作业姿势与动作设计课件

人机工程学航空学院栾义春2011年10月28日人机工程学航空学院栾义春2011年10月1篇章总汇总论第1章人机工程学概论应用篇第5章人机系统第6章工作研究（肌肉骨骼失调及预防）第7章作业空间设计第8章人与环境的界面设计基础篇第2章人体生理特征第3章人体测量与数据应用第4章人的心理认知特征扩展篇第9章人因安全第10章可用性第11章脑力负荷篇章总汇总论基础篇26.1作业姿势与人体机能6.2作业姿势的设计原则6.3作业姿势的设计要点6.4作业姿势设计辅助手段6.1作业姿势与人体机能36.1作业姿势与人体机能作业姿势与人体机能的关系（1）与视觉的关系最容易看见东西的眼睛高度和离眼睛的距离。（2）与循环的关系在远离心脏部位的身体上部或下部的地方，由于重力的缘故，血液流动变得恶化。因而必须尽可能避免手的操作点过高的姿势或妨碍血液循环的姿势。（3）与手、上下肢、上半身等运动关系考虑作业点的位置即作业姿势时，运动肢体的中心点高度和运动部分的可动范围是很重要的。（4）与身体重心的关系，见图7-1。6.1作业姿势与人体机能作业姿势与人体机能的关系4人的肢体活动范围在设计中，为了保证系统的高效率，一般要求各种操纵器都处在人体躯干不活动时手足所能及的范围之内；见图7-2。为了保证操作者的舒适和不易疲劳，必须保证人的操作活动处于人体各部位活动舒适姿势的调节范围内。见表7-1（与表3-5相同），图7-3。人的肢体活动范围5人体不同姿势的施力肌力；作业姿势，见图7-4，表7-2，7-3。人体不同姿势的能耗不同姿势的相对氧耗量，见图7-5。不同作业姿势的绝对能耗，从1.6-16.2kcal/min见图7-6。人体肌肉活动度增加，人体能耗相应增大，见图7-7。人体不同姿势的施力人体不同姿势的能耗66.2作业姿势的设计原则作业姿势的选择1.确定作业姿势的因素工作空间的大小与照明条件；体力负荷的大小及用力方向；工作场所各物体（仪器、工具、加工物件等）的安放位置；工作台面的高度，有无合适的容膝空间；操作时起、坐的频率；应尽量避免一些不良体位，如静止不动；长期或反复弯腰，弯度超过15°；弯腰并伴有躯干扭曲或半坐位；经常或反复让一侧下肢承担体重；长期的两手前伸。6.2作业姿势的设计原则作业姿势的选择72.立姿作业与坐姿作业的分析立姿操作须经常改变体位的操作，因为站着比频繁的起坐动作消耗能量少；常用的控制器分布在较大的区域，需要手足有较大幅度活动者；在没有容膝空间的机器旁工作；需要用力较大的作业，在站立时易于用力；单调的作业易引起心理性疲劳，立位时可以适当走动，有助于维持工作能力。立姿作业注意点：脚下有垫子；经常改变体位；避免不自然的体位；立姿缺点：不易进行精确而细致的工作；不易转换操纵；维持体重，更容易疲劳；全身负担重，易引起下肢静脉曲张。2.立姿作业与坐姿作业的分析须经常改变体位的操作，因为站8坐姿操作持续时间较长；精确而细致；手足并用。坐姿缺点：不易改变体位；施力受到限制；工作范围有局限性；易引起脊柱弯曲等职业损伤。坐姿操作9动作经济与效率法则动作经济原则又称动作经济与效率法则，是一种为保证动作经济而又有效的经验性法则。吉尔布雷斯提出，巴恩斯改进，三大类，22条。以人的生理、心理特点为基础，以减轻人在操作过程中的疲劳为目的而建立的。动作经济与效率法则101、利用人体的原则双手应同时开始，并同时完成动作；除休息时间外，双手不应同时闲着；双臂的动作应对称，方向应相反，并同时进行；双手和身体的动作应利用最低等级，以减少不必要的体力消耗；应当利用力矩协助操作，当一旦必须用力克服力矩时，则应将其降至最低限度；在动作过程中，使用流畅而连续的曲线运动，这比用方向突然发生急剧变化的直线运动为佳；抛物线运动比受约束或受控制的运动更快、更容易、更精确；动作既要从容、自然、有节奏和有规律，又要避免单调，以免产生“餍足”的心理状态；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。1、利用人体的原则112、布置工作地点的原则应给以固定的工作地点，提供全部工具和材料；工具和材料应放在固定地点，以减少寻找所造成的人力和时间的消费；工具、物料和操纵装置应放在操作者的最大工作范围内，并尽可能靠近操作者，但应避免放在操作者的正前方，使操作者手的移动距离越小和移动次数越少越好；应利用重力进给、料箱和容器传送物料，并尽可能送到靠近使用的地方；工具和材料应按最佳动作顺序排列布置；应尽量利用下滑运动传送物料，以避免操作者用手处理；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、立交替。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。2、布置工作地点的原则123、设计工具和设备的原则应尽量使用钻模、夹具或脚操纵的装置，将手从所有的夹持工件的工作中解放出来，做其他更重要的工作；尽可能使两种或多种工具组合为一种；应用手指操作时，必须按各手指的自然能力分配负荷；工具中各种手柄的设计，应尽量增大与手的接触面，便于施加较大的力；机器设备上的各种杠杆、手轮和摇把等的位置，应保证操作者尽量不改变或极少改变身体位置（粗大费力的操作除外），并应最大限度地利用机械力。3、设计工具和设备的原则13主要的原则：双手动作应同时而对称。人体的工作应以尽量应用最低级而能得到满意的结果为妥。尽可能利用物体的动能，曲线运动较方向突变的直线运动为佳，弹道式运动较受控制的运动为佳，动作尽可能使之有轻松的节奏。工具、物料应置于固定场所即操作者前面近处，并依最佳的工作顺序排列。零件、物料应尽可能利用其重量坠送至操作者前面近处。主要的原则：14应有适当的照明，提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。工作台与座椅式样及高度应使操作者保持良好的姿势，坐立都感觉舒适。尽量解除手的工作，而以夹具或脚踏工具代替。尽可能使两种或多种工具组合为一种。用手指分别工作时，各指负荷应按其本能予以分配。手柄的设计，应尽量与手的接触面大；机器上的杠杆、手轮的位置，尽可能使操作者少变动其姿势。工具及物料尽可能事前定位。应有适当的照明，提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅15动作重构的原则1、取消取消所有可能取消的作业、步骤和动作（包括身体、足、手臂或眼的动作）。取消工作中的不规律性，使动作称为自发性，并将各种物品固定放置在操作者前面临近处。取消不方便或不正常的动作。取消必须使用肌力才能维持的姿势。取消必须使用肌力的工作，而以运输工具取代之。取消危险的工作。取消所有不必要的闲置时间。动作重构的原则162、合并把必须突然改变方向的各种小动作，结合成一个连续的曲线动作。合并各种工具，使它称为多用途的工具。合并可能的作业。合并可能同时进行的动作。3、重排使工作平均分配于两手，两手的同时动作最好呈对称性。作业组作业时，应把工作平均分配给各成员。将取消、合并之后的工序，重新排成清晰的直线顺序。2、合并3、重排174、简化使用最低级次的工作。减少每一动作的复杂性。使用最简单的动素组合来完成动作。缩短动作距离。使手柄、操纵杆、脚踏板的按钮都在手脚可及之处。4、简化186.3作业姿势的设计要点作业动作的类型动作分类有意识动作：受大脑皮层基本运动区指挥，目的性强；下意识动作：不受基本运动区指挥，只受本能和习惯指使；动作分析方法目视动作分析动素分析摄影动作分析6.3作业姿势的设计要点动作分类有意识动作：受大脑皮层基本运19动素分析将作业动作细分为各种微观的基本动作要素，即18个动素，然后加以记录、分析和改进。选择符合条件的作业人员，对其作业过程进行连续观测，记录左右手和身体其他部分的动作，对记录结果进行汇总和分析，最后提出改进意见。一般借助动素图进行记录，以动作经济原则为依据进行分析和改进。动素分析20分类序号名称代号说明第一类12345678伸手抓握移物装配使用拆卸放开检查REGTLAUDARLI接近或离开目的物的动作握取目的物的动作保持目的物从一处移到另一位置的动作使两个以上目的物相结合的动作借器具或设备改变目的物的动作将一物分解为两个以上目的物的动作放下目的物的动作将目的物与规定标准进行比较的动作第二类91011121314寻找选择计划对准预置发现SHSTPNPPPF为确定目的物的位置而进行的动作为选地目的物的动作为考虑作业方法而延迟的动作为便于使用目的物而校正位置的动作调整对象物使之与某一轴线或方向相适合寻找到目的物时的动作状态第三类15161718拿住休息不可避免的延迟可以避免的延迟HRUDAD保持目的物的状态不含有用动作而以休息为目的的动作不含有用动作而作业者本身所不能控制的延迟不含有用动作而作业者本身可以控制的延迟分类序号名称代号说明第一类1伸手RE接近或离开目的物的动作第21肌肉骨骼失调MSDs（MusculoskeletalDisorders）是一类常见的职业性疾病。工作中的不良体位和姿势、不正确工作方法、长期反复动作、不良的物理环境，造成慢性累积性疲劳和损伤。MSDs的定义——人体肌肉骨骼组织的疾病，包括肌肉、神经、腱、韧带、关节、软骨、血管以及椎间盘等的伤害和失调，这些伤害往往是长期累积而导致的，而并不是由滑倒、跌倒、坠落以及类似的一些事故所造成的。——美国职业安全与卫生管理局（OSHA）类似的一些研究说法CumulativeTraumaDisorders（CTDs）累积性损伤Work-relatedDisorders职业性损伤肌肉骨骼失调22表现为软组织、肌腱的损伤；关节肿痛、肌肉酸痛发病部位主要以腰背部、肩颈、手臂为主常见症状：下背痛、颈肩疾患、腰椎间盘突出、腕隧道症候群、腱鞘炎

MSDs的危害及研究意义严重影响工作，威胁劳动者健康，生产率下降在职业性疾病的发生中居第二位经济发达国家政府和卫生研究机构的普遍关注世界卫生组织(WHO)鼓励国内、国际间的研究工作研究和预防MSDs，提高生活质量和工作效率，具有重大的社会意义

表现为软组织、肌腱的损伤；关节肿痛、肌肉酸痛23肌肉骨骼失调的原因受力：必要条件挤压使软组织、肌肉或关节的运动无法保持在舒适的状态重复：更多的肌肉施力肌肉收缩得更快、更频繁，引起组织的紧张姿势：重要原因作业姿势决定关节的位置避免超负荷、操作关节不平衡、静态施力休息：疲劳会增加软组织损伤的可能性充分的休息可以使肌肉恢复自然状态肌肉骨骼失调的原因24MSDs的生理物理原理肌肉、骨骼及相关组织的结构和工作原理肌肉、肌肉纤维、骨骼三个部分共同作用人体活动人体肌肉施力分为静态施力和动态施力推—拉力量极限工人不受伤害情况下的最大力量支出静态力量和疲劳MSDs的生理物理原理25肌肉施力——扭力的三种不同姿势身体直力，双手扭转。扭转长的把手时，男子的扭力为381±127牛顿；女子的扭力为200±78牛顿；身体屈曲，双手扭转。男子的扭力为544±244牛顿；女子的扭力为267±138牛顿；弯腰操作。男子的扭力为943±335牛顿；女子的扭力为416±196牛顿肌肉施力——扭力的三种不同姿势26静态力量和疲劳当工作负荷为最大肌力的8－10％时，可以长时间工作，但以最大肌力工作时，只能持续很短的时间；施力大小和工作可以持续时间的关系为：

t是最长工作时间，F是相对肌力大小(％)，f是工人可以长时间工作时的临界肌力（％）。k，n是常数间断静态工作的最长工作时间t：

其中p指的是静态施力时间占总工作时间的比例。图施力大小与持续时间的关系静态力量和疲劳图施力大小与持续时间的关系27肌肉骨骼失调分类颈部失调上肢失调腰背失调下肢失调肌肉骨骼失调分类28颈部失调颈部的主要功能是支持和运动头部，起作用的是颈肩部软组织失调的症状：颈椎肌肉损伤、颈肩部疼痛、沉重及功能受限等工作中的姿势每天低头工作的区域，特别是办公室的文职人员劳动密集型企业的工人，如缝纫工、电子厂流水线作业员操作的重复性颈椎周期性地完成某一个动作，如左右扭转、抬头低头等肩膀或胳膊的重复运动施加给颈椎的力量颈部失调29上肢失调上肢系统及其姿势人体的上肢系统主要包括：肩、大臂、小臂、腕、手和骨、肌肉、腱、韧带、神经。失调的生物力学危险因素重复和持续的施力不舒服的姿势很大强度的施力图上肢骨的分布图

上肢失调图上肢骨的分布图30骨、肌肉、关节、肌腱和韧带构成了上肢的机体，它们互相配合完成特定的作业。

图骨骼、肌肉、关节、韧带、腱的关系图

骨、肌肉、关节、肌腱和韧带构成了上肢的机体，它们互相配合完成31手臂的操纵力（坐姿、立姿）手的握力拉力与推力扭力提力肘弯曲时的操纵力手臂的操纵力（坐姿、立姿）32常见的上肢失调部位肩部办公室人员、缝纫工、打字员、搬运重物的搬运工，肩部肌肉长期处于拉伸或收缩状态，容易受到损伤。手臂装配线上的工人，使用手工工具、计算机键盘或其它设备进行工作的人员，机器操作员，需要大量使用臂和手，因此这些部位特别容易受到软组织损伤。腕部握工具、生产操作、操作电脑时手腕都要用力，不正确的用力以及手腕长期处于伸直状态，都容易造成腕部损伤。常见的上肢失调部位33与手有关的MSDs

图手的结构图手背的组织

与手有关的MSDs图手的结构34桡向偏差(Radialdeviation)：手沿拇指方向腕部弯曲；尺骨偏差(Ulnardeviation)：手沿小指方向腕部弯曲。桡向偏差(Radialdeviation)：手沿拇指方向腕35与手有关的力量型工具与手有关的力量型工具36腕管综合症(CarpalTunnelSyndrome)也称作腕部通道症候群，是一种常见的手部神经损伤。主要表现:正中神经分布部位出现感觉异常（主要是拇指，食指，中指掌侧），如手部麻木、灼痛、腕关节肿胀、手部动作不灵活甚至无力等。常发生在电脑或者其他视屏岗位，这些岗位经常使用到键盘和鼠标，从而使手腕经常处于背屈状态，或者要频繁重复屈伸手腕。女性的发病几率比男性高3倍，女性手腕管通常比男性小，腕部正中神经容易受到压迫。腕管综合症(CarpalTunnelSyndrome)37阴影部分代表受腕管综合症影响的区域。包括刺痛、麻木和疼痛。图腕部通道的图示阴影部分代表受腕管综合症影响的区域。包括刺痛、麻木和疼痛。38案例：计算机操作时的上肢肌肉骨骼失调

腕部损伤在计算机操作中，腕部不但要经常保持背屈状态，还要不断地伸屈以敲击键盘和点击鼠标，因此强迫体位与频繁活动联合作用，使腕部的症状更为常见和严重，也就是前面所说的腕管综合症。

肘部损伤

由于键盘和鼠标都高于操作台，腕部常处于上翘状态，即背屈，手腕背屈时腕部伸肌持续紧张，可引起操作者的肘部疼痛，常称为肱骨外上髁炎，又称网球肘。图计算机操作者的工作状态

肩部损伤

敲击键盘和点击鼠标时，上臂通常处于前伸状态，斜方肌持续紧张，可导致肩部疼痛。这个症状常与颈部症状共存，因此称为肩颈综合症。案例：计算机操作时的上肢肌肉骨骼失调腕部损伤图计算机操作39腰背失调后背疼痛的五类风险因素（Hildebrant,1987）一般：重体力工作，一般工作姿势。静态工作负荷：静态工作姿势，坐，站立，弯曲，工作姿势没有变化。动态工作负荷：重体力手工处理，举起物料（物料很重或是频率很高，扭转），物料运送，推/拉物料，身体向前弯和旋转等。工作环境：振动、摇晃、滑动/落下。工作内容：单调、重复性工作、工作不满意。腰背失调40后背损伤预测模型工作严重性指数（JSI）——将工人能力和工作需求进行基于时间和频率的加权n任务组数mi任务组i中的任务数hoursi

任务组i持续的时间(小时/天)hourst

每日工作时间(小时/天)daysi

任务组i持续的时间(天/周)dayst

每日工作时间(天/周)WTj

任务j所需提举的最大负荷CAPj

工人在完成任务j时的能力Fj

任务j的提举频率Fi

任务组i总的提举频率=

当JSI大于1.5时，后背损伤迅速增加。通过增加工人能力，可以降低JSI到合适的水平（例如，选择较高能力的工人）或者改变工作参数.后背损伤预测模型41预测后背损伤的动态模型模型的回归因素包括：

提举频率（次/小时）平均扭转速度（度/秒）最大扭距（牛•米）最大弯曲程度（度）最大侧面速度（度/秒）预测后背损伤的动态模型42腰椎间盘突出人体做弯曲活动时，脊柱弯曲——椎骨间距发生变化——椎间盘受推挤和摩擦——向韧带作用推力——韧带被拉伸——腰部感到不舒适不正确的姿势、体重过重或粗重的工作，会导致椎间盘突出而压迫脊髓或脊神经根腰椎间盘突出的成因为慢性退化与经常的负重搬运、推拉扭转姿势不当、过度的全身振动密切相关与肌肉、肌腱及关节的问题（扭伤、闪到、外伤、脊椎退化性关节炎等）有一定的联系腰椎间盘突出43肌肉骨骼失调预防

人因工程干预工程控制工具设计监控管理方法OWAS姿势分析MSD环境风险因子检查表行政管理人因工程干预应为主要改善方式，而管理手段只能作为暂时性方法，在工程改善尚未完成或工程改善不可行时才以行政管理作为防护手段。管理并不能从根本上除掉危险因子。肌肉骨骼失调预防44工程控制物料、成品、半成品、零件等运送过程自动化，尽量避免直接使用人力直接搬运。作业台面、进料口、输送带等的高度应配合现场人员身材高度，必要时应当提供可调整脚踏垫与座椅。重复性高的作业中，所有操作物件、零件、工具均应置于双手伸取可及的作业空间内。充分利用夹具固定物件、零件，避免人员因为调整、对准、施力而必须在静态负荷下维持不良姿势。较重的手工工具应悬挂于固定位置，选用时应当注意重量、握柄大小与样式，按钮键的施力应适当。成品包装与物料零件盒应选用坚固质轻的包装，以减轻人员处理的重量，并应提供便于双手握提的设计。工程控制45工具设计1.保持手腕伸直图带弯柄的锤子

图两种钳子的比较

图扭动工具而不是手腕工具设计图带弯柄的锤子图两种钳子的比较463.减少手指的重复活动多个手指操作的控制器比只用拇指操作的控制器要好一些2.使组织压迫最小尽量分散力量，使对血管和神经（如手掌）的压力降到最低，增大手和工具的接触面积是分散压力的一种方法

图工具的两种设计图不同手指的操作

3.减少手指的重复活动2.使组织压迫最小图工474、把手设计参数直径：着力抓握30—40mm；精密抓握8—16mm;长度：100—125mm；形状：圆形、三角形、矩形、丁字形、斜丁字形等；弯角：10度左右；双把手工具：抓握空间；用手习惯和性别差异4、把手设计参数48监控管理方法OWAS编码原则

（1）一般身体特征（坐、站、蹲....）（2）身体部位（腰、手臂、下肢...）（3）负荷的重量经过排列组合后，即为OWAS方法的编码系统（Karhuetal.,1977）研究人员可在观测作业人员动作后，针对某一姿势给其一编码组合，每个编码组合代表一种姿势。最早的OWAS方法仅考虑背部、手臂及腿部等三个部位，身体姿势仅仅能进行三码编码，后来部分专家建议将颈部及负重列入，编码因此扩充为五码。监控管理方法49OWAS姿势编码图表

OWAS姿势编码图表50动作分析等级

（ActionCategoriesAC）OWAS方法将各种身体姿势编码加以统计，判断作业人员工作姿势的行动等级（ActionCategoriesAC）行动等级分为四个等级：AC1、AC2、AC3、AC4

动作分析等级（ActionCategoriesAC）51避免弯腰提起重物脊柱承受的重量负荷由上至下逐渐增加，第5块腰椎处负荷最大。人体本身就有负荷加在腰椎上，在作业时，尤其在提起重物时，加在腰椎上的负荷与人体本身负荷共同作用，使腰椎承受了极大的负担，因此人们的腰椎病发病率极高。见图7-11中，b弯腰改变了腰脊柱的自然曲线形态，不仅加大了椎间盘的负荷，而且改变了压力分布，使椎间盘受压不均，前缘压力大，向后缘方向压力逐渐减小。椎间盘内的粘液被挤压到压力小的一端，液体可能渗漏到脊神经束上去。避免弯腰提起重物52MSD环境风险因子检查表MSD环境风险因子检查表53行政管理行政管理主要目的是减少人员暴露于肌肉骨骼伤害危险的机会。例如，建立符合人因工程的标准作业规定和程序，制定工作休息时间表，工作轮调，多能工训练，作业方法等教育训练等。缩短耗能与易疲劳作业的每班作业时间工作轮调，分散降低暴露于危险因子的机会增加合理的工作间休息次数与时间工作内容丰富化，避免极度单调重复的操作引起的疲劳危险机会增大人员主导工作步调的弹性教育训练，使员工树立预防意识，掌握正确的操作技巧行政管理54案例：工效学原理应用于手工搬运物流（MMH）工作的后背失调预防案例：556.4作业姿势设计辅助手段设计用人体模板GB/T14779-93规定了95%、50%、5%三种身高等级的成年人坐姿模板的功能设计基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用条件。见图7-12，7-14.设计用人体仿真软件英国诺丁汉大学SAMMIECREWCHIEFDELIMI美国NASAJACK波音公司Boeman6.4作业姿势设计辅助手段56返回7-12坐姿人体模板测试图返回7-12坐姿人体模板测试图57返回用于汽车驾驶舒适姿势设计用于工作系统设计返回用于汽车驾驶舒适姿势设计用于工作系统设计58图7-11弯腰与直腰提起重物示意图（a）直腰弯膝；（b）弯腰直膝返回图7-11弯腰与直腰提起重物示意图返回59图7-1立位工作姿势的条件返回图7-1立位工作姿势的条件返回60返回图7-2肢体活动范围返回图7-2肢体活动范围61返回图7-3人体各部位活动范围示意图返回图7-3人体各部位活动范围示意图62图7-4人体在不同姿势下的施力状态返回图7-4人体在不同姿势下的施力状态返回63图7-5不同姿势的相对氧耗量仰卧100，坐姿103～105，立姿108～110，跪姿130～140，弯腰150～160返回图7-5不同姿势的相对氧耗量返回64图7-6各种作业姿态相对应的能耗（kcal/min）返回图7-6各种作业姿态相对应的能耗（kcal/min）返回65图7-7姿势与肢体活动程度返回图7-7姿势与肢体活动程度返回66人机工程学航空学院栾义春2011年10月28日人机工程学航空学院栾义春2011年10月67篇章总汇总论第1章人机工程学概论应用篇第5章人机系统第6章工作研究（肌肉骨骼失调及预防）第7章作业空间设计第8章人与环境的界面设计基础篇第2章人体生理特征第3章人体测量与数据应用第4章人的心理认知特征扩展篇第9章人因安全第10章可用性第11章脑力负荷篇章总汇总论基础篇686.1作业姿势与人体机能6.2作业姿势的设计原则6.3作业姿势的设计要点6.4作业姿势设计辅助手段6.1作业姿势与人体机能696.1作业姿势与人体机能作业姿势与人体机能的关系（1）与视觉的关系最容易看见东西的眼睛高度和离眼睛的距离。（2）与循环的关系在远离心脏部位的身体上部或下部的地方，由于重力的缘故，血液流动变得恶化。因而必须尽可能避免手的操作点过高的姿势或妨碍血液循环的姿势。（3）与手、上下肢、上半身等运动关系考虑作业点的位置即作业姿势时，运动肢体的中心点高度和运动部分的可动范围是很重要的。（4）与身体重心的关系，见图7-1。6.1作业姿势与人体机能作业姿势与人体机能的关系70人的肢体活动范围在设计中，为了保证系统的高效率，一般要求各种操纵器都处在人体躯干不活动时手足所能及的范围之内；见图7-2。为了保证操作者的舒适和不易疲劳，必须保证人的操作活动处于人体各部位活动舒适姿势的调节范围内。见表7-1（与表3-5相同），图7-3。人的肢体活动范围71人体不同姿势的施力肌力；作业姿势，见图7-4，表7-2，7-3。人体不同姿势的能耗不同姿势的相对氧耗量，见图7-5。不同作业姿势的绝对能耗，从1.6-16.2kcal/min见图7-6。人体肌肉活动度增加，人体能耗相应增大，见图7-7。人体不同姿势的施力人体不同姿势的能耗726.2作业姿势的设计原则作业姿势的选择1.确定作业姿势的因素工作空间的大小与照明条件；体力负荷的大小及用力方向；工作场所各物体（仪器、工具、加工物件等）的安放位置；工作台面的高度，有无合适的容膝空间；操作时起、坐的频率；应尽量避免一些不良体位，如静止不动；长期或反复弯腰，弯度超过15°；弯腰并伴有躯干扭曲或半坐位；经常或反复让一侧下肢承担体重；长期的两手前伸。6.2作业姿势的设计原则作业姿势的选择732.立姿作业与坐姿作业的分析立姿操作须经常改变体位的操作，因为站着比频繁的起坐动作消耗能量少；常用的控制器分布在较大的区域，需要手足有较大幅度活动者；在没有容膝空间的机器旁工作；需要用力较大的作业，在站立时易于用力；单调的作业易引起心理性疲劳，立位时可以适当走动，有助于维持工作能力。立姿作业注意点：脚下有垫子；经常改变体位；避免不自然的体位；立姿缺点：不易进行精确而细致的工作；不易转换操纵；维持体重，更容易疲劳；全身负担重，易引起下肢静脉曲张。2.立姿作业与坐姿作业的分析须经常改变体位的操作，因为站74坐姿操作持续时间较长；精确而细致；手足并用。坐姿缺点：不易改变体位；施力受到限制；工作范围有局限性；易引起脊柱弯曲等职业损伤。坐姿操作75动作经济与效率法则动作经济原则又称动作经济与效率法则，是一种为保证动作经济而又有效的经验性法则。吉尔布雷斯提出，巴恩斯改进，三大类，22条。以人的生理、心理特点为基础，以减轻人在操作过程中的疲劳为目的而建立的。动作经济与效率法则761、利用人体的原则双手应同时开始，并同时完成动作；除休息时间外，双手不应同时闲着；双臂的动作应对称，方向应相反，并同时进行；双手和身体的动作应利用最低等级，以减少不必要的体力消耗；应当利用力矩协助操作，当一旦必须用力克服力矩时，则应将其降至最低限度；在动作过程中，使用流畅而连续的曲线运动，这比用方向突然发生急剧变化的直线运动为佳；抛物线运动比受约束或受控制的运动更快、更容易、更精确；动作既要从容、自然、有节奏和有规律，又要避免单调，以免产生“餍足”的心理状态；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。1、利用人体的原则772、布置工作地点的原则应给以固定的工作地点，提供全部工具和材料；工具和材料应放在固定地点，以减少寻找所造成的人力和时间的消费；工具、物料和操纵装置应放在操作者的最大工作范围内，并尽可能靠近操作者，但应避免放在操作者的正前方，使操作者手的移动距离越小和移动次数越少越好；应利用重力进给、料箱和容器传送物料，并尽可能送到靠近使用的地方；工具和材料应按最佳动作顺序排列布置；应尽量利用下滑运动传送物料，以避免操作者用手处理；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、立交替。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。2、布置工作地点的原则783、设计工具和设备的原则应尽量使用钻模、夹具或脚操纵的装置，将手从所有的夹持工件的工作中解放出来，做其他更重要的工作；尽可能使两种或多种工具组合为一种；应用手指操作时，必须按各手指的自然能力分配负荷；工具中各种手柄的设计，应尽量增大与手的接触面，便于施加较大的力；机器设备上的各种杠杆、手轮和摇把等的位置，应保证操作者尽量不改变或极少改变身体位置（粗大费力的操作除外），并应最大限度地利用机械力。3、设计工具和设备的原则79主要的原则：双手动作应同时而对称。人体的工作应以尽量应用最低级而能得到满意的结果为妥。尽可能利用物体的动能，曲线运动较方向突变的直线运动为佳，弹道式运动较受控制的运动为佳，动作尽可能使之有轻松的节奏。工具、物料应置于固定场所即操作者前面近处，并依最佳的工作顺序排列。零件、物料应尽可能利用其重量坠送至操作者前面近处。主要的原则：80应有适当的照明，提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。工作台与座椅式样及高度应使操作者保持良好的姿势，坐立都感觉舒适。尽量解除手的工作，而以夹具或脚踏工具代替。尽可能使两种或多种工具组合为一种。用手指分别工作时，各指负荷应按其本能予以分配。手柄的设计，应尽量与手的接触面大；机器上的杠杆、手轮的位置，尽可能使操作者少变动其姿势。工具及物料尽可能事前定位。应有适当的照明，提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅81动作重构的原则1、取消取消所有可能取消的作业、步骤和动作（包括身体、足、手臂或眼的动作）。取消工作中的不规律性，使动作称为自发性，并将各种物品固定放置在操作者前面临近处。取消不方便或不正常的动作。取消必须使用肌力才能维持的姿势。取消必须使用肌力的工作，而以运输工具取代之。取消危险的工作。取消所有不必要的闲置时间。动作重构的原则822、合并把必须突然改变方向的各种小动作，结合成一个连续的曲线动作。合并各种工具，使它称为多用途的工具。合并可能的作业。合并可能同时进行的动作。3、重排使工作平均分配于两手，两手的同时动作最好呈对称性。作业组作业时，应把工作平均分配给各成员。将取消、合并之后的工序，重新排成清晰的直线顺序。2、合并3、重排834、简化使用最低级次的工作。减少每一动作的复杂性。使用最简单的动素组合来完成动作。缩短动作距离。使手柄、操纵杆、脚踏板的按钮都在手脚可及之处。4、简化846.3作业姿势的设计要点作业动作的类型动作分类有意识动作：受大脑皮层基本运动区指挥，目的性强；下意识动作：不受基本运动区指挥，只受本能和习惯指使；动作分析方法目视动作分析动素分析摄影动作分析6.3作业姿势的设计要点动作分类有意识动作：受大脑皮层基本运85动素分析将作业动作细分为各种微观的基本动作要素，即18个动素，然后加以记录、分析和改进。选择符合条件的作业人员，对其作业过程进行连续观测，记录左右手和身体其他部分的动作，对记录结果进行汇总和分析，最后提出改进意见。一般借助动素图进行记录，以动作经济原则为依据进行分析和改进。动素分析86分类序号名称代号说明第一类12345678伸手抓握移物装配使用拆卸放开检查REGTLAUDARLI接近或离开目的物的动作握取目的物的动作保持目的物从一处移到另一位置的动作使两个以上目的物相结合的动作借器具或设备改变目的物的动作将一物分解为两个以上目的物的动作放下目的物的动作将目的物与规定标准进行比较的动作第二类91011121314寻找选择计划对准预置发现SHSTPNPPPF为确定目的物的位置而进行的动作为选地目的物的动作为考虑作业方法而延迟的动作为便于使用目的物而校正位置的动作调整对象物使之与某一轴线或方向相适合寻找到目的物时的动作状态第三类15161718拿住休息不可避免的延迟可以避免的延迟HRUDAD保持目的物的状态不含有用动作而以休息为目的的动作不含有用动作而作业者本身所不能控制的延迟不含有用动作而作业者本身可以控制的延迟分类序号名称代号说明第一类1伸手RE接近或离开目的物的动作第87肌肉骨骼失调MSDs（MusculoskeletalDisorders）是一类常见的职业性疾病。工作中的不良体位和姿势、不正确工作方法、长期反复动作、不良的物理环境，造成慢性累积性疲劳和损伤。MSDs的定义——人体肌肉骨骼组织的疾病，包括肌肉、神经、腱、韧带、关节、软骨、血管以及椎间盘等的伤害和失调，这些伤害往往是长期累积而导致的，而并不是由滑倒、跌倒、坠落以及类似的一些事故所造成的。——美国职业安全与卫生管理局（OSHA）类似的一些研究说法CumulativeTraumaDisorders（CTDs）累积性损伤Work-relatedDisorders职业性损伤肌肉骨骼失调88表现为软组织、肌腱的损伤；关节肿痛、肌肉酸痛发病部位主要以腰背部、肩颈、手臂为主常见症状：下背痛、颈肩疾患、腰椎间盘突出、腕隧道症候群、腱鞘炎

MSDs的危害及研究意义严重影响工作，威胁劳动者健康，生产率下降在职业性疾病的发生中居第二位经济发达国家政府和卫生研究机构的普遍关注世界卫生组织(WHO)鼓励国内、国际间的研究工作研究和预防MSDs，提高生活质量和工作效率，具有重大的社会意义

表现为软组织、肌腱的损伤；关节肿痛、肌肉酸痛89肌肉骨骼失调的原因受力：必要条件挤压使软组织、肌肉或关节的运动无法保持在舒适的状态重复：更多的肌肉施力肌肉收缩得更快、更频繁，引起组织的紧张姿势：重要原因作业姿势决定关节的位置避免超负荷、操作关节不平衡、静态施力休息：疲劳会增加软组织损伤的可能性充分的休息可以使肌肉恢复自然状态肌肉骨骼失调的原因90MSDs的生理物理原理肌肉、骨骼及相关组织的结构和工作原理肌肉、肌肉纤维、骨骼三个部分共同作用人体活动人体肌肉施力分为静态施力和动态施力推—拉力量极限工人不受伤害情况下的最大力量支出静态力量和疲劳MSDs的生理物理原理91肌肉施力——扭力的三种不同姿势身体直力，双手扭转。扭转长的把手时，男子的扭力为381±127牛顿；女子的扭力为200±78牛顿；身体屈曲，双手扭转。男子的扭力为544±244牛顿；女子的扭力为267±138牛顿；弯腰操作。男子的扭力为943±335牛顿；女子的扭力为416±196牛顿肌肉施力——扭力的三种不同姿势92静态力量和疲劳当工作负荷为最大肌力的8－10％时，可以长时间工作，但以最大肌力工作时，只能持续很短的时间；施力大小和工作可以持续时间的关系为：

t是最长工作时间，F是相对肌力大小(％)，f是工人可以长时间工作时的临界肌力（％）。k，n是常数间断静态工作的最长工作时间t：

其中p指的是静态施力时间占总工作时间的比例。图施力大小与持续时间的关系静态力量和疲劳图施力大小与持续时间的关系93肌肉骨骼失调分类颈部失调上肢失调腰背失调下肢失调肌肉骨骼失调分类94颈部失调颈部的主要功能是支持和运动头部，起作用的是颈肩部软组织失调的症状：颈椎肌肉损伤、颈肩部疼痛、沉重及功能受限等工作中的姿势每天低头工作的区域，特别是办公室的文职人员劳动密集型企业的工人，如缝纫工、电子厂流水线作业员操作的重复性颈椎周期性地完成某一个动作，如左右扭转、抬头低头等肩膀或胳膊的重复运动施加给颈椎的力量颈部失调95上肢失调上肢系统及其姿势人体的上肢系统主要包括：肩、大臂、小臂、腕、手和骨、肌肉、腱、韧带、神经。失调的生物力学危险因素重复和持续的施力不舒服的姿势很大强度的施力图上肢骨的分布图

上肢失调图上肢骨的分布图96骨、肌肉、关节、肌腱和韧带构成了上肢的机体，它们互相配合完成特定的作业。

图骨骼、肌肉、关节、韧带、腱的关系图

骨、肌肉、关节、肌腱和韧带构成了上肢的机体，它们互相配合完成97手臂的操纵力（坐姿、立姿）手的握力拉力与推力扭力提力肘弯曲时的操纵力手臂的操纵力（坐姿、立姿）98常见的上肢失调部位肩部办公室人员、缝纫工、打字员、搬运重物的搬运工，肩部肌肉长期处于拉伸或收缩状态，容易受到损伤。手臂装配线上的工人，使用手工工具、计算机键盘或其它设备进行工作的人员，机器操作员，需要大量使用臂和手，因此这些部位特别容易受到软组织损伤。腕部握工具、生产操作、操作电脑时手腕都要用力，不正确的用力以及手腕长期处于伸直状态，都容易造成腕部损伤。常见的上肢失调部位99与手有关的MSDs

图手的结构图手背的组织

与手有关的MSDs图手的结构100桡向偏差(Radialdeviation)：手沿拇指方向腕部弯曲；尺骨偏差(Ulnardeviation)：手沿小指方向腕部弯曲。桡向偏差(Radialdeviation)：手沿拇指方向腕101与手有关的力量型工具与手有关的力量型工具102腕管综合症(CarpalTunnelSyndrome)也称作腕部通道症候群，是一种常见的手部神经损伤。主要表现:正中神经分布部位出现感觉异常（主要是拇指，食指，中指掌侧），如手部麻木、灼痛、腕关节肿胀、手部动作不灵活甚至无力等。常发生在电脑或者其他视屏岗位，这些岗位经常使用到键盘和鼠标，从而使手腕经常处于背屈状态，或者要频繁重复屈伸手腕。女性的发病几率比男性高3倍，女性手腕管通常比男性小，腕部正中神经容易受到压迫。腕管综合症(CarpalTunnelSyndrome)103阴影部分代表受腕管综合症影响的区域。包括刺痛、麻木和疼痛。图腕部通道的图示阴影部分代表受腕管综合症影响的区域。包括刺痛、麻木和疼痛。104案例：计算机操作时的上肢肌肉骨骼失调

腕部损伤在计算机操作中，腕部不但要经常保持背屈状态，还要不断地伸屈以敲击键盘和点击鼠标，因此强迫体位与频繁活动联合作用，使腕部的症状更为常见和严重，也就是前面所说的腕管综合症。

肘部损伤

由于键盘和鼠标都高于操作台，腕部常处于上翘状态，即背屈，手腕背屈时腕部伸肌持续紧张，可引起操作者的肘部疼痛，常称为肱骨外上髁炎，又称网球肘。图计算机操作者的工作状态

肩部损伤

敲击键盘和点击鼠标时，上臂通常处于前伸状态，斜方肌持续紧张，可导致肩部疼痛。这个症状常与颈部症状共存，因此称为肩颈综合症。案例：计算机操作时的上肢肌肉骨骼失调腕部损伤图计算机操作105腰背失调后背疼痛的五类风险因素（Hildebrant,1987）一般：重体力工作，一般工作姿势。静态工作负荷：静态工作姿势，坐，站立，弯曲，工作姿势没有变化。动态工作负荷：重体力手工处理，举起物料（物料很重或是频率很高，扭转），物料运送，推/拉物料，身体向前弯和旋转等。工作环境：振动、摇晃、滑动/落下。工作内容：单调、重复性工作、工作不满意。腰背失调106后背损伤预测模型工作严重性指数（JSI）——将工人能力和工作需求进行基于时间和频率的加权n任务组数mi任务组i中的任务数hoursi

任务组i持续的时间(小时/天)hourst

每日工作时间(小时/天)daysi

任务组i持续的时间(天/周)dayst

每日工作时间(天/周)WTj

任务j所需提举的最大负荷CAPj

工人在完成任务j时的能力Fj

任务j的提举频率Fi

任务组i总的提举频率=

当JSI大于1.5时，后背损伤迅速增加。通过增加工人能力，可以降低JSI到合适的水平（例如，选择较高能力的工人）或者改变工作参数.后背损伤预测模型107预测后背损伤的动态模型模型的回归因素包括：

提举频率（次/小时）平均扭转速度（度/秒）最大扭距（牛•米）最大弯曲程度（度）最大侧面速度（度/秒）预测后背损伤的动态模型108腰椎间盘突出人体做弯曲活动时，脊柱弯曲——椎骨间距发生变化——椎间盘受推挤和摩擦——向韧带作用推力——韧带被拉伸——腰部感到不舒适不正确的姿势、体重过重或粗重的工作，会导致椎间盘突出而压迫脊髓或脊神经根腰椎间盘突出的成因为慢性退化与经常的负重搬运、推拉扭转姿势不当、过度的全身振动密切相关与肌肉、肌腱及关节的问题（扭伤、闪到、外伤、脊椎退化性关节炎等）有一定的联系腰椎间盘突出109肌肉骨骼失调预防

人因工程干预工程控制工具设计监控管理方法OWAS姿势分析MSD环境风险因子检查表行政管理人因工程干预应为主要改善方式，而管理手段只能作为暂时性方法，在工程改善尚未完成或工程改善不可行时才以行政管理作为防护手段。管理并不能从根本上除掉危险因子。肌肉骨骼失调预防110工程控制物料、成品、半成品、零件等运送过程自动化，尽量避免直接使用人力直接搬运。作业台面、进料口、输送带等的高度应配合现场人员身材高度，必要时应当提供可调整脚踏垫与座椅。重复性高的作业中，所有操作物件、零件、工具均应置于双手伸取可及的作业空间内。充分利用夹具固定物件、零件，避免人员因为调整、对准、施力而必须在静态负荷下维持不良姿势。较重的手工工具应悬挂于固定位置，选用时应当注意重量、握柄大小与样式，按钮键的施力应适当。成品包装与物料零件盒应选用坚固质轻的包装，以减轻人员处理的重量，并应提供便于双手握提的设计。工程控制111工具设计1.保持手腕伸直图带弯柄的锤子

图两种钳子的比较

图扭动工具而不是手腕工具设计图带弯柄的锤子图两种钳子的比较1123