人因工程学人的因素

1、第2章 人的因素体力劳动时的能量消耗人体作业过程的调节与适应作业能力及其影响因素合理安排作业休息制度作业疲劳及其测定21 体力劳动时的能量消耗一、能量的产生ATP+H2OADP+Pi29.3KJ/mol1. 产能定义：2. 产能途径：1）ATPCP系列Cr + ATP特征：提供能量速度极快，持续时间极短，不需氧参与，产生 ATP的数量很少,适于短暂（10秒以下）剧烈活动。2）需氧系列（人体活动能量最大的和最主要的产能源） 特征：提供能量速度中，持续时间长，需氧参与，产生ATP的数 量几乎不受限制，适于中等强度作业的供能。葡萄糖（脂肪）+ 氧补充ATP的过程。CP + ADPATP氧化磷酸化磷酸

2、肌酸激酶（CPK）ATP酶3）乳酸系列 产生的有限，由补充，Cp有限当不够时，再通过补充， 这时出现假疲劳（产生乳酸） 。当产生的ATP=ATP1时停止，持续时间长出现真正疲。 ATP ATP1 T 例：跑步 特征：提供能量速度比较快，持续时间短，提供能量大，无需氧 参与，产生 ATP的数量有限，仅能维持剧烈活动几十秒。 葡萄糖（糖元）ATP + 乳酸磷酸果糖激酶肌肉活动时能量的来源如图3. 三种产能过程的特性比较项目ATPCP系列乳酸系列需氧系列能量产生方式无氧代谢无氧代谢有氧代谢能源物质CP糖元糖元、脂肪、蛋白质供能速度很快快缓慢供能数量很少少大量对人体疲劳影响容易疲劳容易疲劳不易疲劳适用

3、场合短暂剧烈活动短时（1-2min）强度大的活动长时间的耐力活动二、作业时的氧消耗1）氧需：人体作业时，单位时间所需要的氧量叫氧需。1. 基本概念3）氧债：氧需与供氧量之间的差别叫氧债。 2）氧上限：血液在单位时间内所供应的最大氧量叫氧上限。 2.氧消耗的动态变化规律1）动态作业 动态作业时，人体的耗氧量是变化的，在开始的23min内，呼吸和循环系统的功能还不能满足氧需，肌肉所需的能量是在缺氧条件下产生的。此后呼吸和循环系统的功能逐渐加强，氧需逐渐得到满足，进入稳定状态，进入稳定状态的作业可维持较长时间。作业停止后，机体的耗氧量并不能马上降到安静状态的耗氧水平，还将继续消耗较多的氧以补偿氧债。

4、氧需能否得到满足,主要取决于循环系统的功能,其次取决于呼吸系统的功能。A 氧 债B 补 偿 氧 债 氧消耗的动态变化规律 时间状态 作 业 休 息 休 息AB 氧 稳 定 状 态AB氧上限氧需氧需 A 时间氧氧需氧需氧上限2）静态作业 所有的肌肉运动都会导致疲劳，但程度取决于很多事情：如舒适程度、年龄和经验。静态的肌肉运动，其疲劳的恢复时间是动态运动的10倍。 概念肌肉等长收缩来保持一定姿势或本位的作业。 特点能耗水平不高，但易引起人的疲劳。 静态作业氧消耗的动态变化规律 静 态 作 业 的 氧 消 耗 动 态变化规律 0 2 1 3 4 6 7 8 95恢复安静作业 消耗 需要 氧需要 和消

5、耗 时 间 任何作业均含有静态作业成分。静态作业所占的比重与作业者的姿势、熟练程度有关；越熟练，不必要的静态作业就越少。 可通过改进工具，改进操作方法，来减少不必要的静态作业。三、人体的能量代谢1. 定义能量代谢就是人体有关能量的产生、转移和消耗。2. 种类 1）基础代谢量：人在基础条件下，维持人最基本生理活动，所需 消耗的能量。 按机体所处的状态分为三种： 基础代谢率：单位时间内，单位体表面积所消耗的基础代谢量。 用B表示，单位：KJ/(m2.h)体表面积 S(m2) 0.0061身高(cm)0.0128 体重(kg)0.1529基础代谢量=基础代谢率人体表面积持续时间BSt我国正常人基础代

6、谢率的平均值如表所示基 础 代 谢 量安 静 代 谢 量能 量 代 谢 量 维 持 体 位 所 应 增 加 的 代 谢 量 作 业 所 增 加 的 代 谢 量三种代谢量的关系 3）能量代谢量：人体进行作业或运动时所需消耗的总能量。 能量代谢率：用M表示 能量代谢量MS t 2）安静代谢量：机体保持某部位的平衡及某种姿势所需消耗的能量。安静代谢率： 用R表示 R=1.2B 安静代谢量RS t1.2BS tRMR (能量代谢率安静代谢率)/ 基础代谢率(M1.2B)/B 由上式得：MB（RMR1.2） 总能耗 B（RMR1.2）体表面积活动时间（RMR1.2）基础代谢量 练习： 3. 相对代谢率（

7、Relative Metabolic Rate, RMR） 劳动强度不同，所消耗的能量不同，由于劳动者的体质差异，即使同样的劳动强度，不同劳动者的能量代谢也不同，为了消除个体差异，常用相对代谢率来衡量劳动强度。用RMR表示。 相对代谢率和能量代谢率是评价劳动强度指标。RMR (作业时的氧耗量安静时的氧耗量)/ 基础代谢氧耗量4.能量代谢率的测定2）间接法：通过测定人体消耗的氧量，再乘以氧热价。1）直接法 P33 图2-8M单位时间内氧气的消耗量（L/min）氧热价（KJ/L）氧热价：物质氧化时，每消耗1L氧所产生的热量称为物质的氧热价。 而氧热价通过呼吸商查表可得。呼吸商：肌体在同一时间内所产

8、生的CO2量与消耗O2量的比值(CO2 / O2)。练习四、劳动强度等级的划分1. 劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度。2. 指标（体力劳动）1）相对指标：相对代谢率 RMR2）绝对指标：劳动强度指数 I ，能耗量，氧耗、心率等 I = TMSW10工作日内净作业时间（min）工作日总工时（min）T（%）=100=各单项劳动占用时间(min)工作日总工时（min）10010：计算常数 T ：劳动时间率（ %）M：8小时工作日的平均能量代谢率（KJ/minm2）S：性别系数，男性为1，女性为1.3W：体力劳动方式系数（搬=1，扛=0.40，推/拉=0.05）3. 等级划分（1）

9、I15 一级劳动强度 轻（2） I=1520 二级劳动强度 中（3） I=2025 三级劳动强度 重（4） I25 四级劳动强度 极重1）以RMR指标分级 见表 参阅表8-82）以I指标分级3）能耗量指标分级 见表4）氧耗、心率等指标分级 见表例 题基础代谢率为1.75 KJ/(m2min)，能量代谢率为599 KJ/(m2h)；若能量代谢率降到231 KJ/(m2h)时，试评价二者的劳动强度。 解：RMR = (M-1.2B)/B=(599-1.2105)/105 = 4.5 RMR = (M-1.2B)/B=(231-1.2105)/105 = 1 根据劳动强度划分标准:前者属于重劳动;后

10、者属于轻劳动 22 人体作业过程的调节与适应一、神经系统 习惯定型：若长期在同一环境中从事同一项作业活动，通过复合条件 反射逐渐形成该项作业操作的自觉习惯的逻辑平衡潜意识，称习惯定 型，又称动力定型（Dynamic Stereotype）。二、心血管系统 心率1）作业时心率 安静时心率+402）脉压 脉压最大值的一半3）收缩压 心率4）血糖浓度 工作能力时，会加速作业者的疲劳，甚至影响身体健康。 V30min 不合适练 习 作业者平均体表面积为1.6521 m2，基础代谢率为2.5KJ/(m2min)，作业相对代谢率为5时，实际劳动率为多少？当相对代谢率提高到7时，劳动持续时间比原来缩短百分之

11、多少？（保留两位小数） 解：1) RMR5时 RMR（M1.2B）/B M（RMR1.2）BS25.61 KJ/minT劳100.47/（M16.75）11.34minT休T劳（M/16.751）5.998minTwT劳/TT劳/(T劳T休) 11.34/(11.34+5.998)65.41% 2) RMR7时M（RMR1.2）BS33.87 KJ/minT劳100.47/（M16.75）5.87min比原来缩短百分率（11.345.87）/11.3410048.24%练 习8h 工作制中，作业开始前和作业结束前各用0.5h 进行准备和整理工作地，中午还有1h的午饭时间。作业时的能量消耗为26

12、KJ/min，安静时的能量消耗为6KJ/min，试分析该工作班 ,至少还应安排几次休息？以每次作业17min计算的休息次数为至少还应安排21次休息。 （min）（min）解: 练 习解： 能量消耗量= 4.7+ 5.6 +18 = 28.3（KJ/min）所以若基础代谢量为4.7KJ/min，维持体位增加的代谢量为5.6KJ/min,作业时增加的代谢量为18KJ/min。试求 RMR值。能量消耗量=基础代谢量(1.2+RMR)25 作业疲劳及其测定4. 技术性疲劳：指脑力劳动与体力劳动并重，且神经相当紧张的作业。一、作业疲劳的概念二、分类1. 个别器官疲劳：发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作

13、业。2. 全身性疲劳：主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致。3. 智力疲劳：主要是长时间从事紧张的脑力劳动所致。作业者在作业过程中，产生作业机能衰退，作业能力明显下降，并伴有疲倦感的现象，称作业疲劳。主观上讲客观上讲根据活动时间长短和活动强度的高低，可分为短时间剧烈活动后产生的疲劳和长时间中等强度作业后产生的疲劳。25 作业疲劳及其测定三、疲劳的产生与积累四、疲劳产生的机理1. 物质累积理论2. 力源消耗理论3. 中枢系统变化理论4. 生化变化理论5. 局部血流阻断理论 体力疲劳是随工作过程的推进逐渐产生和发展的。按照疲劳的积累状况，工作过程一般分为四个阶段： 1. 工作适应期 2. 最佳工作

14、期 3. 疲劳期 4. 疲劳过度积累期疲劳积累过程的“容器”模型2）生理、心理测试法2.疲劳的测定方法1）生化法作业前后反射角变化： 510o 轻度疲劳 1015o 中度疲劳 1530o 重度疲劳一盏灯闪变 分不清为止 融合度一盏灯闪变 分清为止 闪变度均值频闪融合阈限 膝腱反射机能检查法 两点刺激敏感阈限检查法频闪融合阈限检查法查表对照ss一般以频闪融合阈限的日间变化率和周间变化率指标表示：五、疲劳的测定 身体的生理状况发生特殊变化1. 疲劳的表达途径 进行特定作业时作业能力下降 疲倦的自我体验2.疲劳的测定方法连续色名呼叫检查法反应时间检查法 脑电肌电检查法 心率血压检查法3）工作绩效测定

15、 其中法最好, 因为可以在工作的同时测量，数据客观，又不对被测者有伤害。遥控心率仪4）他觉观察和主诉症状法 作业后的频闪融合阈限作业前的频闪融合阈限 作业前的频闪融合阈限日间变化率100%周末作业前的频闪融合阈限休息日后第一天作业前的频闪融合阈限 休息日后第一天作业前的频闪融合阈限周间变化率100%注：测量日为休息日后第一天 表8-14六、提高作业能力，降低作业疲劳的措施2. 合理安排劳动时间1. 改善工作条件合理设计工作环境改进设备和工具改进工作方法改进工作方法包括工作姿势、经济工作速度、搬运方式和操作的合理化。 1）休息时间的确定 2）合理安排休息方式 在强制节拍的流水线上，设置一定的工间

16、暂歇和工间休息时间。 工间暂歇是指作业者的动作与动作间、作业与作业间的暂时停顿。 工间休息是指作业一段时间后停下来休息的时间。1）休息日制度连续工作5-6天后，休息1-2天。 3）综合考虑其它因素 在高温、强热辐射条件下，安排多次长时间休息； 劳动强度不大却精神紧张的作业，为防止精神疲劳，应安排多次短暂休息； 对于单调作业也应适当增加休息时间。3. 改进生产组织与劳动制度2）轮班制度最好取消不必要的轮班，对不得不采取昼夜轮班的应采用“四班三轮转”4. 改善工作内容，克服单调感26 脑力工作负荷一、脑力负荷定义及影响因素1. 脑力负荷定义脑力负荷 mental workload,又称心理负荷、精

17、神负荷、脑负荷、脑力负担脑力负荷是人在工作时的信息处理速度，即决策速度和决策的困难程度。脑力负荷是人在工作时所占用的脑力资源的程度，即脑力负荷与人在 工作时所剩余的能力是负相关的。脑力负荷是人在工作中感受到工作压力的大小，即脑力负荷与工作时 感到的压力是相关的。脑力负荷是人在工作中的繁忙程度，即操作人员在执行脑力工作时实际 有多忙。 脑力负荷是反映工作时人的信息处理系统被使用程度的指标。 脑力负荷与人的闲置未用的信息处理能力之和就是人的信息处理能力。2. 脑力负荷的影响因素 工作内容分为时间压力、工作强度、工作任务的困难程度等人的能力人的努力、认真程度操作绩效“好”“差”TR=TATRTATR

18、 712808075756565409085774692119211106761067612770 1277014654 14654八 小 时 劳 动 消 耗 的 能 量 (kJ)一 天 消 耗 的 能 量(kJ)1926301430144270 42705945 59457453 74536908803980399295929510970 1097012477 12477男女国际劳动局评价劳动强度的指标和分级标准劳动强度等级很轻轻中等重很重极重耗氧量/(L/min)O5O.51.01.01.51.52.02.O2.52.5能量消耗/(kJ/min)lO.510.5-20.920.931.43

19、1.441.941.952.352.3心率/(beats/min)75100100125125150150175175直肠温度/37.5383838.538.53939排汗率/(ml/h)200400400600600800800呼吸商和氧热价表呼吸商氧热价（Kcal/l）0.784.790.794.790.804.800.814.810.824.83肌肉活动时能量的来源示意图图8-9 疲劳积累的“容器”模型示意图行为是心理的表现 在设计中，人的行为是设计师关注的焦点。不论是显示设计，还是控制设计，不论是产品硬件设计还是交互界面设计都取决于产品支持的人的行为。 对于远程通讯的行为，产品就应该具

20、备简便的输入信息功能、方便的接收信息功能以及对信息进行处理的功能。 心理是人的感觉、知觉、注意、记忆、思维 、意志、情感、性格、倾向等心理现象的总称。 产品需要支持人的行为是多样的，如：手机具备拨打和接听电话、收发和编写短信息、闹钟、 计算、时间显示、游戏、无线上网等功能。人的行为特征 人在日常生活中通常会采取一定的策略或方法，这就形成了人的行为特征。 人的行为特征主要包括： 人的心里模型、人的行为结构和人的行为过程。重的物体比轻的物体下落的快古代希腊哲学家亚里士多德1. 人的心里模型现代物理学证明是错误的，下落速度与重量无关。 情景： 树叶与石头 人的心理模型是外部世界的某些因素在人脑中的反

21、映，是一组集成的构思和概念。人的心理模型可以用来解释和描述事物的作用方式、事件发生的过程和人类的行为方式。人的行为可能是有意识的行为，也可能是无意识的行为。 有意识的行为需要人的思维、决策等最高层面的认知活动作为支撑。有意识的行为进展缓慢，必须按照一定的步骤有次序地展开。 无意识的行为可以看作是一种模式匹配的过程，它总是与过去的经验的基础上寻找与目前情形最接近的模式。 很多情况下，人的心理模型主要是人的无意识行为。 比如：人们看见乌云就感到要下雨了，于是表现出各种行为，如出门带伞、收回晾在外面的衣物等。 如果没有过去的经验，所有的心理行为都要从零开始，负担将十分巨大。2. 人的心理模型与意识汽

22、车的转向灯控制器 用户的心理模型是简单的。心理模型是工具与用户操作之间的桥梁，借助这个桥梁，可以更容易的理解并使用工具。 心理模型越复杂，它的存在价值就越小。如果心理模型需要用户要花很多的时间进行思考，那么他（她）往往更倾向于通过实践操作来找到正确的使用方法，在实践的过程中，又会总结出新的心理模型，新模型将比旧模型更简单，并且比实践操作来的更容易。人的心理模型是不完整的、混乱的 界面设计的主要任务就是要把用户能理解的任务领域的概念和行为（心理模型）转换成产品内部的实现模型，从而向用户呈现一个尽可能接近其心理模型的产品（系统模型）。这样的产品能够减少用户的学习和记忆负担，从而达到提高易用性的目的

23、。 标有使用方法但仍令人费解的垃圾桶 由于系统模型和心理模型不匹配导致的产品易用性问题广泛存在于各种产品中。 软件产品的问题尤为突出。这一方面是由于软件产品固有的复杂性, 另一方面，西方在文艺复兴以后，机械论逐渐成为一种世界观和设计思想体系，体现到计算机产品中，界面设计都是试图去让人适应计算机，而完全忽略了人的心理特点和需求。不过随着计算机越来越普及，计算机产品被越来越多的普通用户使用，“以人为本”的思想开始被越来越多的产品设计人员所重视：即如何设计计算机的界面以使得其更好地适应人。 2 .人的行为的结构 人的行为结构有三类：宽而深的结构、窄而深的结构、宽而浅的结构。宽而深的结构：类似与围棋或

24、者象棋的决策树。窄而深的结构：类似于一系列操作规程，做菜看菜谱。宽而浅的结构：日常中常见，如买衣服。迅速作出 决策。与人的心理模型相反，人的行为却是精确的。3 在对信息进行了内部编码之后, 信息就进入了人的信息处理的下一阶段, 中枢信息处理阶段, 也叫决策阶段, 在这里, 人要对即时收到的信息和记忆中保存的信息进行分析, 综合, 作出决断. 决策是人的信息处理过程中最复杂, 最富有创造性的工作, 也是人的信息处理系统的瓶颈. 正是它极大地限制了人的信息处理能力.我们平常所谈到的想, 思维, 思考都发生在这里. 一般认为, 人的中枢信息处理系统是单通道的, 即人在这个阶段, 在某一时刻只能做一件

25、事. 7.2 思维与决策思维是人脑对客观现实的间接和概括的反映，是认识的最高 阶段。基本过程 分析 综合 比较 抽象和概括。创造力的五要素 知识、经验、才能、心理素质和机遇决策 -是人为了达到一定目标选择行动方案的过程. 基本过程：确定目标找出可达到这个目标的各种方案比较各种方案的优缺点然后选出一个最优的(或满意的)方案. 在人进行决策时, 受到了决策者的感情, 性格, 价值观等许多主观因素的影响. 情景A：你已经花了30元钱买了一张戏票，并高高兴兴地去看戏。但是，当你到了戏院门口才发现票丢了。座位还空着。你是否愿意再花30元钱补一张票去看这场戏（假定你的兜里还有足够的现钱）？什么是决策？情景

26、B：你已经决定去看一场戏。你知道戏票是30元一张，于是你带上钱去了戏院。但是，在售票处门口，你发现自己在路上丢了30元钱。这时，你是否还愿意掏30元钱去买一张戏票（假定你的兜里还有足够的现钱）？ 实验结果：情景A的50名经理中有38%不愿再花30元去补票；情景B的50名经理仅有17%的人说，宁愿回家而不愿花30元钱买票看戏。原因人们在头脑里，把丢失的戏票和丢失的钱归到不同的心理账户中丢失的钱不会影响人们去戏院看戏所在账户的预算和支出丢失的票和后来需要再买的票都被归入同一个账户，就好像要花60元看一场戏了参考点（Reference Points）在决策框架中参考点的作用就象一个坐标系中的原点。参

27、考点选择不同，同样一件事情该不该做，价值如何评价都会完全不同。 决策陷阱 框架盲点任何一个决策框架都可能是不完备的。一个人的盲点不可能是所有人的盲点。 框架错位 框架固化认知狭窄、过度自信、人的理性是有限的 人们在做决策时，并不是去计算一个物品的真正价值，而是用某种比较容易评价的线索来判断人们根据冰激淋到底满不满来决定给不同的冰激淋支付多少钱U（v）=a（i）u（i）i=1na(i)每个属性的权重，u（i）每个属性的效用7.3 人的错误 由于人的行为存在“有限理性”，所以在日常生活中常会犯各种错误，比如忘记关煤气，用ATM机取款后忘记取卡。 在人的作业和行为的各个阶段，差错随时发生，重大事故中

28、有60%90%是由人为差错引起的。 医生和护士平均每天在每个病人身上犯1.7个差错。Norman等人发现：多数差错并不是由于人不负责任的行为造成的，而是不好的系统设计和不好的组织结构造成的。 人的错误的一个重要原因是人的合理思维的局限性, 即人不可能在任何情况下都知道合理的决策是什么, 在他找不到合理决策时, 他就选一个错误的决策, 了解人对某一问题的决策的局限因素, 给人提供必要的帮助就可以预防这样的错误的发生. 现在对人的错误研究表明, 人的错误实际上是人-机系统不匹配的结果, 因此, 研究人的错误离不开人所处的系统.7.3 人的错误人的错误可以分成两大类. 第一类为决策性错误(mista

29、ke).第二类为行动性错误(slip). 1基于知识的失误：由于对情景的错误理解而形成了不正确的行动计划。不正确的知识、肤浅的认识失误， 亚力士多德:下落的速度与物体质量有关基于规则的失误：操作者存在某种自信的情景下，形成了某种规则，而 过去的经验并不能运用到目前的情况中。按电梯按钮捕获性过失：一系列目标行为被类似且熟悉的行为模式捕获时产生的错误 如：唱歌唱到另一首更熟悉的歌上。描述性过失：由于执行对象或行动过程描述不够精确，将正确的动作施加 在错误的对象上。如：加盐加成了白糖，形近的开关误操作。打字员在中文模式下输入英文由于人属于宽而浅，而不是窄而深的知识结构。模式： 状态切换带来的问题 把

30、用户锁定在一个操作上，用户在该操作完成之前不允许进行其它任何操作 Windows操作系统，它的界面就是模式的， 写一份文档，必须得进入某个应用程序（比如WORD） 在 “桌面”上除了点击“开始菜单”和“图标”根本就是什么也不能做，换句话说，通过点击图标、使用应用程序来完成某个用户任务的做法实际上就是模式界面的表现。用户要完成某项任务，就必须得切换到相应的状态（或者说模式）下，如果用户没有工作在相应的模式下而进行了该模式的操作，就会引发“模式错误” 模式错误的后果1.使用户迷失、迷惑2.打断了用户的工作流3.需要用户花时间去解决，使用户不能集中精力于他的任务上4.增加了培训成本5.其他严重后果（

31、如顾客厌恶致使产品销量下降、交通和医疗事故）消除模式错误的方法Jef Raskin在他的人本界面一书中提到了消除模式错误的三种办法：1使用特征标识每一个状态（每一个状态都以唯一的方式标记）2在不同的模式（状态）下使用不同的命令3不使用模式（或只有一种状态）其他解决方案（仅供参考） 自动切换状态 列表选择状态把本应该倒入玻璃杯中的澄汁倒入了旁边的咖啡杯Woods在堆核电站事故“手机”、“电梯”、“盲人道”、“红绿灯” 用户使用产品的目的是要达成既定的目标。按照Norman的理论，可以把目标的实现途径分为目标-任务-行动三部分。 目标：指要达到的结果。如用手机短信通知同事明天9点开会。 任务：一个目标可以由若干任务组成。如写短信、发短信。 行动：完成任务的每个步骤，即任务的工作流程。7.4 任务分析法在产品开发中，首先要关心用户如何与产品进行交互任务分析法7.5任务分析的产出是产品新功能设计方案和用户界面结构设计方案；工作流程分析的产出则是用户界面交互设计方案。 例如在研究洗衣机新需求点项目中，要求用户描述他们洗衣的过程，结果发现有的用户会在衣服洗涤过程结束之后，手工进行衣物消毒，据此提出了消毒洗的概念并推荐给海尔集团，消毒洗洗衣机在市场上取得了良好的业绩。什么是任务分析？分析人们完成