；人机界面设计不合理，不符合人的觉得功能和心思特点；未按生物力学的原那么合理运用膂力；任务空间过小等。.四疲劳的某些规律 1疲劳可以恢复 青年人比老年人恢复得快，而且在作业过程中青年人较老年人产生的疲劳要小得多。 2疲劳累积效应 前一日未完全恢复的疲劳会继续到第二天。 3人对疲劳有顺应才干 人假设延续任务，反而不觉累了，这是膂力上的顺应性。 4生理周期的影响 在生理周期中，如生物节律低潮期、妇女月经期，发生疲劳的自我感受较重。.五降

21、低作业疲劳的措施 这里仅从人机工程设计的角度思索降低作业疲劳的措施。 1提高作业的自动化程度 提高作业的自动化程度是现代科学技术开展的主要方向之一。自动化能改善劳动条件，降低劳动强度，缩短劳动时间，从而消除了笨重膂力劳动呵斥的重度疲劳，同时也提高了作业平安可靠性。统计资料阐明，笨重膂力劳动比重较大的工业部门，如采矿、冶金、建筑、铁路等行业，由于劳动强度大，消费事故较机械、化工、纺织等行业均高出数倍至数十倍。由此呵见，提高作业自动化程度是减少作业人数、提高劳动消费率、减少人员疲劳、提高消费平安程度的有力措施。 2正确选择作业姿态和体位 在作业中，除劳动负荷外，劳动姿态与体位也是引发人体疲劳的很重要的要素。劳动姿态不当，容易呵斥过度的疲劳和职业病，使任务效率大大降低。. 3合理设计作业中的用力方法 (1)合理安排施力方式与负荷 静态施力很容易使作业者感到疲劳，因此应尽量防止。假设静态施力不可防止，那么应对施力大小作出限制，肌肉施力应低于其最大施力的15%。在动态作业中，假设作业动作是简单的反复性动作，那么肌肉施力也不应超越其最大肌肉力的30%。 (2)按生物力学原理用力 作业时，要把力用到完成某一动作的做功上去，防止浪费在身体本身或不合理的动作上。 (3)利用人体活动特点用力 (4)利用人体动作的经济原那么 所谓动作的经济原那么是指坚持动作自然、对称和有节拍。动