安全人机工程第三章

第三章

安全人机系统中人的作业特性主要内容第一节作业过程中人体的能量代谢第二节劳动强度及其分级第三节作业疲劳及其预防2一、能量代谢在物质代谢过程的同时发生着能量释放、转移、贮存和利用的过程，称为能量代谢。能量代谢过程是根据物质不灭和能量守恒法则进行的。物质代谢产生的能量有各种不同的形式，它们之间可以互相转移。第一节作业过程中人体的能量代谢31、劳动时的能量来源糖是主要的来源。脂肪起着储存和供应能量的作用。能量供给途径：ATP——CP系列需氧系列乳酸系列一、能量代谢4

人体摄入的物质（糖、脂肪、蛋白质）在体内氧化分解，同时释放能量。能量中约有一半是热能，用以维持体温并不断地向体外散发；另一部分以化学能的形式贮存于三磷酸腺苷（ATP）内，ATP分解时放出能量，供应合成代谢和各种生理活动所需的能量。机体活动的大部分能量来源于三磷酸腺苷。

ATP生成后，除直接为各种生理活动提供能量外，还可以把它的高能磷酸键转移给肌酸，生成磷酸肌酸（CP)。CP是机体内的贮存库，多含于肌细胞内，其贮存量是ATP的5倍。每当细胞内ATP消耗时，即由CP生成新的ATP加以补充，使ATP在细胞内的量保持恒定。5一、能量代谢ATP－CP系列肌肉所需的能量是由肌细胞里的三磷酸腺苷（ATP）迅速分解而直接提供的。但是肌肉中ATP的贮存量很少，由磷酸肌酸（CP）分解及时补充，故名ATP——CP系列。表示如下：6一、能量代谢氧需系列

前已述及，肌肉中CP甚少，只能供肌肉活动几秒至1分钟，因此需从糖类和脂肪的氧化分解来提供ATP，即需要氧的参与才能进行，所以叫需氧系列。这发生在中等强度以上的劳动过程。乳酸系列在大强度劳动时，ATP的分解非常迅速，需氧系列受到供氧供氧能力的限制，不能满足肌肉活动的需要。这时，要依靠无氧糖酵产生乳酸来提供能量。虽然1克分子葡萄糖在乳酸系列中只产生2个分子ATP，但其速度比需氧系列快32倍，所以可迅速提供较多的ATP。这个系列活动不能持久。7一、能量代谢2、能量代谢量——分为基础代谢、安静代谢和劳动代谢。基础代谢：维持生命所必需消耗的基础情况下的能量代谢量。（每平方米体表面积、每小时产热量来计算。）见书上表安静代谢：人仅为保持身体平衡及安静姿势所消耗的能量。一般在工作前或后进行测定。安静代谢率一般取为基础代谢率的1.2倍。劳动代谢：人在工作或运动时的能量代谢量。作业时的能量消耗量是全身各器官系统活动能耗量的总和。一般而言，体力劳动的能耗量可高出基础代谢的10-25倍，它与体力劳动强度直接相关。8RMR=劳动时总能耗量-安静时能耗量基础代谢量3.1.1能量代谢3、能量代谢率为了消除个人之间的差别，采用劳动代谢量和基础代谢量之比来表示某种体力劳动的强度，这一指标称为能量代谢率（RMR）9表3-2实测的RMR值10能量代谢的测定能量代谢和气体代谢之间存在特定的量的联系。测气体代谢量就可算出能量代谢量。测定方法可分为直接测热法和间接测热法。直接测热法笨重不便，已为间接测热法所代替。间接法是通过对氧耗量和CO2产生量的测定，计算出产生的热量。间接测定法又分为开放式测定和闭合式测定两种方法。这里仅介绍开放式测定法。11能量代谢的测定开放式测定法仪器设备：储气袋、气量计和气体分析器。方法：受试者通过面罩吸入空气，呼气时将呼出的气体收集在贮气袋里，并用气体流量计测量呼出的气量。然后从气袋中采取呼出的气样，测定其中的氧和二氧化碳的浓度（体积百分比）。根据吸入气体和呼出气中氧和CO2含量之差及呼气总量，就可以计算出单位时间内的氧耗量和二氧化碳排出量。12能量代谢的测定最新测定方法我国新开发的肺通气量仪附有新型流量计，可以累计测定时气量，完全不用道格拉斯袋采取气样。德制造的EDS型心肺能量代谢仪和ER-40型电脑功率车是实验室测定的最新设备。13

二、作业时的氧消耗1、需氧与氧债作业时人体所需要的氧量取决于劳动强度。氧需：劳动一分钟所需要的氧量。成年人安静时的需氧量为0.2～0.3L/min。劳动时随着劳动强度的增加，需氧量也随之增多（最大需氧量可达安静休息时的30倍），供氧能否满足人体活动的需要取决于人体的循环系统和呼吸系统。人体在每分钟内能供应的最大氧量称为最大摄氧量（也称氧上限），成年人的最大摄氧量一般不超过3L，经常锻炼的人可达4L以上。14氧上限：血液在一分钟内能供给的最大氧量氧债：氧需和实际供氧量之间的差额。一般情况下，摄氧量与耗氧量大致相等。在劳动过程中，随着劳动强度的增强，存在摄氧量满足不了需氧量增加的情况，需氧量大于摄氧量时，肌肉在缺氧的状态下从事活动，形成氧缺乏，这种供氧与需氧之间的差，称为氧债。2．氧债及其偿还氧债及其偿还与劳动强度之间存在密切的关系。（1）摄氧量与需氧量可以达到平衡如图3-1(a)（2）摄氧量小于需氧量如图3-2（b）151617第二节劳动强度及其分级一、劳动强度二、劳动强度的分级18第二节劳动强度及其分级一、劳动强度

劳动强度反映了劳动的繁重、紧张或密集程度，是劳动者体力消耗、生理和心理紧张程度的综合反映。劳动强度也反映了作业过程中劳动者在单位时间内作功与机体代谢能力之比。劳动强度的大小可以用耗氧量、能耗量、能量代谢率等参数加以衡量。

劳动强度：作业中人在单位时间内做功和机体代谢能力之比19一、劳动强度静力作业对于脑力劳动、计算机操作人员、仪器监控者等所从事的作业都可归纳为静力作业，或叫静态作业（Staticwork）。这种作业主要是依靠肌肉的等长收缩来维持一定的体位，即身体和四肢关节保持不动时所进行的作业。体力劳动中也包含静力作业，如坐位或立位观察仪表、支持重物、把握工具、压紧加工物件等。动力作业动力作业是靠肌肉的等张收缩来完成作业动作的，即经常说的体力劳动。201.

体力劳动强度分级

在《工业企业设计卫生标准GBZ1-2002》(HygienicstandardsfortheDesignofIndustrialEnterprises)之附录B(规范性附录)中规定了我国的体力劳动强度分级方法。

1.

体力劳动强度分级

体力劳动强度分级采用体力劳动强度指数（Ⅰ）为分级指标，将体力劳动强度分为四级。21日本劳动研究所分级标准分为五级：极轻劳动、轻劳动、中等劳动、重劳动、极重劳动22第二节劳动强度及其分级2.劳动强度指数Ⅰ的计算

劳动强度指数I计算公式：

Ⅰ=M·10

（式3-2）式中：Ⅰ——体力劳动强度指数

M——8小时工作日平均能量代谢率(kcal/min·m2)，用下式计算：

（式3-3）

式中：Ayi—同类活动能量代谢率，kcal/(min.m2）；

Ati—同类活动时间，min)；

Ta—工作日总时间（min)。23

按表3-4的分级标准，8小时工作日内平均散热量(能量消耗)为:

Ⅰ级:110kcal/h·per

Ⅱ级:170kcal/h·per

Ⅲ级:220kcal/h·per

Ⅳ级:300kcal/h·per

注:1kcal=4.18KJ24第二节劳动强度及其分级3.能量代谢率测定方法

(1)工时记录表

每天选择受测工种工人1～2名自上班至下班跟随记录其从事各项活动和休息的起止时间，连续(或间断)测定3天，取3天的平均值。如遇生产不正常或发生事故时，不作为正式记录。工时记录表的格式见表3-5。表3-5劳动工时记录

25（2）平均能量代谢率(M值)

根据表3-5将各种操作归类(近似的活动归为一类)，休息为一类。再计算出各项活动与休息在一个工作日内累计占用时间。然后分别测定各项活动和休息时的能量代谢率，再乘以相应的工作日累计占用时间，最后计算工作日总能量消耗值。263.能量代谢率测定方法27（3）某工种劳动强度指数Ⅰ计算举例

平均能量代谢率(M)可由表3-6的测定结果利用式3-3计算获得，即

平均能量代谢率

(M)(Kcal/min·m2)924/480=1.925

代入式3-2:Ⅰ=M·10

Ⅰ=1.925×10=19.25(Ⅱ级)

按表3-2分级，该工种劳动强度为Ⅱ级。

28（4）各项劳动项目的能量代谢率

采用计算法，即用肺通气量计，在操作者从事该项操作5分钟后，给受试者戴上肺通气量计的采气口罩(务要严紧，保证不漏气)，启动开关采集操作时呼出气，一般可采气2～5分钟，关闭采气开关记录肺通气量，再根据计算公式计算能代谢率。每项操作要采测5～10个样品(5个样品最好在不同人身上完成，如受条件所限也可在同一人身上重复多次)取平均值(按表3-7所示记录表要求操作)。

29（4）各劳动项目的能量代谢率(M)的测定

表3-7能量代谢测定记录表

30根据例表3-7计算出的Ye值，按表3-8归纳，计算各单项操作(包括休息)平均能量代谢率(kcal/min·m2)，再将其纳入表3-6中参加进一步计算。

表3-8单项操作平均能量代谢率统计率

31第三节作业疲劳及其预防一、疲劳及其产生机理二、疲劳的主要特征三、疲劳的分类四、引起疲劳的原因五、预防疲劳的措施32第三节作业疲劳及其预防一、疲劳及其产生机理疲劳是指在长时间连续或过度活动后引起的机体不适和工作绩效下降的现象。无论是从事体力劳动，还是脑力劳动，都会产生疲劳。长时间或高强度的体力活动，使得体内储存的能量和潜能耗尽，导致身体内部生物化学环境失调，使得确保活动的各个系统工作失调，从而产生了疲劳。长时间的脑力活动，致使大脑中枢神经系统从兴奋转为抑制状态，导致思维活动迟缓，注意力不集中，动作反应迟钝，从而出现疲劳状态。333.3.1作业疲劳二、疲劳的主要特征个别器官疲劳：计算机操作人员的肩肘痛、眼疲劳全身性疲劳:关节酸痛、困乏思睡、操作迟钝、错误增多智力疲劳:头昏脑胀、全身乏力、肌肉松弛、嗜睡或失眠技术性疲劳:体力和脑力并用的劳动，头昏脑胀、腰腿疼痛心理性疲劳:单调的作业内容引起的，如监视仪表的工人34第三节作业疲劳及其预防疲劳是人们在日常生产及生活中常常体验到的一种生理和心理现象，其主要特征可以表现在以下几个方面：1．休息的欲望2．心理功能下降疲劳时人的各项心理功能下降，例如反应速度、注意力集中程度、判断力程度都有相应的减弱，同时还会出现思维放缓、健忘、迟钝等。3．生理功能下降4．作业姿势异常在作业姿势中，立姿最容易疲劳，其次是坐姿，卧姿最不容易疲劳。作业疲劳的姿势特征主要有：（1）头部前倾；（2）上身前屈；（3）脊柱弯曲；（4）低头行走；（5）拖着脚步行走；（6）双肩下垂；（7）姿势变换次数增加，无法保持一定姿势；（8）站立困难；（9）靠在椅背上坐着；（10）双手托腮；（11）仰面而坐；（12）关节部位僵直或松弛。355．工作质量下降疲劳会导致工作质量和速度下降，差错率增加，进而可能导致事故的发生，甚至造成人身伤亡与财产的损失。总之，疲劳会导致工作能力下降。许多事故就是在疲劳的情况下发生的。363.3.1作业疲劳三、疲劳的分类按疲劳的原因：生理性疲劳：新陈代谢平衡遭到破坏所致心理性疲劳：受大脑边缘之感情形成中枢的影响所产生按疲劳产生的部位：精神疲劳、肌肉疲劳、神经疲劳按疲劳的程度：一般疲劳：产生在机体的任何体力和心理劳累之后过度疲劳：连续和过长的工作中形成的重度疲劳：接近于病态，有造成创伤的危险性按时间长短分：急性疲劳、亚急性疲劳、慢性疲劳按作业方式分：动态作业疲劳、静态作业疲劳37第三节作业疲劳及其预防根据疲劳发生的功能特点，可以将疲劳分为生理性疲劳和心理性疲劳。1．生理性疲劳生理性疲劳是指人由于长期持续活动使人体生理功能失调而引起的疲劳。生理性疲劳又可以分为肌肉疲劳、中枢神经系统疲劳、感官疲劳等几种不同的类型。

(1)肌肉疲劳:是指由于人体肌肉组织持久重复地收缩，能量减弱，从而使工作能力下降的现象。（2)中枢神经系统疲劳:也被称为脑力疲劳，是指人在活动中由于用脑过度，使大脑神经活动处于抑制状态的一种现象，是一种不愿意再作任何活动和懒惰的感觉，中枢神经系统疲劳意味着肌体迫切需要休息。（3）感官疲劳:是指人的感觉器官由于长时间活动而导致机能暂时下降的现象。382．心理性疲劳心理性疲劳是指在活动过程中过度使用心理能力而使其他功能降低的现象，或者长期单调地进行重复简单作业而产生的厌倦心理。39疲劳的规律青年作业人员作业中产生的疲劳比老年人小得多，且易恢复疲劳可以恢复疲劳有一定的积累效应人对疲劳也有一定的适应能力在生理周期中，发生疲劳的自我感受较重，相反在高潮期较轻环境因素直接影响疲劳的产生、加重和减轻。工作单调可以导致疲劳，尤其是现代作业线依附于流水作业。40第三节作业疲劳及其预防四、引起疲劳的原因人的生理、心理因素及管理方面的因素，都可能是造成疲劳的原因。具体而言，主要包括以下几个方面的原因：①工作单调，简单重复，如起重作业；②超过生理负荷的激烈动作和持久的体力或脑力劳动,如长时间不间断的工作；③作业环境不良，如作业现场存在噪声、粉尘、以及其他有毒有害物质，作业场地肮脏杂乱，作业现场光线阴暗等等；④不良的精神因素，多由于家庭变化或社会诸多不良因素而导致；⑤肌体状况不良以及长期劳逸安排不当，多由于个人因素或由于企业工作制度安排不合理而导致；⑥机器本身在设计制造时，没有按人机工程学原理设计。41【案例】疲劳导致事故

某厂40吨冲床正在冲制零部件。由于任务比较紧张，冲床操作工王某已连续7天，每天从早晨上班一直干到晚上7时半下班。第7天时，她的体力已明显下降，头脑昏昏沉沉，手脚的协调性也比平时差了。但是，为了完成任务王某还是继续上机操作。到了下午2时，她的操作节奏突然发生紊乱，安放工件的手还未离开，竟下意识地踏下了开关。冲头迅速落下，将她的右手中指、无名指、小指压在工件与冲床台面之间，造成三指断裂。工伤事故的发生是与疲劳密切相关的，因此管理者必须重视因疲劳而引起的伤害问题，采取积极、有效的消除疲劳的措施。42五、预防疲劳的措施

1．合理安排休息时间

(1)工间暂歇工间暂歇是指工作过程中短暂休息，例如操作中的暂时停顿。（2）工间休息在工作效率开始下降或在明显下降之前，及时安排工间休息，则不仅大脑皮层细胞的生理机能得到恢复，而且体内蓄积的氧债也会及时得到补偿，因而有利于保持一定的工作效率。休息次数太少，对某些体力或心理负荷较大的作业来说，难以消除疲劳；而休息次数太多，会影响作业者对工作环境的适应性与中断对工作的兴趣，也会影响工作效率和造成工作中的分心。因此，工间休息必须根据作业的性质和条件而定。一般重体力劳动可以采取安静休息，也就是静卧或静坐。对局部体力劳动为主的作业，则应加强其对称部位相应地活动，从而使原活动旺盛的区域受到抑制，处于休息状态。作业较为紧张而费力的，可多做些放松性活动。一般轻、重体力劳动和脑力劳动，最好采取积极的休息方式，例如打羽毛球、做工间操等，这样的效果相对较好。43（3）工余时间的休息工作后生理上或多或少会有一些疲劳，因此注意工余时间的休息同样重要。要根据自身的具体情况适当合理地安排休息、学习和家务活动，而且应该适当地安排文娱和体育活动，例如郊游、摄影、培养盆栽等。当然，安静和充足的睡眠更是非常必要的。44五、预防疲劳的措施

2．合理安排作业休息制度，适当调整轮班工作制度对于违反人体生物规律的轮班工作制度所带来的疲劳，必须对轮班工作制度做出合理的调整，以更加符合人生理需要的要求，尽量减少两者之间的冲突。

最好的方法，是将所采取的轮班工作制度彻底地消除，采取新的工作时间制度如弹性工作制度。

对于必须24小时不间断工作的行业企业（例如铁路，航空等）可以考虑采用以下几种方法对轮班制度作适当的调整。45（1）调整轮班工作制度的周期如将“三班三运转制”（早、中、晚各班连续工作一周后轮班，每周休息一天）调整为“四班三运转制”（二天白班，二天中班，二天夜班，二天空班）或“四六工作制”（每天四班倒，每班工作6小时，在工作时间轮班吃饭），好的轮班制对人体生物钟的干扰进一步降低，有利于提高工作效率。（2）对轮班工作员工的休息给予充分的照顾例如对于上中班和夜班的员工，设置休息宿舍。尽量创造安静和舒适的环境，使倒班工作的人员能够得到及时良好的休息。关心轮班制员工的膳食营养问题，尽量保证轮班工作人员尤其是中、晚班工作人员能够及时地吃饭，吃得合理而且有营养。使轮班工作人员的体能消耗得到及时的补充。46五、预防疲劳的措