劳动生理与人类工效学

劳动生理与人类工效学Work Physiology and Ergonomics,华中科技大学同济医学院劳动卫生与环境卫生学系杨磊,Working condition,What are they doing?（界面）,Working condition,Open operation- normal one,Minimum invasive operation, good or bad? to whom?,劳动生理学,劳动生理学研究一定劳动条件下人的器官和系统的功能,Lehre und Wissenschaft von der Funktion menschlicher Organe oder Organsysteme unter den besonderen Bedingungen von Arbeit und Arbeitsumwelt - von Laurig aus dem Buch Ergonomie,劳动生理学,劳动条件在这里指劳动任务、劳动场所、劳动对象、工作设备及工作环境等。劳动条件会对劳动者的器官和系统产生影响，二者间的相互关系是劳动生理学研究的核心问题。可从机体反应的强度和持续时间来测定劳动条件对机体的影响，然后归纳和评价，最终用于劳动设计。方法上有一系列环节：测定-归纳-评价-设计应用。显然，劳动生理学与职业医学乃至工程学有密切关系。,一、劳动能量代谢,肌肉活动的能量来源作业时候氧消耗的动态变化劳动能量代谢与劳动强度分级,能量摄入与消耗,ATP+H2O ADP+Pi+23.9 kJ/mol,CP+ADP Cr+ATP,肌肉活动可直接利用的能量及其来源,氧消耗动态变化概念, 氧需（oxygen demand）劳动一分钟所需要的氧量, 氧债（oxygen debt）氧需与实际供氧不足的量, 最大摄氧量（maximum oxygen uptake）血液在一分钟能供应的最大氧量,氧债及其补偿,能量代谢与劳动强度,中等强度作业大强度作业极大强度作业,各类活动能量消耗,体力劳动时机体的调节与适应,神经系统：主观能动性；动力定型心血管系统：心率；血压；血液再分配；成分呼吸系统：肺通气量；呼吸次数排泄系统：肾脏；汗腺体温：深部体温,脑力劳动时的生理变化,与体力劳动相比较而言，脑力劳动的一个显著特点在于处理信息（information），有时要交付出新的信息。,注意和记忆attention and memory,工作记忆（working memory）：一种以不稳定形式初始和短暂地储存信息的记忆。长期记忆：也称为第二级或第三级记忆，长期记忆储存大量的知识，其内容是抹不掉的。,脑力劳动的职业卫生,劳动者劳动工具工作任务（？信息通量）工作环境工作组织,信息冗余度（information redundancy）：它表示信号所携带的实际信息量低于它可能携带最大信息量的程度。多余的信息可保证劳动者能够检查和确认信息，应保持适量的信息冗余度。,Hhe von Zeichen,vereinfacht nach DIN 66 234fr Beobachtungsabstnde 500 mm,Wie hoch mssen Zeichen sein, um zuverlssiggelesen werden zu knnen ?,Beobachtungsabstand (mm),200 (mm),ausfhrbar und gefhrdungsarm ?,Fragen zur Anwendung ergonomischer Prinzipien,工效学原则应用:考虑的问题,(某项工作)是否可执行且无危险？,文字信号应该多高(大小) ，以便能准确地阅读呢？观看距离(mm) 200(mm),根据DIN66234的简化公式，适于观看距离500mm,劳动负荷的评价,劳动（work）：人为了一定目的而从事的一切活动。劳动负荷评价（work load evaluation）:目的在于把负荷维持在一个适当的水平，以便有效地完成工作任务又不损害健康。,劳动和作业类型,脑力劳动体力劳动静力作业动力作业反复性操作高过头顶的作业,静力和动力作业,静力作业（static work）：也叫静态作业，主要依靠肌肉等长性收缩（isometric contraction）来维持一定体位，使机体和四肢关节保持不动所进行的作业。,静力和动力作业,其特点是能耗水平一般不高，肌肉却容易疲劳。在作业停止数分钟后，氧耗不下降反而先升高再逐渐下降。动力作业则与静力作业相反,作业类型示意图,静力作业,作业类型,动力作业 (dynamic work)：即在保持肌张力不变，等长性收缩情况下，肌肉交替收缩和舒张，使关节活动来进行的作业。 动力作业又可分为重动力作业和轻动力作业,反复性作业（repetitive work）：又称轻动力作业，参与作业的是一组或多组小肌群，其量小于全身肌肉总量的1/7，肌肉收缩频率高于15次/分钟，能耗不高，却容易疲劳。,作业类型,作业类型,高抬举作业（overhead work）：手举过头顶来完成某项操作，一是静力作业成分，二是心脏与工作肌的静水压，导致心血管高度应激，工作肌乃至全身容易疲劳。,高过头顶的作业 Overhead?,Ergonomic designOverhead work?,劳动负荷评价,劳动者劳动对象（物质、能量和信息）劳动工具劳动环境,劳动系统,产品,负荷与应激Stress and Strain,负荷（stress）：负荷指劳动系统对机体生理心里总的需求和压力，它强调外界因素和状态。应激（strain）：指负荷对个体的影响，它强调机体内部的生物过程和反应。,人的特性（human characteristics）,劳动负荷评价,现在认识到，劳动负荷过高或者过低都不好：负荷过高会降低作业的质量和水平，引起机体疲劳甚至损害。负荷过低会降低作业者的警觉性，使其感到单调、无兴趣，也影响作业能力。 体力与脑力劳动均如此，,适宜水平：劳动负荷的适宜水平可以理解为在该负荷下能够连续劳动八小时，不至于疲劳，长期劳动也不损害健康的卫生学限值。一般认为，劳动负荷的适宜水平约为最大摄氧量的1/3。 以能量代谢计，在男女分别为17kJ/min和12kJ/min。 心率则为安静时的心率再加上40次/分钟,卫生标准、安全限值,有现代劳动（modern work ）的说法。一般而言，体力劳动减少，而越来越常见的是所谓感觉运动式劳动、反应式劳动。例如：视屏显示终端（visual display terminal, VDT）。 美国1987年1.5千万台VDT投入使用，1990年增加到7千万台，2000年增加到1亿台。瑞典2002年报道，68%和63%的男子和妇女在日常工作中使用计算机。还有流水线装配、驾驶、警卫和监控等。在这种现代劳动的过程，体力劳动已经消失或为机械所取代，体力不再是主要问题，而是要求劳动者吸收和加工信息，精确地移动手臂、手指来完成某项操作。对脑力和视觉器官的要求、反复性操作、静态作业、劳动姿势和时间压力（time pacing）等劳动负荷似乎更为突出。,劳动内容和方式的变化,劳动负荷评价的指标与方法,客观方法a 体力劳动：能量代谢、心率、肌电、肌酸激酶、激素b 脑力劳动：心率、瞳孔测量、心率变异性、脑诱发电位主观方法a 体力劳动：调查表、谈话、Borg 量表b 脑力劳动：Cooper-Harper量表、 NASA负荷指数观察方法工作活动分析法（AET: Arbeitswissenschaftliche Erhebungsverfahren zur Ttigkeitsanalyse）工作姿势系统分析法（OWAS: the Ovako work posture analyzing system）,Workload evaluation,from Institut fr Arbeitsphysiologie an der Universitt Dortmund,韩国银行职员的工作,EMG应用研究简介劳动生理与人类工效学实验室，同济,人类工效学实验室，同济,A/D转换,人类工效学实验室，同济,原始肌电图:,RMS值与时间的曲线:,MVC%与时间的曲线:,MVC%RMS/MVC100,人类工效学实验室，同济,肌电测定分析指标,1. 时域（time domain）：幅度（amplitude）及其随时间的变化电活性（electrical activity, EA），通过检波而得到电活性指标（总功率）： （公式-1）均方根值（root mean square, RMS）系幅度的一个基本指标： （公式-2）肌肉活动性（muscular activity, ACT），经时间信号的微分而得： （公式-3）2. 频域（frequency domain）：肌电信号的能量在不同频率的变化。中心频率（center frequency），包括中位频率（median frequency）和平均频率（mean frequency）。,劳动姿势负荷研究,劳动姿势负荷- 多瞬间点调查 (Multimomentverfahren),搬举技巧,搬举技巧,搬举作业因素Factors of lifting,图 肌电MVE%随搬举次数的变化,伞兵-踝关节损伤,伞兵-踝关节损伤,高处跳下-伞兵训练科目,脑力劳动负荷的评价Mental work load evaluation,心率变异性（HRV）,作业能力（Work capacity）,作业能力的影响因素与改进措施,社会心理个体（年龄、性别）环境工作条件疲劳与休息锻炼和练习,疲劳Fatigue Ermdung,疲劳是体力和脑力效能（functional efficiency）的减弱，取决于工作负荷的强度和持续时间，经过适当休息又可恢复。疲劳也可以理解为一种状态：原来可轻松完成的工作，现在却要花费很大精力才能应付，且取得的成果越来越小。,图 疲劳时身体移动的曲线,复原RecoveryErholung,复原作为疲劳的对立物，是克服疲劳的负面影响：下降的功能经复原得以恢复，降低的能量-具体讲身体的力量重新得以储备；物理-化学的变动-具体讲人体内平衡状态紊乱得以纠正；调节和协调机制的影响得到去除；情绪和活动的抑制得以制止。,恢复(Recovery),工间休息breakPause,工休可理解为在工作班期间两个工作活动之间的工作中断。在实用劳动生理学，它指在生理和心理上有作用的那样一种休息。 从有效的复原而言，工休还涉及不同的时间层面。 H. Luczak,复原,图 工间休息中复原的作用,人体生物节律,人类工效学,人类工效学（Ergonomics）利用解剖学、生理学、心理学和工程学的知识和方法来研究人与职业的相互关系，旨在促进这种关系的和谐与统一。,人 机器 工效学设计 界面（interface）,培训,工效学的主要任务,历史概况,1950年英国科学家建立一个学会，Murrell 建议用Ergonomics 这个术语1857年 Jastrzebowski 在波兰文出版物最早使用这个词汇。他把工效学定义为：“人劳动的科学”。”以最小的消耗，最高的满意度来为个人和公众换取最大利益的科学”。,历史概况,Ergonomics 由两个希腊语的词根组成:Ergon=劳动, 工作Nomos=规律, 规则关于人劳动的科学以最小的花费换取最丰硕的成果,人类工效学的不同称呼:美国:human factors human engineering,工效学有关学科,生物力学 (Biomechanics)人体测量学 (Anthropometry)机器制造 (Machine building)医学 (Medicine)a. 解剖 (Anatomy)b. 生理 (Physiology),概念,生物力学是生物系统的力学，把生物力学的原理应用于生物系统（Y.C. Fung, 1981）。职业生物力学（Occupational biomechanics）应用生物力学的原理来研究工作需求对工人动力学和运动学方面的影响。,行动限值的计算公式： AL=行动限值（action limit）， 以牛顿（N）表示，它不是一个固定值，而是取决于公式中诸因素。MPL最大允许限值，MPL=3AL,Action limit,须要采取预防措施的这样一种限值（actionlimit, AL）。在此，英文“action”译作“须采取措施的”，此含意在英文文献普遍。,注释： NIOSH规定建立在两个水平上：行动限值（action limit，AL）和最大允许限值（maximum permissible limit， MPL）。研究表明：若超过AL，工人受伤害的危险性增加；处于AL时，脊柱L5/S1处的压力约3400N，多数人都能耐受；此时的能量消耗为14.64kJ/min；多数劳动者（男99%，女75%）能提举起AL时的重量。若超过MPL，肌肉骨骼受伤害的危险性明显增加；处于MPL时，L5/S1处受到的压力可超过6400N，这是多数工人不能耐受的；此时的能消耗量至少为20.92kJ/min；仅25%的男工和少于1% 的女工能在MPL以上进行工作。根据这两个水平，可将提举搬运劳动的负荷分为三个级别：超过MPL，该搬举负荷是不能接受的，应重新设计工作。处于AL和MPL间，此时必需有指导和工程上的措施（如就业前体检筛选、训练和工作重新设计)， 否则也是不可接受的。低于AL，对多数工人只具有一般的的危险性（normal risk）。,人体测量（Anthropometry）,以物理量纲对人的研究，它包括人体特性的测量例如：身材、宽、围长、解剖位点间的距离和肌力。人体测量还包括身体节段的质量、节段的重心和关节移动的范围。,工效学设计Ergonomic design,工效学设计Ergonomic design,工效学设计Ergonomic design,图 不同高度桌子打字时肩部肌肉活动的EMG测定，示为最大随意收缩的EMG百分比。A:理想高度； B:太高，使得肩耸高；C:太高，不得不外展手臂（Hagberg, 1981）。,图 外展15-20(b)和弯曲25 (a)是可以接受的（Engdahl, 1978）,一般原则,工作场所主要类型（Categories of workplace）,坐式 (sitting)站式 (standing)又坐又站 (sit/stand),工效学标准、规则,上个世纪60年代末，德国社会开展“争取高质量生活”的讨论。1969年提出”劳动生活人性化”的问题。1973年德国在联邦政府声明强调它是首要的工作任务。1974年德国的两个部（劳动与社会秩序部、研究与技术部）开始实施其研究计划。其中，对劳动设计提出了这项要求（标准）。,工效学标准、规则,可执行性Ausfhrbarkeit忍受性Ertrglichkeit期望性 Zumutbarkeit满意性 Zufriedenheit,Bei bestimmungs-gemer Verwendungmssen Belstigung, Ermdung und psychische Belastung des Personals unter Bercksichtigung der ergonomischenPrinzipien auf das mgliche Mindestmareduziert werden.,Grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen fr den Bau von Maschinen(89/392/EWG),Europischer Richtlinie:Bercksichtigungergonomischer Pri