《人机工程学》第5章人的作业能力与疲劳ppt课件

1、第5章 人的作业才干与疲劳 5.1 人体作业时的能量代谢 5.2 作业时人体的调理与顺应 5.3 膂力劳动强度分级 5.4 作业才干的动态分析 5.5 作业疲劳及其测定 5.6 提高作业才干与降低疲劳的措施 5.1 人体作业时的能量代谢 5.1.1 人体能量的产活力理 由于骨骼肌约占人体重的40%， 故膂力劳动的能量耗费 较大。 骨骼肌活动的能量来自细胞中的贮能元三磷酸腺苷(ATP)。 肌肉活动时， 肌细胞中的三磷酸腺苷与水结合， 生成二磷酸腺苷(ADP)和磷酸根(Pi)， 同时释放出29.3kJ的能量， 即 ATPH2OADPPi29.3 kJ/mol 1. ATPCP系列 在要求能量释放速

2、度很快的情况下， 肌细胞中的ATP由磷酸肌酸(CP)与二磷酸腺苷合成予以补充： CPADP Cr(肌酸)ATP 该过程简称为ATPP系列。 ATPCP系列提供能量的速度极快， 但由于CP在人体内的贮量有限， 其产能过程只能维持肌肉进展大强度活动几秒钟。 2. 需氧系列 在中等劳动强度下， ATP以中等速度分解， 又经过糖和脂肪的氧化磷酸化合成得到补充， 即 葡萄糖或脂肪氧 氧化磷酸化ATP 由于这一过程需求氧参与合成ATP， 故称为需氧系列。 在合成的开场阶段， 以糖的氧化磷酸化为主， 随着继续活动时间的延伸， 脂肪的氧化磷酸化转为主要过程。 3. 乳酸系列 在大强度劳动时， 能量需求速度较快

3、， 相应ATP的分解也必需加快， 但遭到供氧才干的限制。 此时， 那么靠无氧糖酵解产生乳酸的方式提供能量， 故称为乳酸系列： 葡萄糖(糖原) ATP乳酸 乳酸逐渐分散到血液， 一部分排出体外， 一部分在肝、 肾内部又合成为糖原。 在食物营养充足地合理条件下， 经过休憩， 可以较快的合成为糖原。 糖酵解 虽然糖酸解时1g分子葡萄糖只能合成2g分子ATP， 但糖酵解的速度比氧化磷酸化的速度快32倍， 所以是高速提供能量的重要途径。 乳酸系列需耗用大量葡萄糖才干合成少量的ATP， 在体内糖原含量有限的条件下， 这种产能方式不经济。 此外， 目前还以为乳酸是一种致疲劳性物质， 所以乳酸系列提供能量的过

4、程不能够继续较长时间。 三种产能过程可概括于图5 - 1中， 其普通特性列于表5 - 1。 图5 - 1 肌肉活动时能量的来源表示图 表5 - 1 三种产能过程的普通特性 5.1.2 作业时人体的耗氧动态 作业时人体所需求的氧量的大小， 主要取决于劳动强度和作业时间。 劳动强度越大， 继续时间越长， 需氧量也越多。 从事膂力作业的过程中， 需氧量随着劳动强度的加大而添加， 但人的摄氧才干却有一定的限制。 因此， 当需氧量超越最大摄氧量时， 人体能量的供应依赖于能源物质的无氧糖酵解， 呵斥体内的氧亏负， 这种形状称为氧债。 氧债与劳动负荷的关系， 如图5 - 2所示。 图5 - 2 作业中的氧债

5、表示图(a) 需氧量小于最大摄氧量； (b) 需氧量大于最大摄氧量 5.1.3 能量代谢和能量代谢率 人体能量产生和耗费称为能量代谢。 人体代谢所产生的能量等于耗费于体外做功的能量和在体内直接、 间接转化为热的能量的总和。 在不对外做功的条件下， 体内所产生的能量等于由身体分发出的热量， 从而使体温维持在相对恒定的程度上。 能量代谢分为三种， 即根底代谢、 安静代谢和活动代谢。 1. 根底代谢 人体代谢的速率， 随人所处的条件不同而异。 生理学将人清醒、 静卧、 空腹(食后10 h以上)、 室温在20 左右这一条件定为根底条件。 人体在根底条件下的能量代谢称为根底代谢。 单位时间内的根底代谢量

6、称为根底代谢率， 用BR表示。 它反映单位时间内人体维持最根本的生命活动所耗费的最低限制的能量， 通常以每小时每平方米体外表积耗费的热量来表示。 我国正常人根底代谢率平均值见表5 - 2。 表5 - 2 我国正常人根底代谢率平均值 2. 安静代谢 安静代谢是作业或劳动开场之前， 仅为了坚持身体各部位的平衡及某种姿态条件下的能量代谢。 安静代谢量包括根底代谢量。 3. 活动代谢 活动代谢亦称劳动代谢、 作业代谢或任务代谢。 它是人在从事特定活动过程中所进展的能量代谢。 膂力劳动是使能量代谢量亢进的最主要的缘由。 由于在实践活动中所测得的能量代谢率(用AR表示)， 不仅包括活动代谢率， 也包括根底

7、代谢率与安静代谢率， 所以活动代谢率(用MR表示)应为 MRARRR 5 - 1 4. 相对能量代谢率 膂力劳动强度不同， 所耗费的能量不同。 由于劳动者性别、 年龄、 膂力与体质存在差别， 即使从事同等强度的膂力劳动， 耗费的能量亦不同。 为了消除劳动者个体之间差别要素， 常用活动代谢率与根底代谢率之比即相对能量代谢率来衡量劳动强度的大小。 相对能量代谢率RMR为5 - 2 表5 - 3和表5 - 4为不同活动类型的RMR的实测值和推算值。 除利用实测方法之外， 还可用简易方法近似计算人在膂力劳动中的能量耗费， 其计算公式为 ARRRMR1.2BRRMRBR 1.2RMRBR (5 - 3)

8、 总能耗M1.2RMRBR体外表积(B)活动时间(t)(5 - 4) 5. 影响能量代谢的要素 影响人体作业时能量代谢的要素很多， 如作业类型、 作业方法、 作业姿态、 作业速度等。 由表5 - 3和表5 - 4可看出， 不同类型的作业对能量代谢的影响。 图5 - 3给出了不同作业的能量耗费值， 其范围从1.616.2kCal/min。 表5 - 3 不同活动类型的RMR实测值 表5 - 4 相对能量代谢率RMR的推算值 图5 - 3 各种作业类型相对应的能耗(kCal/min) 作业方法不同， 能量耗费也不同。 S.R德塔(S.R.Datta)等人对搬运重物的七种方式进展了研讨， 测得相应的

9、氧耗量， 如图5 - 4所示。 各种不同姿态的相对氧耗量， 如图5 - 5所示。 图5 - 4 用不同方式搬运重物时氧耗量比较 (a) 单肩双包(100%)； (b) 头顶(103%)； (C) 双肩背(109%) (d) 前额挂背(115%)； (e) 斜挎(123%)； (f) 挑担(129%)； (g) 双手提(144%) 图5 - 5 不同姿态的氧耗量比较 (a) 仰卧(100%)； (b) 坐姿(103%105%)； (C) 立姿(108%0 d 跪姿(130%140%)； (e) 弯腰(150%0) 5.1.4 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。 直接法是

10、经过热量计测定在绝热室内流过人体周围的冷却水升温情况， 换算成能量代谢率； 间接法是经过测定人体耗费的氧量， 再乘以氧热价求出能量代谢率。 表5 - 5 三种营养物质氧化时的数据表5 - 6 非蛋白呼吸商和氧热价的关系 实践运用中， 经常采用省略尿氮测定的简便方法， 即根据受试者在同一时间内吸入的O2量和CO2产生量求出呼吸商(混合呼吸商)， 而不思索蛋白质代谢部分， 实际证明， 采用简便方法得到的结果不会有显著误差。 既然经过作业时耗费的O2量和产生的CO2量可以换算能量耗费， 相对代谢率也可以经过测定作业者在作业时、 安静时耗费的O2量和产生的CO2的比值， 计算作业者在安静时和作业时各自

11、的O2耗费量， 然后乘以每耗费1L O2所产生的热量(氧热价)， 分别折算成作业时和安静时的能量耗费。 同理假设将作业者的根底代谢量换算成O2耗费量或直接测定出根底代谢时O2耗费量， 那么相对代谢率计算式又可写成RMR=作业时的O2耗费量安静时的O2耗费量 根底代谢时的O2耗费量 (5 - 5)5.2 作业时人体的调理与顺应 5.2.1 神经系统的调理与顺应 作业时的每一个有目的 的动作， 既取决于中枢神经系统的调理作用(客观能动性)， 又取决于从机体内外感受器所传入的各种神经激动(包括第一和第二信号系统)， 在大脑皮层内进展综合分析， 构成一时性共济联络(Transient AssoCiat

12、ion)调理各器官顺应作业活动的需求， 维持机体与环境的平衡。 5.2.2 心血管系统的调理与顺应 1. 心率 心率是单位时间内心脏搏动的次数。 正常人安静时的心率为75次/min。 心率添加 的限制即最大心率随年龄的增长而逐渐减小， 可用年龄来推算(最大心率220年龄)。 最大心率与安静心率之差称为心搏频率贮藏， 可用来表示膂力劳动时心率能够添加的潜在才干。 从事膂力作业时， 心率在作业开场后的3040 s内迅速添加， 大约经45 min， 即可到达与劳动强度相顺应的程度。 强度较小的膂力劳动， 心率添加不多， 很快到达与劳动强度相顺应的程度后， 即随作业的延续而坚持在该恒定程度上。 而强度

13、很大的劳动， 心率将随作业的延续而不断加快， 直到个体的最大心率值， 通常可达150195次/min。 上述两种劳动强度下的心率变化如图5 - 6所示。 图5 - 6 不同劳动强度的心率变化曲线 2. 心输出量 心脏每搏动一次， 由左心室射入自动脉的血量称为每搏输出量。 每分钟由左心室射出的血量称为心输出量。 心输出量为每搏输出量与心率的乘积。 正常男性成年人安静时每搏输出量约为5070 mL， 心输出量约为3.755.25 L/min。 女性心输出量比同体重的男性约低10%。 普通人心输出量最多可添加到25 L/min。 3. 血压 血压是血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力， 通常多指血

14、液在体循环中的动脉血压， 普通以毫米汞柱(mmHg)为单位(1 mmHg133.32 Pa)。 正常人安静时的动脉血压较为稳定， 变化范围不大。 心室收缩时动脉血压的最高值即收缩压为100120 mmHg， 心室舒张时动脉血压的最低值即舒张压为6080 mmHg。血压还受性别、 年龄以及其他生理情况的影响， 普通男性略高于女性； 老年人高于中青年人， 特别是收缩压随年龄增长而升高较舒张压更为明显；此外， 膂力劳动、 运动以及心情动摇时， 血压也会出现暂时性升高。 动态作业开场后， 主要由于心输出量的增多， 收缩压立刻升高， 并随劳动强度的添加而继续升高， 直到最高值， 而舒张压却几乎坚持不变或

15、略有升高， 因此构成收缩压与舒张压之差即脉压的增大， 如图5 - 7所示。 脉压逐渐增大或维持不变， 是膂力劳动可以继续有效进展的标志。 图5 - 7 动态作业至力竭时收缩压与舒张压的变化 4. 血液的重新分配 人处于安静形状时， 血液流向肾、 肝及其他内脏器官较多， 而膂力作业开场后， 心脏射出的血液大部分流向骨骼肌， 以满足其代谢加强的需求。 表5 - 7列出了安静形状和重膂力劳动时血液流量的分配情况。 由表可知， 进展重膂力作业时， 流向骨骼肌的血液量较安静时多20倍以上， 心肌血流量添加5倍。 表5 - 7 安静时和重膂力劳动时的血液分配 5.2.3 其他系统的调理与顺应 作业时呼吸的

16、频率随作业强度的加强而添加， 重强度作业时可达3040次/min， 极大强度作业时可达60次/min， 肺通气量也由安静时的68 L/min添加到40120 min以上。 对于锻炼有素者肺通气量的添加主要靠添加肺活量来顺应； 普通作业者那么靠加快呼吸频率来顺应。 作业停顿后， 呼吸的恢复期比心率、 血压恢复期短。 5.2.4 脑力劳动和继续警惕作业的特点 随着科学技术的开展和社会的提高， 采用电脑控制的消费过程日益添加和完善， 大量繁重膂力劳动和职业危害较严重的工种将逐渐被机器人所取代， 膂力劳动的比重和强度将不断减小， 而需求智力和神经紧张型的作业越来越多。 1. 脑力作业的生理变化特征 脑

17、的氧代谢较其他器官高， 安静时约为等量肌肉耗氧量的1520倍， 占成年人体总耗氧量的10%。 由于脑的分量仅为体重的2.5%左右， 大脑即使处于高度紧张形状， 能量耗费量的增高也不致超越根底代谢的10%。表5 - 8列出了脑力作业和技艺作业的RMR。 L表5 - 8 不同类型的脑力作业和技艺业的RMR实测值 2. 继续警惕作业 继续警惕通常是在刺激环境单调和脑力活动以留意为主的条件下， 长时间坚持的警惕形状。 在化工、 发电厂、 雷达站和自动化消费系统中的仪表监控任务以及舰艇、 飞机的驾驶中， 都要求作业者长时间地坚持警惕形状。 假设以接近觉得阈限的信号即临界信号的出现频率为横坐标， 以发现信

18、号率为纵坐标， 即可画出如图5 - 8所示曲线。 图5 - 8 信号频率与作业效能的关系 图5 - 9 觉悟效能曲线 假设以觉悟形状为横坐标， 以作业效能为纵坐标， 可得觉悟效能曲线(见图5 - 9)，它与图5 - 8所示曲线外形极为类似。 觉悟效能曲线是人机工程学的一条极为重要的实际曲线。 5.3 膂力劳动强度分级 5.3.1 国外的劳动强度分级 国外常用的克里斯坦森(Christensen)规范， 是以能耗量和氧耗量作为分级规范来划分不同劳动强度的， 见表5 - 9。 该规范所根据的为欧美人的平均值， 即体重70 kg、 体外表积1.84 m2。 所分等级为轻、 中等、 强、 极强、 过强

19、共五级。 表5 - 10来源于国际劳工局1983年资料。 表5 - 11和表5 - 12为日本劳动科学研讨所发布的资料。 日本通常以能量代谢率RMR作为评价劳动强度的目的。 表5 - 9 按能耗和氧耗分级的劳动强度目的表5 - 10 劳动强度目的与分级规范表5 - 11 不同强度作业的能耗量表5 - 12 日天性率协会劳动强度分级规范(男) 5.3.2 我国的劳动强度分级 我国于1983年制定了按劳动强度指数划分的国家规范(GB3869-83)， 见表5 - 13。 该规范是在对262个工种的工人劳动时、 能量代谢和疲劳感等的调查分析根底上， 以劳动时间率和任务日平均能量代谢率kCal/min

20、m2为目的制定的， 能比较全面地反映作业时人体负荷的大小。 劳动强度指数的计算公式为 I3T7M 5 - 6 式中： I劳动强度指数； T劳动时间率； M8 h任务日能量代谢率， kCal/(minm2)； 3劳动时间率计算系数； 7能量代谢率计算系数。 表5 - 13 膂力劳动强度分级 5.4 作业才干的动态分析 才干是指一个人顺利完成一定活动所表现出的稳定的心思生理特征。 它直接影响活动的效率。 才干总是与活动联络在一同并在活动中表现出来。 完成活动通常需求多种才干的结合。 才干可分为普通才干和特殊才干。 5.4.1 作业才干的动态变化规律 作业才干是指作业者完成某种作业所具备的生理、 心

21、思特征， 综合表达个体所蕴藏的内部潜力。 这些心思、 生理特征， 可以从作业者单位作业时间内消费的产品产量和质量间接地表达出来。但在实践消费过程中， 消费的成果(产量和质量)除受作业才干的影响外， 还受作业动机等要素的影响， 所以 消费成果f(作业才干作业动机)图5 - 10 劳动消费率动态变化典型曲线 5.4.2 影响作业才干的主要要素 影响作业才干的要素多而复杂， 除了作业者个体差别之外， 还受环境条件、 劳动强度等要素的影响， 其大致可归纳为生理要素、 环境要素、 任务条件和性质、 锻炼与熟练效应等四种。 1. 生理要素 膂力劳动的作业才干， 随作业者的身体、 年龄、 性别、 安康和营养

22、情况的不同而异。 2. 环境要素 环境要素通常是指任务场所范围内的空气情况、 噪声、 照明、 颜色和微气候等。 3. 任务条件和性质 消费设备与工具的好坏对作业才干的影响较大， 这主要看它在提高工效的同时， 能否能减轻劳动强度， 减少静态作业成分， 减少作业的紧张程度等。 4. 锻炼与熟练效应 锻炼能使机体构成稳定的动力定型， 可使参与运动的肌肉数量减少， 动作更加协调、 矫捷和准确， 大脑皮层的负担减轻， 故不易发生疲劳。 熟练效应是指经常反复执行某一作业而产生的全身顺应性变化， 使机体器官各个系统之间更为协调， 不易产生疲劳， 使作业才干得到提高的景象。 典型的熟练效应曲线如图5 - 11

23、所示。 曲线阐明随着产品产量 添加， 作业者作业的熟练程度越高， 平均单位工时耗费也越少。 反复进展同一作业是一种锻炼过程， 是构成熟练效应的缘由。 图5 - 11 典型熟练效应曲线 5.5 作业疲劳及其测定 5.5.1 作业疲劳的特点与分类 作业者在作业过程中， 产生作业机能衰退， 作业才干明显下降， 有时并伴有疲倦等客观病症的景象， 叫做作业疲劳， 简称疲劳。 作业疲劳的特点突出表如今， 疲劳不仅是生理反映， 而且还包含着大量的心思要素、 环境要素等。 例如， 作业者为了某种目的， 经过本人的努力可以在短时间内掩盖疲劳的效应； 相反， 心思上的某种不顺应或不满又会提早或加速疲劳的出现， 如

24、单调的作业内容、 强迫而令人不适的作业节拍， 使作业者产生厌倦感， 因此呵斥作业者的作业效率下降。 5.5.2 疲劳的发活力理 疲劳的类型不同， 发生的机理也不尽一样。 1. 疲劳物质累积机理 短时间大强度膂力劳动所引起的部分肌肉疲劳， 是由于乳酸在肌肉和血液中大量积存引起的， 称为“疲劳物质累积机理。 2. 力源耗竭机理 较长时间轻或中等强度劳动引起的疲劳， 既有部分肌肉疲劳， 又有全身性疲劳。 这种部分肌肉疲劳不是由于乳酸积存所致， 而是由于肌糖原贮备耗竭之故， 称为“力源耗竭机理。 3. 中枢变化机理 剧烈或单调的劳动刺激会引起大脑皮层细胞储存的能源迅速耗费， 这种耗费会引起恢复过程的加

25、强。 当耗费占优势时， 会出现维护性抑制， 以防止神经细胞进一步耗损并加速其恢复过程， 这种机理称为“中枢变化机理。 4. 生化变化机理 全身性膂力疲劳是由于作业及其环境所引起的体内平衡形状紊乱， 引起这种平衡紊乱的缘由除包含部分肌肉疲劳外， 还有许多其他缘由， 如血糖程度下降、 肝糖原耗竭、 体液丧失(脱水)、 电解质丧失(Na和K)、 体温升高等， 这称为“生化变化机理。 5. 部分血流阻断机理 静态作业引起的部分疲劳， 是由于部分血流阻断引起的。 由于肌肉收缩时， 使肌肉变得非常巩固， 其内压可达几十kPa， 因此会部分地或完全地阻断血流经过收缩的肌肉。 5.5.3 测定疲劳的方法 为了

26、测定疲劳， 必需有一系列可以表征疲劳的目的。 其测定方法应能满足： 测定结果该当是客观的表达， 而不依赖于研讨者的客观解释； 测定结果该当定量化表示疲劳的程度； 测定方法不能导致附加的疲劳， 或使被测者分神； 测定疲劳时， 不能导致被测者不愉快或呵斥心思负担与病态觉得。 1. 生化法 生化法经过检查作业者的血、 尿、 汗及唾液等体液成分的变化判别疲劳。 这种方法的缺乏之处是， 测定时需求中止作业者的作业活动， 并容易给被测者带来不适和反感。 2. 生理心思测试法 生理心思测试法又包括： 膝腱反射机能检查法， 两点刺激敏感阈限检查法， 频闪交融阈限检查法， 延续色名呼叫检查法， 反响时间测定法，

27、 脑电肌电测定法， 心率(脉率)血压测定法等。 1) 膝腱反射机能检查法。 2) 两点刺激敏感阈限检查法。 3) 频闪交融阈限检查法。 为了表征疲劳程度， 普通以频闪交融阈限的日间变化率和周时变化率目的表示， 即 5 - 9 5 - 10 表5 14 频闪交融阈限值 4) 延续色名呼叫检查法。 经过检查作业者识别各种颜色， 并能正确地叫出各种颜色色名的才干， 从而判别作业者疲劳的方法。 5) 反响时间及脑电肌电测定法。 反响时间的变化也同样能表征中枢系统机能的愚钝化程度。 6) 心率(脉率)、 血压测定法。 上述方法缺乏之处， 是判别疲劳的过程不能与作业者的作业过程同时进展。 根据当前技术条件

28、， 心率(脉率)、 血压测定法可以在作业者的作业过程中， 实现对作业者的心率(脉率)、 血压遥控检测， 而又不会给作业者添加负担。 图5 - 12是一男性青年的强化疲劳实验的结果。 图5 - 12 某男性青年强化疲劳测定曲线 3. 他觉察看和主诉病症调查法 疲倦的他觉察看和主诉病症调查法， 也称自我觉得摄影。 详细的做法是首先选定假设干受试者， 然后对他们进展假设干天的跟踪调查。 在受试者上班的时间内， 每隔半小时向受试者提出讯问： “在当前时辰他体验到什么样的疲劳特征?要求受试者指出这种或那种病症及其程度微弱、 中等、 猛烈。 数据处置以程度的变异和新病症的出现作为单位数， 假设出现中等或猛

29、烈的新病症， 那么添加2或3个单位数， 出现“普遍疲劳或“全身病症时加3个单位数， 然后计算各个时间的平均数(见表5 - 15)。 表5 - 15 疲劳的自我病症计算表 5.6 提高作业才干与降低疲劳的措施 5.6.1 改良操作方法， 合理运用膂力 合理设计作业中的用力方法主要从以下几方面思索: 1) 合理安排负荷， 使单位劳动成果所耗费的能量最少。 2) 按生物力学原理， 把力用到完成某一操作动作的作功上去。 3) 利用人体活动特点获得力量和准确性。 4) 利用人体的动作经济原那么， 坚持动作自然、 对称、 有节拍。 5) 降低动作能级。 能用手指完成的作业， 不用手臂运动实现； 能用手臂运动完成的作业， 不用全身运动实现。 6) 充分思索不同体位时的用力特点。 5.6.2 合理确定休憩制度 1.合理确定作业过程中的休憩时间 不同劳动强度的能量耗费亦不同。 为了延缓疲劳的发生， 减少错误和事故， 保证产质量量， 维护作业者的安康， 必需在作业过程中插入必要的休憩时间。 由于延伸作