作业姿势与动作设计资料.pptx

第7章 作业姿势与动作设计第6章链接 第8章链接7.1 7.1 作业姿势与人体机能作业姿势与人体机能7.1.1 作业姿势与人体机能的关系作业姿势与人体机能的关系 （1）与视觉的关系）与视觉的关系:需要考虑最容易看见东西时眼需要考虑最容易看见东西时眼 睛的高度和离眼睛的距离睛的高度和离眼睛的距离 （2）与循环的关系）与循环的关系:伸长手伸长手,手指发麻手指发麻 ,避免手的避免手的操作点过高或妨碍血液循环的姿势操作点过高或妨碍血液循环的姿势 （3）与手、上下肢、上半身等运动关系）与手、上下肢、上半身等运动关系:有手指作有手指作业的时候业的时候,使手指自由运动的姿势使手指自由运动的姿势.运动的中心点运动的中心点 及可动范围及可动范围 （4）与身体重心的关系，）与身体重心的关系，见见图图7-1手持重物手持重物,上半身后倾上半身后倾 ,重物使人重心前移重物使人重心前移7.1.27.1.2疲劳疲劳疲劳疲劳 疲劳是一种人体的生理状态疲劳是一种人体的生理状态,在作业过程中在作业过程中,作业者作业者作业机能衰退、作业能力下降、有时并伴有疲倦作业机能衰退、作业能力下降、有时并伴有疲倦感等主观症状的现象，就叫作业疲劳感等主观症状的现象，就叫作业疲劳。是一系列。是一系列复杂现象的综合体，既有人的生理和心理因素，复杂现象的综合体，既有人的生理和心理因素，又有机器系统的因素，还受环境和社会因素的影又有机器系统的因素，还受环境和社会因素的影响。响。一、一、一、一、疲劳的特点与分类疲劳的特点与分类疲劳的特点与分类疲劳的特点与分类疲劳的特点：疲劳的特点：疲劳的特点：疲劳的特点：操作者为了某种目的，通过自已的操作者为了某种目的，通过自已的努力可以在短时期内掩盖疲劳效应，相反，若心努力可以在短时期内掩盖疲劳效应，相反，若心理上的某种不适或不满情绪又会提前或加速疲劳理上的某种不适或不满情绪又会提前或加速疲劳的出现。的出现。疲劳的分类：疲劳的分类：疲劳的分类：疲劳的分类：1 1肌肉疲劳：肌肉疲劳：肌肉疲劳：肌肉疲劳：个别器官疲劳或全身疲劳。个别器官疲劳或全身疲劳。前者发生在仅需个别器官或肢体参加紧张作业如：计算机前者发生在仅需个别器官或肢体参加紧张作业如：计算机操作人员的肩肘痛、眼疲劳，打字员手指、腕疲劳等。后操作人员的肩肘痛、眼疲劳，打字员手指、腕疲劳等。后者主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致，表现为全身者主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致，表现为全身肌肉、关节酸痛，困乏思睡，作业能力明显下降工，失误肌肉、关节酸痛，困乏思睡，作业能力明显下降工，失误增多，操作迟钝等。增多，操作迟钝等。2 2 精神疲劳精神疲劳精神疲劳精神疲劳：智力智力智力智力 技术性技术性技术性技术性 心理性心理性心理性心理性 智力：智力：智力：智力：长期从事紧张的脑力劳动引起的头昏脑胀、全身长期从事紧张的脑力劳动引起的头昏脑胀、全身乏力嗑睡或失眠等，常与心理因素有关。乏力嗑睡或失眠等，常与心理因素有关。技术性：技术性：技术性：技术性：常见于体力与脑力并用的劳动和神经相当紧张的作业，常见于体力与脑力并用的劳动和神经相当紧张的作业，如驾驶员如驾驶员 心理性：心理性：心理性：心理性：单调作业引起，如监视仪表的人员、信号率越低越易疲单调作业引起，如监视仪表的人员、信号率越低越易疲劳，使警觉性下降。这时体力并不疲劳，而是大脑皮层的一个部位经劳，使警觉性下降。这时体力并不疲劳，而是大脑皮层的一个部位经常兴奋引起的抑制。常兴奋引起的抑制。3 3 生物疲劳（周期性疲劳）生物疲劳（周期性疲劳）生物疲劳（周期性疲劳）生物疲劳（周期性疲劳）根据疲劳周期的长短根据疲劳周期的长短分为周期性疲劳和月、周、日周期性疲劳。这种分为周期性疲劳和月、周、日周期性疲劳。这种疲劳出现的周期越长，似乎越具有社会因素和心疲劳出现的周期越长，似乎越具有社会因素和心理因素的影响。人的生物节律和生物备动度的昼理因素的影响。人的生物节律和生物备动度的昼夜动力学。是有周期性的智力曲线、情绪曲线夜动力学。是有周期性的智力曲线、情绪曲线 体体力曲线都有高潮期和低潮期。这种周期是可以通力曲线都有高潮期和低潮期。这种周期是可以通过办法调整的。过办法调整的。实例：实例：实例：实例：有人参加考试有人参加考试 下午下午2:004:00 2:004:00 是其一天中是其一天中智力及情绪最低潮期，考前一个月开始调整，在智力及情绪最低潮期，考前一个月开始调整，在此时间段做真题。考试时达到最好状态。此时间段做真题。考试时达到最好状态。引起疲劳的原因及某些规律引起疲劳的原因及某些规律引起疲劳的原因及某些规律引起疲劳的原因及某些规律原因原因原因原因超生理负荷的激烈动作和持久的体力或脑力劳动超生理负荷的激烈动作和持久的体力或脑力劳动超生理负荷的激烈动作和持久的体力或脑力劳动超生理负荷的激烈动作和持久的体力或脑力劳动工作单调工作单调工作单调工作单调 使人不愉快和厌烦，另外还会使人注意力失调。使人不愉快和厌烦，另外还会使人注意力失调。注意力注意力是最易疲劳的心理机能之一是最易疲劳的心理机能之一环境不良环境不良环境不良环境不良 温度温度 湿度湿度 照明照明 振动振动 噪声等不适应人的心理和噪声等不适应人的心理和生理需要，会增加劳动强度和疲劳感生理需要，会增加劳动强度和疲劳感精神因素精神因素精神因素精神因素 受强烈刺激、焦虑、烦恼、工作责任感及人际不受强烈刺激、焦虑、烦恼、工作责任感及人际不和导致不振和导致不振身体状况不好身体状况不好身体状况不好身体状况不好 人机工程设计不合理人机工程设计不合理人机工程设计不合理人机工程设计不合理:1 1 劳动姿势与体位选择不合理劳动姿势与体位选择不合理 2 2 生产设备与工具设计不合理生产设备与工具设计不合理,不能减轻劳动强度和人的紧张情绪不能减轻劳动强度和人的紧张情绪 3 3 人机界面设计不合理不符合人的感觉功能和心理特点人机界面设计不合理不符合人的感觉功能和心理特点 4 4 未按生物力学原则合理使用体力未按生物力学原则合理使用体力 5 5 工作空间过小工作空间过小某些规律某些规律某些规律某些规律疲劳可以恢复疲劳可以恢复疲劳可以恢复疲劳可以恢复 青年人比老年人恢复快，产生疲劳小，因其青年人比老年人恢复快，产生疲劳小，因其心血管和呼吸系统旺盛，供血、供氧机能强；体力上的疲心血管和呼吸系统旺盛，供血、供氧机能强；体力上的疲劳比精神上的疲劳恢复快。心理上造成的疲劳常与心理状劳比精神上的疲劳恢复快。心理上造成的疲劳常与心理状态同步存在，同步消失。态同步存在，同步消失。疲劳有一定的累积效应疲劳有一定的累积效应疲劳有一定的累积效应疲劳有一定的累积效应 未完全恢复的疲劳可在一定程度上未完全恢复的疲劳可在一定程度上延续到次日。延续到次日。人对疲劳有适应能力人对疲劳有适应能力人对疲劳有适应能力人对疲劳有适应能力 连续工作反而不觉累，（马拉松长跑连续工作反而不觉累，（马拉松长跑到最后不觉累到最后不觉累 机械迈腿）机械迈腿）生理周期的影响生理周期的影响生理周期的影响生理周期的影响 低潮期月经期疲劳自我感受较重，高潮期低潮期月经期疲劳自我感受较重，高潮期轻轻环境因素的影响环境因素的影响环境因素的影响环境因素的影响 如噪声可加重疲劳，优美音乐舒张血管，如噪声可加重疲劳，优美音乐舒张血管，松弛紧张情绪并减轻疲劳。松弛紧张情绪并减轻疲劳。二、二、降低作业疲劳的措施降低作业疲劳的措施a a 提高作业的自动化水平提高作业的自动化水平提高作业的自动化水平提高作业的自动化水平b b 正确选择作业姿势和体位正确选择作业姿势和体位正确选择作业姿势和体位正确选择作业姿势和体位 c c 合理设计作业中用力方法合理设计作业中用力方法合理设计作业中用力方法合理设计作业中用力方法 d d 改善作业内容，避免单调重复性作业改善作业内容，避免单调重复性作业改善作业内容，避免单调重复性作业改善作业内容，避免单调重复性作业e e 合理设计作业空间及环境合理设计作业空间及环境合理设计作业空间及环境合理设计作业空间及环境 7.1.3 人的肢体活动范围人的肢体活动范围，见图，见图7-2，图图7-3，参阅表，参阅表7-17.1.4 人体的不同姿势的施力人体的不同姿势的施力，见，见图图7-4，参阅表，参阅表7-2，表，表7-37.1.5人体的不同姿势的能耗人体的不同姿势的能耗，见，见图图7-5，图图7-6，图图7-7人体动态测量数据是人在活动状态下测取的人肢体的各种活动范围可为设计合理的操作姿势提供依据 7.2 7.2 作业姿势的设计原则作业姿势的设计原则7.2.1 作业姿势的选择作业姿势的选择 1.确定作业姿势的因素确定作业姿势的因素 1 1 工作空间的大小与照明条件工作空间的大小与照明条件 2 2 体力负荷的大小及用力方向体力负荷的大小及用力方向 3 3 工作场所物体安放位置工作场所物体安放位置 4 4 工作台面高度，有无容膝空间工作台面高度，有无容膝空间 5 5 操作时起坐的频率操作时起坐的频率 6 6 避免不良的体位：静止不动、反复弯腰避免不良的体位：静止不动、反复弯腰 2.立姿作业与坐姿作业的分析立姿作业与坐姿作业的分析立姿立姿 1 1 经常改变体位经常改变体位 2 2 常用控制器分布较大区域，需要手足较大幅度活动常用控制器分布较大区域，需要手足较大幅度活动 3 3 无容膝空间机器旁无容膝空间机器旁 4 4 用力较大作业用力较大作业 5 5 单调作业单调作业 适当走动可维持工作能力适当走动可维持工作能力立姿缺点立姿缺点：不宜进行精确而细致工作，不宜转换操纵：不宜进行精确而细致工作，不宜转换操纵坐姿：坐姿：1 1 持续时间较长持续时间较长 2 2精确而细致操作精确而细致操作 3 3 手足并用的作业手足并用的作业缺点：缺点：作业过程不易改变体位，施力受到限制，范围有局限性作业过程不易改变体位，施力受到限制，范围有局限性7.2.2 动作经济与效率法则动作经济与效率法则 1.利用人体的原则利用人体的原则:双手同时双手同时 开始、完成开始、完成 双臂堆成双臂堆成 ，动，动作连续流畅作连续流畅 ，有规律，有规律 避免单调避免单调 餍足餍足 心理心理 2.布置工作地点的原则布置工作地点的原则:a.固定工作地点固定工作地点 ，提供全部工具和材料，提供全部工具和材料 ，工具和材料，工具和材料 放在固定地点：放在固定地点：如仓库如仓库 ，教材科，教材科b.b.工具、物料、操纵装置在最大工作范围内工具、物料、操纵装置在最大工作范围内 料箱、传送物料箱、传送物料靠近操作者料靠近操作者 （流水作业）（流水作业）工具和材料按最佳动作顺序工具和材料按最佳动作顺序排列排列c.c.充足照明充足照明 ，环境色彩与工作对象有对比，环境色彩与工作对象有对比3.设计工具和设备的原则：设计工具和设备的原则：钻模具、夹具钻模具、夹具 脚操纵脚操纵 ，将手解放出来，提高工作效率，将手解放出来，提高工作效率 多种工具合为一种：组合夹具多种工具合为一种：组合夹具 ，手指：自然分配：电脑键盘手指：自然分配：电脑键盘 ，手机，手机手柄设计：增大接触面。施较大的力手柄设计：增大接触面。施较大的力设备上的杠杆、手轮、摇把：保证操作者不改变或极少改变设备上的杠杆、手轮、摇把：保证操作者不改变或极少改变身体位置，最大限度利用机械力身体位置，最大限度利用机械力7.2.3 动作重构原则动作重构原则经济与效率：为了省力、省时经济与效率：为了省力、省时 动作设计：找出必不可少的，依据动作设计：找出必不可少的，依据取消、合并、重排、简化原则，按人的动作姿势特性对操作进行重取消、合并、重排、简化原则，按人的动作姿势特性对操作进行重构构1.取消取消:取消可能取消，不必要的取消可能取消，不必要的 ，不规律的，不规律的 、以手为持物工、以手为持物工具具 ，不方便、不正常，不方便、不正常 、必须用肌力维持的姿势，以运输工具、必须用肌力维持的姿势，以运输工具代替、危险、闲置时间代替、危险、闲置时间2.合并合并:小动作结合成连续曲线、各种工具小动作结合成连续曲线、各种工具 、作业、作业 、同时进行、同时进行3.重排重排:工作平均两手均匀分配，对称分配，平均分给工作组工作平均两手均匀分配，对称分配，平均分给工作组 将取消、合并后的工序，重排称清晰的直线工序。将取消、合并后的工序，重排称清晰的直线工序。4.简化简化:最低级次、减少复杂性最低级次、减少复杂性 、用简单的动作要素来组合完成、用简单的动作要素来组合完成动作，缩短动作距离、使动作，缩短动作距离、使 手柄、操纵杆、脚踏板在手脚可及范手柄、操纵杆、脚踏板在手脚可及范围内围内7.3 7.3 作业姿势的设计要点作业姿势的设计要点运动分为：有意识（大脑皮层运动指挥）和无意识（不受大运动分为：有意识（大脑皮层运动指挥）和无意识（不受大脑皮层运动指挥，本能和习惯眨眼，躲避）脑皮层运动指挥，本能和习惯眨眼，躲避）7.3.1 作业动作的类型作业动作的类型 1.定位动作：定位动作：根据某一目的把身体部位移到一个特定地方，按手机接听，根据某一目的把身体部位移到一个特定地方，按手机接听，关闭关闭 ，机器的开关。借助视觉为视觉定位，机器的开关。借助视觉为视觉定位 蝙蝠靠听觉蝙蝠靠听觉 ，超声波。，超声波。当反当反复重复定位动作，不依赖视觉，为盲目定位复重复定位动作，不依赖视觉，为盲目定位 ，如盲打，如盲打 ，司机换挡，司机换挡 2.逐次动作：逐次动作：一系列目标的定位动作加起来就是逐次动作：拨电一系列目标的定位动作加起来就是逐次动作：拨电话号码话号码 用速度、准确性、差错率来衡量用速度、准确性、差错率来衡量 3.重复动作：重复动作：一段时间内做同一动作，走路，拳击、游泳一段时间内做同一动作，走路，拳击、游泳 肌肉肌肉不断松弛和紧张交替进行，不易疲劳。不断松弛和紧张交替进行，不易疲劳。训练可以提高最高频训练可以提高最高频率：拳击率：拳击5-75-7次每秒次每秒 一般人一般人3 3次次 4.连续动作：连续动作：对操纵对象进行连续控制：按套路打太极拳等，对操纵对象进行连续控制：按套路打太极拳等，全程行为，占精力大。用灵敏度来衡量全程行为，占精力大。用灵敏度来衡量 5.调整动作：调整动作：是机体自我保护，通过不断调整动作以改善某一是机体自我保护，通过不断调整动作以改善某一部分的受力状态部分的受力状态 。静态时，体操最后一节，太极拳最后收功。静态时，体操最后一节，太极拳最后收功 调整整个身体状态调整整个身体状态不是孤立存在，混合形式出现不是孤立存在，混合形式出现7.3.2 避免静态肌肉受力避免静态肌肉受力 设计要点如下：设计要点如下：1.避免弯腰及其它不自然的姿势，见避免弯腰及其它不自然的姿势，见图图7-8（a）2.避免长时间抬手作业，见避免长时间抬手作业，见图图7-8（b）3.坐姿工作比立姿工作省力坐姿工作比立姿工作省力4.双手作业时，手的运动方向相反或不对称双手作业时，手的运动方向相反或不对称5.作业位置与视距的关系，见作业位置与视距的关系，见图图7-96.常用工具、零件、材料与操作者的位置关系常用工具、零件、材料与操作者的位置关系7.手在较高位置作业时，应增设支承物手在较高位置作业时，应增设支承物8.利用重力作用，见利用重力作用，见图图7-107.3.3 避免弯腰提起重物避免弯腰提起重物，见见图图7-117.4 作业姿势设计的辅助手段作业姿势设计的辅助手段7.4.1 设计用人体模板设计用人体模板，图图7-13，图图7-14 人体模板，就是以人体测量尺寸为基础，考虑到人体模板，就是以人体测量尺寸为基础，考虑到人体各部位运动舒适要求，制作出的辅助设计用模人体各部位运动舒适要求，制作出的辅助设计用模型。目前，发达国家在人体系统设计中采用较多为型。目前，发达国家在人体系统设计中采用较多为二维人体模板，这种人体模板是根据人体测量数据二维人体模板，这种人体模板是根据人体测量数据进行处理和选择而得到的标准人体尺寸，利用塑料进行处理和选择而得到的标准人体尺寸，利用塑料板或密实纤维板等材料，按照板或密实纤维板等材料，按照1 1、1 2、1 5等设计等设计常用比例，制成人体各个关节均可活动的人体侧面常用比例，制成人体各个关节均可活动的人体侧面模板。二维坐姿、站姿人体模板模板。二维坐姿、站姿人体模板见见图图7-12，图图7-12b,图图7-12c7.4.2 设计用人体仿真软件设计用人体仿真软件，见，见图图7-15，图图7-16第第 7 章章 结结 束束回回 总总 目目 录录第第 8 章章附录本章所附插图图7-1立姿工作姿势的条件返回图7-2 肢体活动范围并列的：最小、平均、最大返回图7-3 人体各部位活动范围示意图返回图7-4 人体在不同姿势下的施力状态（a)操作姿态；（b)活动姿态返回图7-5 不同姿势的 相对氧耗量（a）仰卧100；（b）坐姿103105；（c）立姿108110；（d）跪姿130140；（e）弯腰150160；返回图7-6 各种作业姿态相对应的能耗（kcl/min）从坐姿到搬运重物从坐姿到搬运重物 :1.6-16.2:1.6-16.2 返回图7-7 姿势与肢体活动程度使用肌电仪调查了不用椅子的各种坐姿肢体活动程度，以立姿100100计算，计算，活动度增加，人体耗能增大活动度增加，人体耗能增大返回图7-8 不良的 作业姿势 a a 当身体和头向两侧弯曲造成多块肌肉静态受力，危害大于当身体和头向两侧弯曲造成多块肌肉静态受力，危害大于向前弯曲向前弯曲 b b 左手右肩肌肉静态受力容易疲劳，左手右肩肌肉静态受力容易疲劳，重新设计，使作业面重新设计，使作业面降到肘关节以下，提高效率，保证健康降到肘关节以下，提高效率，保证健康返回图7-9 适应视觉的姿势返回作业位置高度按工作者的眼睛和观察时所需的距离来设计 观察时所需的距离越近，作业位置越高。作业位置高度应保证工作者姿势自然，眼睛正好处在观察时要求的距离。手臂支撑，避免肌肉静态施力。图7-10保持从高向低的方向装卸货物示意图从高到低从高到低返回图7-11 弯腰与 直腰提起重物示意图（a）直腰弯膝：提起重物时提起重物时,椎间盘内压力较小椎间盘内压力较小（b）弯腰直膝时椎间盘内时椎间盘内 压力突然增大压力突然增大 ；不仅加大了椎间盘的负荷不仅加大了椎间盘的负荷,而且改变了压力分布而且改变了压力分布,前缘压力大前缘压力大,后缘压力小后缘压力小 .损伤椎间盘损伤椎间盘 返回正确提正确提重重:直腰直腰弯膝弯膝图7-12 坐姿人体模板侧视图返回模板设计采用穿鞋裸体人体尺寸基准线用来确定关节调节角度，角度可从模板上相应部位的刻度盘读出。图7-12b根据工作中手的姿势的不同，有下列几种手的姿势供选择使用：1）三指捏在一起的手，见图1中的A型；2）握住圆棒的手，手的横轴为垂直面，见图1中的B型；3）握住圆棒的手，手的横轴为水平面，见图1中的C型；4）伸开的手，见图1中的D型。返回图图7-12c7-12c 用于工作系统的设计 借助于人体模板，可以很方便地得出在理想操作姿势下各种百分位的人体尺寸所必须占有的范围和调节范围，由此很快确定或绘制出相应的工作台、座椅和脚踏板等设计方案 返回图7-13人体模板设计水中健身的舒适姿势人体模板设计水中健身的舒适姿势确定健身设备器身的人机界面形状确定健身设备器身的人机界面形状返回图7-14人体模板用于轿车驾驶舒适姿势设计实例返回图7-15 SAMMIE系统生成的系统生成的计算机工作台和操作者工作姿态示意图返回图7-16 由CREW CHIEF系统建立的女性操作者作业姿态返回加入约束后的人体仿真模型运动仿真分析返回