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人因与工效学 Human Factors and Ergonomics 第8章 体力工作负荷 温沛涵温沛涵 重庆大学机械工程学院 工业工程系 wenph_-2-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 8.1 人体活动力量与耐力 8.2 体力工作负荷及其测定 8.3 体力工作能量消耗 8.4 作业时氧耗动态 8.5 劳动强度 8.6 体力疲劳及其消除-3-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 8.1 人体活动力量与耐力 8.2 体力工作负荷及其测定 8.3 体力工作能量消耗 8.4 作业时氧耗动态 8.5 劳动强度 8.6 体力疲劳及其消除 温沛涵 重庆大学-4-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 人体活动力量 人体活动的最基本特征 力量、耐力和能量代谢 人能够収挥出力的大小决定于人体姿势、着力部位以及力的作用方向 手部力量、脚（腿）部力量、背部力量和颈部力量 人的操作是由手和脚来完成 温沛涵 重庆大学-5-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 手部力量 握力：很大程度上反映手的用力能力 因年龄、性别等因素的变化而有很大的差异 表8-1 操纵力：与作业姿势、用力方向等有关 坐姿手操纵力（图8-1）立姿手操纵力（图8-2）卧姿手操纵力（图8-3）常见手部操作动作及其力量极限（图8-4）温沛涵 重庆大学-6-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 脚部力量 脚产生的力的大小与下肢位置、姿势和方向有关 下肢伸直比弯曲脚产生的力大 有靠背支撑时脚可产生最大的力 立姿脚用力比坐姿大 坐姿：右坐姿：右脚最大蹬力平均可达脚最大蹬力平均可达2568N2568N，左，左脚为脚为2362N2362N 坐坐姿：膝姿：膝部伸展角度在部伸展角度在1301300 01501500 0或或1601600 01801800 0时时，脚蹬力最，脚蹬力最大大 右脚脚力大于左脚；男性脚力大于女性脚力 脚力控制器的操纵力最大不应超过264N 右脚力的大小、速度和准确性都优于左脚 操作频繁的作业应考虑双脚交叉作业 温沛涵 重庆大学-7-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 人体活动耐力 耐力：人体能够在较长时间内保持特定工作水平的能力 随着活动持续时间的增加，人体力量下降 人体力量与持续时间之间存在一种非线性反比关系-8-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 8.1 人体活动力量与耐力 8.2 体力工作负荷及其测定 8.3 体力工作能量消耗 8.4 作业时氧耗动态 8.5 劳动强度 8.6 体力疲劳及其消除 温沛涵 重庆大学-9-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 体力工作负荷的定义 人体单位时间内承受的体力工作量的大小 工作量越大，人体承受的体力工作负荷强度越大 对操作者承受负荷状况进行准确评定 既能保证工作量 又能防止操作者在最佳工作负荷水平外超负荷工作 温沛涵 重庆大学-10-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 体力工作负荷测定 生理变化测定 心肺功能 吸吸氧量、肺通气量、心率、血氧量、肺通气量、心率、血压等压等 某些派生的吸氧量和心率指标 氧债指氧债指标、心率恢复时间、标、心率恢复时间、肌电肌电图等图等 能量消耗 生化变化测定 主观感觉测定 温沛涵 重庆大学-11-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 体力工作负荷测定 生理变化测定 生化变化测定 乳酸含量 糖原含量 尿蛋白含量 主观感觉测定 温沛涵 重庆大学-12-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 体力工作负荷测定 生理变化测定 生化变化测定 主观感觉测定 自认劳累分级量表（The Scale for Ratings of Perceived Exertion,RPE）普遍使用的是15点（620点）量表 要求操作者根据工作中的主观体验对承受的负荷程度进行评要求操作者根据工作中的主观体验对承受的负荷程度进行评判判 图图8 8-6 6 -13-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 8.1 人体活动力量与耐力 8.2 体力工作负荷及其测定 8.3 体力工作能量消耗 8.4 作业时氧耗动态 8.5 劳动强度 8.6 体力疲劳及其消除 温沛涵 重庆大学-14-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 能量代谢 体内能量的产生、转移和消耗 按机体所处状态 基础代谢量 BSt 安静代谢量 RSt 能量代谢量 MSt 温沛涵 重庆大学-15-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 基础代谢量 基础条件、基础代谢 人清醒而极安静（卧床）、空腹（食后10h以上）、室温200C 左右维持生命必须消耗的能量 代谢率：单位时间、单位面积耗能，KJ/(m2 h)正常人的基础代谢率比较稳定，一般不超过正常平均值的15%我国人体表面积(m2)=0.0061身高(cm)+0.0128体重(kg)-0.1529 基础代谢量=基础代谢率均值(B)人体表面积(S)持续时间(t)=BSt 温沛涵 重庆大学-16-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 安静代谢量 机体为保持各部位平衡及某种姿势消耗的能量 基础代谢量 维持体位平衡及某种姿势增加的代谢量 通通常以基础代谢量的常以基础代谢量的2020表示表示 安静代谢率R R1.2B 安静代谢量=RSt=1.2BSt 温沛涵 重庆大学-17-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 能量代谢量 作业或运动时所消耗的总能量 基础代谢量 维持体位增加的代谢量 作业时增加的代谢量 能量代谢率M 能量代谢量=MSt 温沛涵 重庆大学-18-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 相对代谢率（RMR）RMR：Relative Metabolic Rate 为消除作业者之间的差异因素，常用相对代谢率衡量劳动强度 1.21.2MB RMRRB RMRBRMRBRMR能量代谢量安静代谢量基础代谢量MRRMRB能量代谢率安静代谢率基础代谢率1.2RMRRMR能量代谢量基础代谢量+1.2 基础代谢量基础代谢量相对代谢相对代谢率资率资料（表料（表8 8-5 5）-19-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 8.1 人体活动力量与耐力 8.2 体力工作负荷及其测定 8.3 体力工作能量消耗 8.4 作业时氧耗动态 8.5 劳动强度 8.6 体力疲劳及其消除 温沛涵 重庆大学-20-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 氧债及补偿 作业时人体所需的氧量取决于劳动强度 氧需：单位时间所需的氧量 能否满足主要取决于循环系统和呼吸系统 氧上限：血液单位时间能供应的最大氧量 成年人不超过3L/min，有锻炼者可达4L/min 氧债：氧需和供氧量之差 温沛涵 重庆大学-21-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 氧债及补偿 b b)氧氧需超过氧上限需超过氧上限 a a)氧氧需小于氧上限需小于氧上限 温沛涵 重庆大学-22-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 静态作业的氧需 静态作业：依靠肌肉等长收缩维持一定体位所进行的作业 能量消耗水平不高，但容易疲劳 即使劳动强度很大，氧需也达不到氧上限，通常每分钟不超过1L 温沛涵 重庆大学-23-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 氧耗量的测定与计算 作业中人体的能耗与氧耗量有直接关系 RMR作业时的氧耗量安静时的氧耗量基础代谢氧消耗量 作作业时的氧耗业时的氧耗量：直量：直接作业过程中测得接作业过程中测得 基础代谢基础代谢氧耗量：通过体氧耗量：通过体重、身高计算的体重、身高计算的体表面积值查表求出表面积值查表求出 安静安静时的氧耗量：一时的氧耗量：一般以基础代谢氧消耗量般以基础代谢氧消耗量的的1.21.2倍来计算倍来计算 -24-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 8.1 人体活动力量与耐力 8.2 体力工作负荷及其测定 8.3 体力工作能量消耗 8.4 作业时氧耗动态 8.5 劳动强度 8.6 体力疲劳及其消除 温沛涵 重庆大学-25-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 劳动强度 作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度 以能量代谢为标准进行分级可以把千差万别的作业从能量代谢角度统一定义 劳动强度分级的能量消耗指标 相对指标：相对代谢率RMR 国国外较普遍，我国也开始使用外较普遍，我国也开始使用 绝对指标：8h 能量消耗量、劳动强度指数 我国我国 温沛涵 重庆大学-26-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 以相对代谢率指标分级 典型代表：日本能率协会的划分标准 将劳动强度划分为5 个等级（表8-8）作业的 RMR 越高，觃定的作业率应越低 RMR 2.7：适宜的作业 RMR4：作业不能连续进行 RMR7：作业应实行机械化 作业氧需应低于氧上限（RMR10）温沛涵 重庆大学-27-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 以劳动强度指数分级 体力劳动强度指数 I（表8-10）I=TMSW10 T：劳动时间率，以百分率表示 工作工作日纯劳动时间与工作总时间之比日纯劳动时间与工作总时间之比 M：能量代谢率，KJ/minm2 某工某工种劳动日内各类活动和休息的能量消耗均值种劳动日内各类活动和休息的能量消耗均值 S：体力劳动性别系数 男：男：1 1；女：；女：1.31.3 W：体力劳动方式系数 搬：搬：1 1；扛：；扛：0.40.4；推；推/拉：拉：0.050.05 温沛涵 重庆大学-28-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 以劳动强度指数分级 平均能量代谢率M 计算 每分钟肺通气量3.07.3L 每分钟肺通气量8.030.9L 每分钟肺通气量7.38.0L 以以上两式均值上两式均值 劳动时间率T 计算 =1+=1 lg=0.0945 0.53794,单位体表面积每分钟呼气量 lg(13.26 )=1.1648 0.0125 =工作日总工时 休息时间 持续1min以上的作业暂停时间工作日总工时 100%温沛涵 重庆大学-29-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 以其他指标分级 以能耗量指标分级 日本劳动研究所，男女各5个等级（表8-9）以氧耗、心率等指标分级 国际劳工局1983，6个等级（表8-11）耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率等 作业劳动强度评价 体力劳动强度评价 脑力劳动强度评价 温沛涵 重庆大学-30-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 最大能量消耗界限 单位时间人体承受体力工作负荷必须处在一定的范围内 人体的最佳工作负荷 正常情境中，人体工作8h 不产生过度疲劳的最大工作负荷值 国外：能耗20.93kJ/min、心率110115 beats/min、吸氧量为最大摄氧量的33%左右（10046.4kJ）我国：8h 总能耗5860.46697.6kJ，不超过8372kJ 日本：8h 总能耗5860.46279kJ，不超过7534.8kJ 耐力水平：连续劳动8h 而不造成疲劳积累的最大能量消耗界限为16.75kJ/min（8040kJ,德 E.A.Miller）-31-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 8.1 人体活动力量与耐力 8.2 体力工作负荷及其测定 8.3 体力工作能量消耗 8.4 作业时氧耗动态 8.5 劳动强度 8.6 体力疲劳及其消除 温沛涵 重庆大学-32-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 体力疲劳 劳动者在劳动过程中出现的劳动机能衰退，作业能力下降，有时伴有疲倦感等自觉症状的现象。根据身体使用部位 局部疲劳和全身疲劳 根据活动时间长短和活动强度的高低 短时间剧烈活动后产生的疲劳 长时间中等强度作业后产生的疲劳 温沛涵 重庆大学-33-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳产生与积累 体力疲劳随工作过程推进逐渐产生和収展 按照疲劳积累状况，工作过程一般分为 工作适应期 最佳工作期 疲劳期 疲劳过度积累期 温沛涵 重庆大学-34-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲累积累过程“容器”模型 温沛涵 重庆大学-35-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳影响因素 劳动强度与工作持续时间 工作时间以等差数列递增，为恢复疲劳所需休息时间以等比数列递增 作业环境条件 照明、噪声、振动、微气候、空气、色彩等 劳动制度和生产组织方式 工作休息时间间隔、作业速度、工作体位等 身体素质 营养、睡眠等 其他作业者本身因素 熟练程度、操作技巧、工作适应性、年龄、劳动情绪等 温沛涵 重庆大学-36-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳产生机理 疲劳类型不同，产生机理也不同 物质累积理论 短时间大强度作业产生的疲劳主要是肌肉疲劳 肌肉中ATP、CP 含量明显下降 乳酸产生和积累，使人的体力衰竭 D.J.Oborne 乳乳酸分解产生液体使肌肉肿胀，压迫血管导致供血不足，严酸分解产生液体使肌肉肿胀，压迫血管导致供血不足，严重会促使肌肉内纤维物质形成，造成永久性损伤重会促使肌肉内纤维物质形成，造成永久性损伤 温沛涵 重庆大学-37-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳产生机理 力源消耗理论 人体能量供应有限，当可以转化为能量的能源物质“肌糖原”储备耗竭或来不及补充时人体就产生了疲劳 中枢系统变化理论 作业过程中伴随着血糖降低和大脑神经抑制性递质含量上升，引起大脑活动水平和兴奋性降低，即引起中枢神经疲劳 长时间活动引起的疲劳是中枢和外周相结合的全身疲劳 温沛涵 重庆大学-38-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳产生机理 生化变化理论 全身性体力疲劳是由于作业及环境引起的体内平衡状态紊乱 出汗导致体液丢失，减少到一定程度则循环血量也将减少，引起活动能力下降 汗液排出时伴随着盐的丢失，影响血液渗透压和神经肌肉兴奋性 温沛涵 重庆大学-39-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳产生机理 局部血流阻断理论 静态作业时肌肉等长收缩来维持一定的体位，虽然能耗不多但易发生局部疲劳 肌肉收缩同时产生肌肉膨胀，且变得十分坚硬，内压很大，将全部或部分阻滞通过血流，形成了局部血流阻断 疲劳产生机理是如上5种理论的综合影响 不论脑力劳动还是体力劳动，最先、最敏感地反映出来的是中枢神经的疲劳 继之反射运动神经系统相应出现疲劳 温沛涵 重庆大学-40-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳测定 疲劳测定方法应满足的条件 测定结果是客观表达，不依赖作业者主观解释 测定结果定量化表示疲劳程度 测定方法不能导致附加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造成心理负担或病态感觉 温沛涵 重庆大学-41-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳特征及测定方法 疲劳的三种表征 身体生理状态发生特殊变化 心心率、血压、呼吸及血液中的乳酸含量率、血压、呼吸及血液中的乳酸含量等等 特定作业的能力下降 反反映速度、正确率、感受能力下降，工作绩映速度、正确率、感受能力下降，工作绩效等效等 疲劳的自我体验 疲劳测定方法 生化法 工作绩效测定 生理心理测试法 疲劳症状调查法 温沛涵 重庆大学-42-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳测定方法 生化法 作业者血、尿、汗及唾液等液体中乳酸、蛋白质、血糖等成分含量的变化 工作效绩测定 完成产品的数量、质量以及出现错误或发生事故的概率等 疲劳症状调查法 作业者本人主观感受即自觉症状 量表：信度和效度 日本产业卫生学会疲劳自觉症状调查内容：表8-15 生理心理测试法 温沛涵 重庆大学-43-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 生理心理测试法 膝腱反射机能测定法 测定疲劳造成的反射机能钝化程度 膝腱反射阈值 使膝腱反射的最小落下角度使膝腱反射的最小落下角度 触二点辨别阈值测定法 触二点辨别阈或两点阈 用用两个短距两个短距离针离针状物同时刺激作业者皮肤上二点，状物同时刺激作业者皮肤上二点，当二当二点接点接近近某距某距离时，被离时，被试感到只试感到只有一根有一根针刺激针刺激 一般取右面颊上部，水平方向（表8-13）温沛涵 重庆大学-44-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 生理心理测试法 皮肤划痕消退时间测定法 用类似粗圆笔尖的尖锐物在皮肤上划痕，测量痕迹消退时间 疲劳程度越大，消退越慢 皮肤电流反应测定法 把电极任意安在人体皮肤两处，以微弱电流通过皮肤，测定作业前后皮肤电流变化情况 人体疲劳时皮肤电传导性增高，电流增加 温沛涵 重庆大学-45-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 生理心理测试法 心率值测定法 男：60-70 beats/min；女：7080 beats/min；生理变动范围：60100 beats/min 作业时平均心率、最高心率、心率恢复时间 心心率变化值在率变化值在3030次以内，增加率次以内，增加率22%27%22%27%色名呼叫时间测定法 随机排列100个红、黄、蓝、白、黑五种颜色 勾消符号数目测定法 五种符号共200个随机排列，觃定时间内只勾掉其中一种 温沛涵 重庆大学-46-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 生理心理测试法 反应时间测定法 反应时间：从呈现刺激到感知，直至做出反应动作的时间间隔 闪光融合值测定法（频闪融合阈限检查法）融合与融合值、闪光与闪光值 闪光融合值 CFF：Critical Flicker Fusion 融融合值与闪光值的平均值合值与闪光值的平均值 一一般在般在30Hz30Hz55Hz55Hz之之间间 疲疲劳劳后视后视觉灵敏度降觉灵敏度降低，低，CFF CFF 降降低低 疲劳程度表征（表8-14）CFFCFF日日间变化率、周间变化间变化率、周间变化率率 温沛涵 重庆大学-47-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 疲劳的一般规律 疲劳可以通过休息恢复 精神上的消耗同步恢复很难 疲劳有累积效应 疲劳程度与生理周期有关 人对疲劳有一定的适应能力 温沛涵 重庆大学-48-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 降低疲劳的途径 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 采用合适的工作姿采用合适的工作姿势势 采采用经济作业速用经济作业速度度 选选择最佳的作业方择最佳的作业方法法 合理确定休息时间和休息方式 改进生产组织和劳动制度 温沛涵 重庆大学-49-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 降低疲劳的途径 改善工作条件 合理确定休息时间和休息方式 疲劳后身体恢复：超量恢复 休息时间确定 以能耗指标确定以能耗指标确定 综综合各因素确定合各因素确定 休息方式：积极休息、消极休息 改进生产组织和劳动制度=100.47 16.75=16.75 1 温沛涵 重庆大学-50-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 降低疲劳的途径 改善工作条件 合理确定休息时间和休息方式 改进生产组织和劳动制度 休息日制度 轮班制度 单单班制、两班制、三班制或四班制班制、两班制、三班制或四班制等等 四四班三运转班三运转 -51-http:/ HFE08_HFE08_体力工作负荷体力工作负荷 人因与人因与工效工效学学 温沛涵博士温沛涵博士 重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 工业工程系工业工程系 wenph_