人因工程第四章.ppt

第四章 作业能力与作业疲劳,人因工程,目 录,第一节 作业能力的动态分析 第二节 作业疲劳及其测定 第三节 提高作业能力与降低疲劳的措施,作业能力的动态变化规律 影响作业能力的主要因素,第一节 作业能力的动态分析,一、作业能力的动态变化规律,作业能力是指作业者完成某种作业所具备的生理、心理特征，综合体现的个体所蕴藏的内部潜力。,一、作业能力的动态变化规律,这些生理、心理特征，可以从作业者单位作业时间内生产的产品产量和质量间接地体现出来。但在实际生产过程中，生产的成果（产量和质量）除受作业能力的影响外，还受作业动机等因素的影响。所以 生产成果f（作业能力作业动机）,一、作业能力的动态变化规律,当作业动机一定时，生产成果的波动，主要反映了作业能力的变化。一般情况下，作业者一天内的作业动机相对不变。因此，作业者单位时间所生产的产品产量的变动，反映了作业能力动态，典型的变化规律一般呈现三个阶段，如图31所示。,一、作业能力的动态变化规律,一、作业能力的动态变化规律,以脑力劳动和神经紧张型作业为主的作业，其作业能力动态特性的差异极大。作业能力动态变化情况，取决于神经紧张的类型和紧张程度。这种作业的作业能力，在开始阶段提高很快，但持续时间很短，作业能力就开始下降。为了提高作业能力，对以脑力劳动和神经紧张型为主的作业，应在每一周期之间安排一段短暂的休息时间。,二、影响作业能力的主要因素,影响作业能力的因素多而复杂，除了作业者个体差异之外，还受环境条件、劳动强度等因素的影响，其大致可归纳为：生理因素、环境因素、工作条件和性质、锻炼与熟练效应等四种。,二、影响作业能力的主要因素,生理因素 体力劳动的作业能力，随作业者的身材、年龄、性别、健康和营养状况的不同而异。对体力劳动者，在2535岁以后，心血管功能和肺活量下降，氧上限逐渐降低，作业能力也相应减弱。但在同一年龄阶段内，身材大小与作业能力的关系远比实际年龄更为重要。对脑力劳动者，智力发育似乎要到20岁左右才能达到完善程度，而2030（或40）岁可能是脑力劳动效率最高的阶段，其后则逐渐减退，且与身材无关。,二、影响作业能力的主要因素,生理因素 性别对体力劳动作业能力，由于生理差异极大，一般男性的心脏每博最大输出量、肺的最大通气量等均较女性大，故男性的作业能力也较同年龄阶段的女性强。但对脑力劳动，智力的高低和效率却与性别关系不大。,二、影响作业能力的主要因素,环境因素 通常是指工作场所范围内的空气状况、噪声状况和微气候（温度、湿度、风速等）。它们对体力劳动和脑力劳动的作业能力均有较大影响，这种影响或是直接的，或是间接的，影响的程度视环境因素呈现的状况，以及该状况维持时间的长短而异。如空气被长期污染，可导致呼吸系统障碍或病变。肺通气量下降会直接影响体力劳动的作业能力，而使机体健康水平下降，间接影响作业能力。,二、影响作业能力的主要因素,工作条件和性质 生产设备与工具的好坏对作业能力的影响较大，主要看它在提高工效的同时，是否能减轻劳动强度，减少静态作业成分，减少作业的紧张程度等。,二、影响作业能力的主要因素,工作条件和性质 劳动强度大的作业不能持久，许多研究结果指出，对8h工作制的体力劳动，能量消耗量的最高水平以不超过作业最大能量消耗量的13为宜，在此水平以下即使连续工作480min也不致引起过度疲劳。,二、影响作业能力的主要因素,工作条件和性质 对轻和中等强度的作业，作业时间过短，不能发挥作业者作业能力的最高水平；而作业时间过长，又会导致疲劳，不仅作业能力下降，还会影响作业者的健康水平。因此，必须针对不同性质和不同劳动强度的作业制定出既能发挥作业者最高作业能力又不致损害其健康的合理作业时间。,二、影响作业能力的主要因素,工作条件和性质 现代工业企业生产过程具有专业化水平高、加工过程连续性强、各生产环节均衡协调和一定的适应性等特点。因此，劳动组织和劳动制度的科学与合理性，对作业能力的发挥有很大影响。例如，作业轮班不仅会对作业者的正常生物节律、身体健康、社会和家庭生活等产生较大的影响，而且也会对作业者的作业能力产生明显影响。,二、影响作业能力的主要因素,锻炼与熟练效应 锻炼能使机体形成巩固的动力定型，可使参加运动的肌肉数量减少，动作更加协调、敏捷和准确，大脑皮层的负担减轻，故不易发生疲劳。体力锻炼还能使肌体的肌纤维变粗，糖原含量增多，生化代谢也发生适应性改变。此外，经常参加锻炼者，心脏每搏输出量增大，心跳次数却增加不多；呼吸加深，肺活量增大，呼吸次数也增加不多。这就使得机体在参与作业活动时有很好的适应性和持久性。,二、影响作业能力的主要因素,锻炼与熟练效应 锻炼对脑力劳动所起的作用更大、更重要。这是因为人类的智力发展并不象体力那样受生理条件的高度限制。,二、影响作业能力的主要因素,锻炼与熟练效应 熟练效应是指经常反复执行某一作业而产生的全身适应性变化，使机体器官各个系统之间更为协调，不易产生疲劳，使作业能力得到提高的现象。典型的熟练效应曲线如图32所示。平均单位工时t与累计产量m呈负指数关系（k是待定系数）。曲线表明随着产品产量的增加，作业者作业熟练程度越高，平均单位工时消耗也越少。反复进行同一作业是一种锻炼过程，是形成熟练效应的原因。,二、影响作业能力的主要因素,第二节 作业疲劳及其测定,作业疲劳及其特点与分类 疲劳的发生机理 测定疲劳的方法,一、作业疲劳及其特点与分类,作业者在作业过程中，产生作业机能衰退，作业能力明显下降，有时伴有疲倦感等主观症状的现象，叫做作业疲劳（简称疲劳）。,一、作业疲劳及其特点与分类,作业疲劳的特点突出表现在两个方面：疲劳不仅是生理反应，而且还包含着大量的心理因素、环境因素等。,一、作业疲劳及其特点与分类,例如，作业者为了某种目的，通过自己的努力可以在短时间内掩盖疲劳的效应；相反，心理上的某种不适或不满又会提前或加速疲劳的出现。如单调的作业内容、强制而令人不适的作业节奏，使作业者产生厌倦感，因而造成作业者的作业效率下降。疲劳不仅使作业能力下降，而且增加事故。许多资料表明，严重事故发生的时间，大部分集中在疲劳期（图33）。,一、作业疲劳及其特点与分类,一、作业疲劳及其特点与分类,为了便于认识疲劳，可以把它分成四种类型：个别器官疲劳。全身性疲劳。智力疲劳。技术性疲劳。,一、作业疲劳及其特点与分类,个别器官疲劳 常发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作业：如手、视觉、听觉等的局部疲劳，一般不影响其他部位的功能。例如手疲劳时，对视力、听力等并无明显影响。,一、作业疲劳及其特点与分类,全身性疲劳 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，疲乏，不愿活动和作业能力明显下降，错误增加等。,一、作业疲劳及其特点与分类,智力疲劳 是长时间从事紧张脑力劳动所致，表现为头昏脑胀、全身乏力、嗜睡或失眠、易激惹等。,一、作业疲劳及其特点与分类,技术性疲劳 常见于需要脑力、体力并重且神经精神相当紧张的作业，如驾驶汽车、飞机、收发电报、计算机操作等。其表现要视劳动时体力和脑力参与的多少而异。例如卡车司机疲劳时除全身乏力外，腰酸腿痛颇为常见；而无线电发报员、半自动化作业操纵人员等，则以头昏脑胀、嗜睡或失眠等多见。,一、作业疲劳及其特点与分类,疲劳的发生可分为三个阶段：（1）第一阶段：疲倦感轻微，作业能力不受影响或稍下降。此时，浓厚兴趣、特殊刺激、意志等可使自我感觉精力充沛，能战胜疲劳，维持劳动效率，但有导致过劳的危险。（2）第二阶段：作业能力下降趋势明显，并涉及生产的质量，但对产量的影响不大。（3）第三阶段：疲倦感强烈，作业能力急剧下降或有起伏，后者表示劳动者试图努力完成工作要求。最终感到精疲力竭、操作发生紊乱而无法继续工作。,二、疲劳的发生机理,疲劳可能起源于心理因素，常与缺乏动力、兴趣或过度心理紧张等因素有关；也可能是由于生理因素，常与过度体力活动（含劳动与运动） 职业性有害因素的作用等有关。在此仅讨论以体力活动为主所致的疲劳，即体力疲劳（physical fatigue）或肌肉疲劳（muscular fatigue）发生的机理.,（一）四种不同而又有联系的学说,能源物质耗竭学说 这种理论认为劳动者在劳动过程中需要消耗能量。随着劳动的进程，能源物质（如糖原、APT、CP等）不断地消耗，但人的能源物质贮存量是有一定的限度的，一旦耗竭，便呈现疲劳。,（一）四种不同而又有联系的学说,疲劳物质累积学说 这种理论认为疲劳是人体肌肉或血液中某些代谢物质，如乳酸、丙酮酸等酸性物质大量堆积而引起的。,（一）四种不同而又有联系的学说,中枢神经系统变化学说 这种理论认为人在劳动中，中枢神经的功能发生着变化，当兴奋到某种程度，必然会产生抑制。疲劳是中枢神经工作能力下降的表现，是大脑皮质的保护性作用。,（一）四种不同而又有联系的学说,机体内环境稳定性失调学说 这种理论认为劳动中体内产生的酸性代谢物，使体液的PH值下降。当PH值下降到一定程度，细胞内外的水分中离子的浓度就会发生变化，人体就会呈现疲劳。,（二）体力劳动时骨骼肌疲劳的原因,APT耗竭 肌肉收缩时，肌纤维中的肌球蛋白丝与肌动蛋白丝发生相对滑动，所需能量是由APT分解供给的。但肌肉中APT分子的储备与供应能力有限，只要APT浓度稍微下降，就会使肌球蛋白横桥上的APT酶活性下降，使肌肉收缩周期受到影响，也会使Ca2+ 循环减慢，致使肌肉发生疲劳。,（二）体力劳动时骨骼肌疲劳的原因,PH降低 剧烈体力活动时，肌肉内有乳酸蓄积，PH从7.0降到6.66.3。此时，由于H+浓度增高而干扰许多酶的催化活性，全部或部分地影响到下列代谢过程：抑制磷酸果糖激酶活性，使通过糖酵解所产生的APT供应减少；通过抑制磷酸化酶激酶和苷环化酶活性和促使HPO42- 转变为H2PO4- 而使糖原分解减少，使糖酵解受到影响，APT的供应亦减少；由于H2PO4- 的形成，即Pi（磷酸根）与H+ 都增多了，导致平衡的偏移均会致肌力减小，终使疲劳而停止工作。,（二）体力劳动时骨骼肌疲劳的原因,糖原耗竭 人的碳水化物储备有限，相当于不足4184 KJ，剧烈体力活动12小时即会发生疲劳，伴有低血糖、肌糖原与肝糖原耗竭。肌糖原的储备与平时的膳食成分有关，亦即与疲劳发生的时间早迟有关。,（二）体力劳动时骨骼肌疲劳的原因,最大氧流量受限 最大氧流量（VO2max）即最大摄氧量，它与最大心输出量、骨骼肌毛细血管密度、肌红蛋白浓度和线粒体密度有关，有氧锻炼均可使它们增加。限制V02max进一步提高的是最大心输出量。可见，心血循环系统递氧功能差的人，即容易疲劳。,（二）体力劳动时骨骼肌疲劳的原因,骨骼肌量不足 缺乏体力锻炼者，不仅肌肉中糖原储备少，而且骨骼肌量不足，单位横断面上承受的负荷较大，更容易发生疲劳。,（三）肌肉疲劳的分子理论,葡萄糖摄取 体力活动时，交感神经抑制胰腺细胞释放胰岛素，使血中胰岛素降低，会使多数器官和组织靠胰岛素刺激摄取葡萄糖的量减少；还有利于血流从多数器官（除脑外）流向收缩活动中的骨骼肌，而后者还提高了对胰岛素的敏感性。与此同时，收缩活动中的肌肉产生二酰基甘油，促使蛋白激酶C从胞浆大量转移至微粒体，与Ca2+ 一起激活葡萄糖的转运，使葡萄糖载体从胞浆中的内储藏池大量补充至肌纤维膜并加速其在膜中的移交。这样，就形成了大量葡萄糖转运至活动着的肌肉并被其摄取、利用。,（三）肌肉疲劳的分子理论,丙二酰基辅酶A浓度 重体力活动时，丙二酰基辅辅酶（malonyl - CoA）的浓度下降，会对肉碱酰基转移酶I活性的抑制减弱，而促使脂肪酸氧化加速来提供能量，起节约肌糖原的作用。,（三）肌肉疲劳的分子理论,肌浆网功能 在长期耗竭性肌肉活动后或大强度肌肉活动后，可见到快抽动肌肉的肌浆网摄取Ca2+ 的速率下降。这可能是肌浆网Ca2+ - ATPase活性失活所致。该酶活性下降的意义：部分人认为，这可能是肌肉疲劳的原因之一；另一部分人则认为，肌浆网摄取Ca2+ 减少，可能导致肌浆中游离Ca2+ 增多，而使肌肉收缩的峰张力和半松弛时间均延长，致使肌力减弱。,（三）肌肉疲劳的分子理论,线粒体浓度 骨骼肌有氧锻炼，会促使线粒体浓度适应性增强。这主要是由于线粒体蛋白质mRNA编码加快，而促使线粒体蛋白质合成速度加快。其结果是：激活多种胞液酶并将其转移至线粒体内，使氧化游离脂酸的能力增加而节约糖原的氧化，延缓了疲劳的发生。,（三）肌肉疲劳的分子理论,糖酵解酶活性 有氧耐力锻炼后，快抽动红肌中的糖酵解酶活性下降了；同时，骨骼肌中的快肌球蛋白转换成慢肌球蛋白重链，降低了活动时的氧消耗量，亦即使具有高ATPase的快肌球蛋白异构体转换为具有较少ATPase的慢肌球蛋白异构体。这是锻炼所致的适应性变化，也是能消耗量减少和不易发生疲劳的原因。,（三）肌肉疲劳的分子理论,离子转移 动作电位（Action potentials）是沿着肌纤维膜上的横小管（t小管）迅速传至肌细胞内。由于横小管上的NaK泵很少，加上K+ 通过横小管孔的扩散率有限，故K+ 在横小管中比在间质中的蓄积量大。K+在横小管中形成的传导阻滞，可能是肌肉疲劳的原因之一。但在低强度体力活动时，横小管内K+ 浓度在510分钟内即达稳定状态而不会继续升高。故一些学者认为，细胞外K+浓度的变化，尚不足以解释长时间的体力活动中肌力逐渐减弱的现象。但均认为，高浓度的细胞外K+ 可能与肌力耗竭有关，特别是在大强度体力活动时。,（三）测定疲劳的方法,检测疲劳的方法基本分为三类： 生化法 生理心理测试法 他觉观察及主诉症状法,（三）测定疲劳的方法,生化法 通过检查作业者的血、尿、汗及唾液等液体成分的变化判断疲劳，这种方法的不足之处是：测定时需要中止作业者的作业活动，并容易给被测者带来不适和反感。,（三）测定疲劳的方法,生理心理测试法 包括：膝腱反射机能检查法，两点刺激敏感阈限检查法，频闪融合阈限检查法，连续色名呼叫检查法，反应时间测定法，脑电肌电测定法，心率（脉率）血压测定法。,（三）测定疲劳的方法,膝腱反射机能检查法 是用医用小硬橡胶锤，按照规定的冲击力敲击被试者的膝部，根据小腿弹起角度的大小评价疲劳程度。被试者的疲劳程度不同，引起的反射运动钝化程度也不相同。一般认为：作业前后反射角变化510时为轻度疲劳；反射角变化1015时为中度疲劳；反射角变化1530时为重度疲劳。此值亦称膝腱反射阈值。,（三）测定疲劳的方法,两点刺激敏感阈限检查法 采用两个距离很近的针状物同时刺激皮肤表面，当两个刺激点间的距离小到刚刚使被试者感到是一点时的距离，称为两点刺激敏感阈限。作业机体疲劳时感觉机能迟钝，两点刺激敏感阈限增大，因此，可以根据这种阈值的变化判别疲劳程度。,（三）测定疲劳的方法,频闪融合阈限检查法 是利用视觉对光源闪变频率的辨别程度判断机体疲劳的方法。当光源以某一频率闪变时，人眼能够辨别出光源一明一暗，若把闪变频率提高到使人眼对光源闪变感觉消失时，此时称为融合现象。对于开始产生融合现象的闪变频率，称为融合度。相反，在融合状态下降低光源的闪变频率，使人眼产生闪变感觉的临界闪变频率，称为闪变度。融合度与闪变度的均值，称为频闪融合阈限。它表征着中枢系统机能的迟钝化程度，频闪融合阈限因人而异，但均受机体疲劳程度的影响。,（三）测定疲劳的方法,连续色名呼叫检查法 通过检查作业者识别各种颜色，并能正确地叫出各种颜色色名的能力，判别作业者的疲劳的方法。测试者准备5种颜色板若干块，相当快地抽取色板，同时让作业者回答，作业者若在疲劳状态下，回答速度较慢，且错误率相对增高。根据作业者的回答速度和错误率，可以判断作业者的疲劳程度。,（三）测定疲劳的方法,反应时间测定法 测定作业者的反应时间，根据其反应时间快慢也能判断作业者中枢系统机能迟钝化程度与大脑兴奋水平，因此，也可利用脑电图反映作业者的疲劳程度。对于局部肌肉疲劳，采用肌电图测量肌肉的放电反应，可判断肌肉的疲劳程度。当肌肉疲劳时，肌肉的放电反应振幅增大、节奏变慢。,（三）测定疲劳的方法,疲倦的他觉观察和主诉症状调查法 具体的作法是首先选定若干受试者，然后对他们进行若干天的跟踪调查。在受试者上班的时间内，每隔半小时向受试者提出询问：“在当前时刻你体验到什么样的疲劳特征？”，要求受试者指出这种或那种症状及其程度微弱、中等、剧烈。数据处理以程度的变异和新症状的出现作为单位数，如果出现中等或剧烈的新症状，则增加2或3个单位数，出现“普遍疲劳”或“全身症状”时加3个单位数，然后计算各个时间的平均数。,第三节 提高作业能力与降低疲劳的措施,改进操作方法，合理应用体力 合理确定休息制度 改善工作内容，克服单调感 合理调节作业速率,一、改进操作方法，合理应用体力,改进操作方法的首要任务是使作业者处于一种合理的姿势，减少能量消耗，缓解机体的疲劳。 其次，在作业姿势一定的情况下，为作业者提供合适的工作台和座椅。 第三，根据人体生理特点，合理应用体力。,一、改进操作方法，合理应用体力,正确选择作业姿势和体位 在确定作业姿势时，主要考虑：作业空间的大小和照明条件；作业负荷的大小和用力方向；作业场所各种仪器、机具和加工件的摆放位置；工作台高度及有没有容膝空间；操作时的起坐频率等因素。,一、改进操作方法，合理应用体力,正确选择作业姿势和体位 对于那些：需要经常改变体位的作业；工作地的控制装置布置分散，需要手、足活动幅度较大的作业；在没有容膝空间的机台旁进行的作业；用力较大的作业；单调的作业。