《安全人机工程学》课件第4章 人的作业疲劳与可靠性

学习目标：掌握劳动强度分级，理解作业疲劳产生的机理；了解疲劳的测定方法，掌握疲劳的改善与消除；了解职务分析、职业适应性的测评方法；掌握人失误、人的不安全行为的原因及防止措施。14.1.1劳动强度

劳动强度可以理解为，作业中人在单位时间内作功和机体代谢能力之比。表示人劳动的紧张程度。劳动强度的影响因素：劳动对象因素（工作性质+工作量密度）劳动工具因素劳动环境因素劳动者因素（生理+心理+精神状态特征）劳动时间2024/5/2224.1劳动强度分级2024/5/2234.1.2作业分类1）静力作业：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。F/Fmax=1，几秒钟，无氧状态；F/Fmax=50%，Tmax=1min；F/Fmax=30%，Tmax=2.5min；F/Fmax=15%，Tmax=15min；F/Fmax<15%，血液循环基本正常。原因：局部肌肉缺氧、乳酸堆积并引起疼痛。2）动力作业：

动力作业是靠肌肉有节奏地收缩与舒张，对物体交替进行施力与放松，从而完成作业动作的，即经常说的体力劳动。

特点：血流量提高几倍、10-20倍，只要选择合理作业节律，动力作业可以延续很长时间而肌肉不易产生疲劳。2024/5/2244.1.3劳动强度的分级

问题：劳动强度是表示人的紧张程度，“紧张”如何来衡量？可以用作业速度、用力大小、精神负担、作业姿势等来衡量，很难标准统一。从生理性角度，用能量消耗较合适。即可采用耗氧量、能消耗量、能量代谢率及劳动强度指数等来衡量，都是能耗的一种表现和反映。2024/5/2251）国际劳工局分级标准

按氧耗量划分为3级：中等强度作业、大强度作业及极大强度作业。

中等强度作业，氧需不超过氧上限。中等强度又分为6级。中等强度又分为6级：很轻、轻、中等、重、很重和极重6级。

大强度作业，指氧需超过氧上限，即在氧债大量积累的情况下作业，如爬坡负重、手工挥镐或锻打。这种作业只能持续10余分钟，不会更长。

极大强度作业，指完全在无氧条件下的作业，氧债可能等于氧需。只在短跑、游泳比赛时才出现这类情况，持续时间不超过2分钟。

2024/5/226劳动强度分级R.M.R耗能量（KJ）作业特点性别8小时全天A级极轻劳动0～1.0男2300～38507750～9200

手指作业，脑力劳动，坐位姿势多变，立位重心不动女1925～30156900～8040B级轻劳动1.0～2.0男3850～52309290～10670长时间连续上肢作业女3015～42708040～9300C级中等劳动2.0～4.0男5230～733010670～12770立位工作，身体水平移动，步行速度，上肢用力作业，可持续作业女4270～59409300～10970D级重劳动4.0～7.0男7300～909012770～14650全身作业，全身用力10～20min需休息1次女5940～745010970～29800E级极重劳动7.0～11)男9090~1084014650～16330全身快速用力作业呼吸急促、困难，2～5min即需休息女7450～892012480～1394072024/5/222）日本劳动研究所分级标准劳动强度级别劳动强度指数Ⅰ≤15Ⅱ～20Ⅲ～25Ⅳ>2582024/5/223）我国分级标准《体力劳动强度分级标准》（GB3896--1997）

体力劳动强度指数计算公式见式4-1：I=T·M·S·W·10

（4-1）式中：I—体力劳动强度指数；T—劳动时间率，%；M—8h工作日平均能量代谢率，kJ/(min·m2)；S—性别系数：男性=1，女性=1.3；W—体力劳动方式系数：搬=1，扛=0.40，推/拉=0.05；10—计算常数。92024/5/22体力劳动分级职业描述I（轻劳动）坐姿：手工作业或腿的轻度活动（正常情况下，如打字、缝纫、脚踏开关等）；立姿：操作仪器，控制、查看设备，上臂用力为主的装配工作II（中等劳动）手和臂持续动作（如锯木头等）；臂和腿的工作（如卡车、拖拉机或建筑设备等运输操作）；臂和躯干的工作（如锻造、风动工具操作、粉刷、间断搬运中等重物、除草、锄田、摘水果和蔬菜等）III（重劳动）臂和躯干负荷工作（如搬重物、铲、锤锻、锯刨或凿硬木、割草、挖掘等）IV（极重劳动）大强度的挖掘、搬运，快到极限节律的极强活动2024/5/2210表4-4常见职业体力劳动强度分级表（一）疲劳定义：定义一：所谓疲劳就是人在持续一段时间的劳动后，人体发生机理变化、自觉劳累和效率（能力）下降的现象，即产生心理上和生理上的一种不适感，是劳动生理的一种正常表现。定义二：所谓疲劳就是人体内的分解代谢和合成代谢平衡不能维持（或高、低位的代谢反应平衡不正常）。疲劳既有生理和心理因素，也和环境、社会因素及生产设备的技术系统因素等有关。疲劳程度的轻重决定于劳动速度、强度的大小和持续劳动时间的长短。2024/5/22114.2作业疲劳及其测定2024/5/2212（二）疲劳的特点和分类（1）疲劳的特点

疲劳是一系列生理和心理现象的综合体。

生理反应（作业机能降低、或厌倦不愿意继续工作、劳动效率降低、质量下降等）伴随疲劳，对应生理的可测指标会的变化；进行特定作业时的作业能力下降；

心理反应（经过努力，可一时掩盖疲劳、或提前、或加速出现等）把疲劳看成是特殊的、独特感受的心理状态－疲劳的自我体验。

环境反应（照明水平、背景、温度、噪声、不合理的工作节奏都会使疲劳加速出现）。

（2）疲劳的分类按疲劳的原因：生理性和心理性疲劳按疲劳所发生的部位：精神、肌肉和神经疲劳；按疲劳的程度：一般疲劳，过度疲劳、重度疲劳;

按疲劳产生时间的长短：急性疲劳和慢性疲劳；按作业方式：动态作业疲劳和静态作业疲劳；

按功能变化的器官：中心性疲劳和外周性疲劳（3）引起疲劳的原因作业的强度、性质和持续时间；身体素质；作业的速度；精神因素；工作单调;环境的因素。2024/5/22132024/5/2214（三）疲劳机理

1）短时大强度发生的局部肌肉疲劳－乳酸在肌肉和血液中大量积累引起，谓之“疲劳物质积累机理”。

2）较长时间轻或中等强度引起疲劳－既有局部又有全身。主要因肌糖元储备耗竭之故，称“力源耗竭机理”。

3）静态作业引起的疲劳－由局部血流阻断引起（氧债下，生乳酸），谓之“局部血流阻断机理”。

4）全身或中枢性疲劳－苏联学者认为，强烈或单调劳动刺激引起大脑皮质细胞贮存的能源迅速消耗，消耗占优势时，出现保护性抑制，以免进一步消耗，加速恢复，称“中枢变化机理”。美英学者认为，全身性疲劳是因为作业及其环境所引起的体内平衡的紊乱状态，除肌肉疲劳外还有血糖水平下降，肝糖原枯竭（极度疲劳）、体液丧失（脱水）、电解质（Na＋、K＋）丧失、体温升高等。谓之“生理变化机理”。2024/5/22152024/5/2216（四）作业疲劳的调查与测定疲劳的三种特征表现：1)身体生理状态发生特殊变化，如心率、血压（差）、呼吸及血液中乳酸含量等发生变化；2)进行特定作业时的作业能力下降，如对特定信号的反应速度、正确率、感受性等能力下降；3)疲劳的自我体验。疲劳测定的现状：对于疲劳缺乏直接客观的测定评价方法。常以主观的疲劳感判断疲劳的有无和深浅，测定方法只是间接测定其他生理或心理反应指标，以推论疲劳的程度。2024/5/22171）疲劳问卷调查劳动者一旦产生了疲劳，就会以各种形式表现出来，以提醒人们注意。日本产业卫生学会疲劳研究委员会2002制定了一套疲劳自觉症状调查表[3]（该表还有1954年版、和1970年版）。该表由

25个项目构成，各项目按程度从“1.一点都没有”至“5.非常有”分5阶段，调查对象在相应项目和程度上划圈，以此计算得分。分析时可将此25个项目分为5群。项目群和各群包含的项目如表4-5所示。I群困倦感II群不安定感III群不快感IV群乏力感V群模糊感犯困感到不安头痛手臂没力眼睛有些睁不开想躺下来心情忧郁头重腰痛眼睛很累打哈欠感觉静不下心来感觉心情不好手或手指痛眼睛痛没有干劲脾气暴躁头脑发呆腿酸乏力眼睛干全身无力思路混乱头昏肩酸视线模糊2024/5/2218表4-5项目群别及其包含的项目2024/5/22192）

频闪融合阈限检查法

受试者观看一个频率可调的闪烁光源，记录工作前、后受试者可分辨出闪烁的频率数。具体做法：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失时的频率值叫融合度；光点从融合阈值以上降低闪光频率，当视觉刚刚开始感到光点闪烁的频率值叫闪变度。它和融合度的平均值叫频闪融合阈限。应用：人体疲劳后频闪融合阈限降低，说明视觉神经出现钝化。全身性疲劳也会在视觉方面有所表现。实验目的：了解人的疲劳程度。一般以频闪融合阈限的日间变化率（dR）和周间变化率。（wR）来表示疲劳的程度。式中，Fd1——作业前的频闪融合阈限；Fd2——休息日后第一天作业后的频闪融合阈限；Fw1——休息日后第一天作业前的频闪融合阈限；Fw2——周末作业前的频闪融合阈限。2024/5/22202024/5/22212024/5/22223）能量代谢率测定

这一方法实际上是测定劳动强度。如果有完善的仪器设备可同时测得心跳次数、肺通气量等多项指标，对于判定疲劳更为有利。

RMR＝作业中增加氧气消耗量/基础代谢时氧气消耗量

不同的劳动负荷具有不同的劳动代谢率和心率，不同的劳动代谢率和心率对应的连续劳动时间各不相同。与一定的生理负荷极限相对应。

生理负荷极限回归方程式：

Y1＝42.88－11.39lgX

Y2＝201.0－32.75lgX

式中：X——负荷时间（min）；

Y1——能量消耗允许值；

Y2——心率负荷允许值。2024/5/2223人的极限工作能力参数负荷W氧耗量

（L/min）能量消耗

(kJ/(min*m2)RMR心率

（次/min）极限负荷时间

（min）基础0.182.23-64.1-安静0.222.72-75.0-500.9912.354.32113-751.3216.326.101242151001.4417.856.781281581251.5819.557.551331121501.7621.738.52140721752.0325.0210.0149372002.4330.5912.50166122252.5431.4912.90168102502.6432.6013.4017182752.8034.5814.2917753003.0637.7915.7318732024/5/22244）心率（脉博数）测定

心率和劳动强度是密切相关的。在作业开始前1min，由于心理作用，心率常稍有增加。作业开始后，头30～40S内迅速增加，以适应供氧的要求，以后缓慢上升。一般经4～5min达到与劳动强度适应的稳定水平。轻作业，心率增加不多；重作业能上升到150～200次/min，这时，心脏每搏输出血液量由安静时的40～70mL可增大到150mL，每分钟输出血量可达15～25L，有锻炼的人可达35L/min。恢复时间的长短可作为疲劳程度的标志和人体素质（心血管方面）鉴定的依据。

2024/5/22255）触觉两点阈值测定

当皮肤表面上的两个点同时受到刺激时，如果两点间距离在50mm以上；任何人都能清楚地感受到两点的刺激。但是，当两点距离缩短到一定值以后（正常情况下小臂约为20mm），只感觉是一个刺激点，其值称为两点阈值。作业疲劳越甚，感觉越迟钝，此值上升越多。此外，还有反应时间测定和膝盖腱反射阈测定。两者都可作为相对指标，判断作业人员疲劳的程度。2024/5/22262024/5/22276）判别力测定

可以设计出多种测定方法，这里介绍一种。用纸片或木块做成三角形、圆形、方形和六角形4种图形各4个。每种图形涂成4种颜色（红、蓝、黄、黑），在这16个图形中，每次取出不同颜色、不同形状的4个图形排成一列，令受试者按顺序口述图形形状和颜色，如蓝三角、红方、黄圆、黑六角。下次再做相似的变换，令受试者叙述。重复多次后，疲劳的人将出现误述。疲劳越甚，误述出现早、越多。此法可以较好地测定精神上的疲劳。4.3.1疲劳与安全睡眠不足、困倦引起的事故反应和动作迟钝引起的事故省能心理疲劳心理作用环境因素加倍疲劳效应疲劳与机械化程度。2024/5/22284.3作业疲劳与安全生产1．提高人的素质身体素质心理素质个人技术2．改善工作条件改进工作环境条件改进设备和工具（提高作业机械化、自动化程度）改进工作方法（采用合适的工作姿势；克服单调感，采用经济作业速度；选择最佳的作业方法。）2024/5/22294.3.2疲劳的改善与消除3．合理确定作业休息制度工作日制度劳动强度与作业率（RMR超过7～10的作业应采用机械化、自动化设备来完成；RMR＞4应给予必要的间歇休息时间；RMR＜4可持工作，但工作日内的平均RMR值不应大于2.7。）工作时间及休息时间2024/5/2230休息方式业余活动和休息的安排为轮班的工人提供一个良好的休息条件。要组织业余活动。开展技术教育和培训，选拔合格工人。轮班工作制度三班三轮制；四班三轮制2024/5/2231日期

次数1

23

45

67

89

1011

1213

1415

1617

1819

2021

2223

24白班ABCDABCDABCD中班DABCDABCDABC夜班CDABCDABCDAB空班BCDABCDABCDA322024/5/22表4-9四班三轮制（a）：6（2）6（2）6（2）型

日期

次数1234567891011121314151617181920白班AAAAABBBBBCCCCCDDDDD中班CCDDDDDAAAAABBBBBCCC夜班BBBCCCCCDDDDDAAAAABB空班DDCBBAADCCBBADDCCBAA332024/5/22表4-10四班三轮制（b）：5（2）5（1）5（2）型人的失误是人为地使系统发生故障或发生机能不良事件，是违背设计和操作规程的错误行为。1.人的失误的外部因素①外界不合适的刺激；②信息显示设计不良；③控制器不良。2.人的失误的内部因素①生理能力；②心理能力；③个人素质；④操作行为；⑤其他因素2024/5/22344.5人的可靠性3.人失误的种类1）设计失误；2）制造失误；