《安全人机工程学》 课件 第5章 人体作业特征

《安全人机工程学》第五章人体作业特征5.1人体作业时的能量消耗5.2人体作业时的生理变化5.3劳动强度与分级5.4作业疲劳和消除5.1人体作业时的能量消耗

5.1.1人体能量的来源5.1.2人体能量代谢的种类5.1.1人体能量的来源

1.ATP-CP系列2.需氧系列3.乳酸系列5.1.1人体能量的来源

1.ATP-CP系列

5.1.1人体能量的来源5.1.2人体能量代谢的种类基础代谢量安静代谢量能量代谢量基础代谢量安静代谢量能量代谢量

维持体位所应增加的代谢量

作业所增加的代谢量5.1.2人体能量代谢的种类1.基础代谢量基础条件：清醒静卧空腹(食后10h以上)室温在20℃左右（kJ）将单位时间、单位体表面积的耗能量记为代谢率，单位是kJ/(m2·h)

。基础代谢率（BMR，basalmetabolicrate）kJ/(m2·h)

1.基础代谢量

体表面积（M）＝0.0061*身高（cm）＋0.0128*体重（kg）－0.15295.1.2人体能量代谢的种类2.安静代谢量

安静代谢量是人仅为保持身体平衡及安静姿势所消耗的能量。安静代谢率:R＝1.2B5.1.2人体能量代谢的种类3.能量代谢量

人体进行作业或运动时所消耗的总能量称为能量代谢量。

能量代谢量=MSt

M是能量代谢率[kJ/(m^2·h)]；S是人体表面积(m^2)；t是测定时间(h)。5.1.2人体能量代谢的种类4.相对代谢率RMR

5.2人体作业时的生理变化5.2.1最大耗氧量及氧债能力5.2.2最大心率5.2.3肌电图5.2.4脑电图5.2.1最大耗氧量及氧债能力

需氧量：体内单位时间内所需要的氧气量。摄氧量：单位时间内，人体通过循环、呼吸系统所能摄入的氧气量。耗氧量：人体在单位时间内消耗的氧气量。1.耗氧量和摄氧量5.2.1最大耗氧量及氧债能力

最大摄氧量：人体在从事高度繁重体力劳动时，循环、呼吸系统的功能经1～2分钟达到人体极限摄氧能力，这时人体单位时间内的摄氧量。VO2max=(56.592-0.398A)mL/（kg·min）最大耗氧量：可作为允许最大体力消耗标志。影响因素：年龄、性别、海拔高度、体能训练、劳动强度、持续时间表示一个人有氧劳动能力的大小，主要受遗传因素、年龄、性别、体能训练、劳动强度、持续时间、海拔高度等影响反映人体劳动负荷的高低，可作为允许最大体力消耗的标志5.2.1最大耗氧量及氧债能力

2.劳动负荷与氧债图5.1三种氧债与相应的劳动负荷示意图（a）常量负荷

（b）高量负荷

（c）超量负荷

3.总需氧量及氧债能力

总需氧量：劳动及劳动结束后恢复期所需氧量之和。——劳动时的总需氧量，ml——作业期摄氧量，ml——恢复期摄氧量，ml——安静时平均需氧量，一般为250ml/min——作业时间，min——恢复时间，min例题自行车测工计，结果如下，求作业时的总需氧量、需氧量、作业时总摄氧量、氧债及总氧债。时间作业情况总摄氧量（L）8:10~8:15休息（坐在车上）1.58:15~8:20踏蹬（138kg/min）17.08:20~8:50休息（坐在车上）13.5

3.总需氧量及氧债能力

氧债能力：一般人约为10L，训练有素的运动员可达15～20L。5.2.2最大心率单位时间内心室跳动的次数称为心率。HRmax=209.2-0.74A

A-年龄，岁5.2.2最大心率心率和劳动强度密切相关轻作业，心率增加不多；重作业能上升到150～200次/min。青年人中，当以50％的最大摄氧量工作时，男子心率约为130次／min，女子140次／min。5.2.2最大心率5.2.3肌电图(EMG)人机工程学上，常用肌图的电压幅值和收缩频率来进行评价。放电频率：肌肉从轻微收缩增加到最大收缩时，放电频率可从5次／s增加到50次／s。振幅：动作电位振幅(mV)的大小反映了参加收缩的肌纤维数量的多少。3组不同坐姿的2－3腰椎背棘直肌肌电图5.2.8脑电图(EEG)

5.3劳动强度与分级5.3.1国际劳工局分级标准5.3.2日本劳动研究所分级标准5.3.3我国分级标准中等强度又分为6级：国际劳工局分级标准中等强度作业大强度作业极大强度作业按耗氧量将劳动强度划分为3级：很轻轻中等重很重极重5.3.1国际劳工局分级标准5.3.1国际劳工局分级标准

表5.7中等强度作业分级劳动强度等级很轻轻中等重很重极重氧上限的%＜2525～37.537.5～5050～75＞75～100耗氧量L/min～0.50.5～1.01.0～1.51.5～2.02.0～2.5＞2.5能耗量kJ/min10.510.5～21.021.0～31.531.5～42.042.0～52.5＞52.5心率beats/min～7575～100100～125125～150150～175＞175直肠温度（℃）－＜37.537.5～3838～38.538.5～39.039.0排汗率（mL/h）－－200～400400～600600～800800～5.3.2日本劳动研究所分级标准劳动强度分级R.M.R耗能量（KJ）作业特点工种性别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，立位重心不动电话员电报员制图修理仪表女1925～30156900～8040B级轻劳动1.0～2.0男3850～52309290～10670

长时间连续上肢作业司机、车工打字员女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，可持续作业油漆工邮递员木工、石工女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次炼钢、炼铁土建工人女5940～745010970～29800E级极重劳动>7.0(7.0～11)男9090～1084014650～16330

全身快速用力作业呼吸急促、困难，2～5min即需休息伐木工（手工）大锤工女7450～892012480～139405.3.3我国分级标准表5.9我国体力劳动强度分级表体力劳动级别对应劳动体力劳动强度指数I轻劳动I≤15II中劳动15<I≤20III重劳动20<I≤25IV极重劳动I>251.体力劳动强度指数I计算方法

2.平均能量代谢率计算方法表5.10能量代谢率测定表2.平均能量代谢率计算方法（1）单项劳动能量代谢率计算

2.平均能量代谢率计算方法（2）平均能量代谢率计算

3.劳动时间率的计算方法

5.4作业疲劳和消除

5.4.1作业疲劳的分类5.4.2作业疲劳的特点5.4.3作业疲劳的产生机理5.4.4疲劳的测定方法5.4.5影响作业疲劳的因素5.4.6作业疲劳的预防和改善5.4.1作业疲劳的分类

1.按照疲劳的表现形式分类局部疲劳全身性疲劳智力疲劳010203技术性疲劳045.4.1作业疲劳的分类

2.按照疲劳的产生原因分类心理性疲劳生理性疲劳01025.4.1作业疲劳的分类

3.按疲劳程度分类一般疲劳重度疲劳过度疲劳0102035.4.2作业疲劳的特点局部疲劳引起全身疲劳。1疲劳使人的作业能力降低、作业意志减弱。2疲劳可以恢复。3作业内容和环境变化太小也能引起疲劳。4从有疲倦感到精疲力竭，感觉和疲劳有时并不一定同步发生。5作业疲劳可以缓解但是不能避免。65.4.3作业疲劳的产生机理力源耗竭机理随着劳动过程的进行，能量不断消耗，人体内的ATP、CP浓度和肌糖原含量下降。人体的能量供应是有限的，当可以转化为能量的能源物质肌糖原储备耗竭或来不及加以补充时，人体就产生了疲劳。5.4.3作业疲劳的产生机理疲劳物质累积机理

作业者短时间内从事大强度体力劳动，消耗较多能量，能量代谢需要的氧供应不足，产生无氧代谢，乳酸在肌肉和血液中储积，使人感到不适，产生疲劳感。5.4.3作业疲劳的产生机理中枢神经变化机理原苏联学者认为，全身(中枢)疲劳是强烈或单调的劳动刺激引起大脑皮层细胞储存的能源迅速消耗，这种消耗引起恢复过程的加强。当消耗占优势时，会出现保护性抑制，以避免神经进一步损耗并加速其恢复过程。5.4.3作业疲劳的产生机理生化变化机理人体在长时间活动过程中必会出汗，出汗导致体液丢失。一旦体液减少到一定程度，则循环的血量也将减少，从而引起活动能力下降。同时，汗液排出时还伴随着盐的丢失，这会影响血液的渗透压和神经肌肉的兴奋性，结果导致疲劳。5.4.3作业疲劳的产生机理局部血流阻断机理静态作业时，肌肉等长收缩来维持特定的体位，虽然能耗不多，但易发生局部疲劳。这是因为肌肉收缩的同时产生肌肉膨胀，且变得十分坚硬，内压很大，将会全部或部分阻滞通过收缩肌肉的血流，于是形成了局部血流阻断。人体经过休整、恢复，血液循环正常，疲劳消除。5.4.4疲劳的测定方法作业疲劳程度的判定作业疲劳的主观感觉评价法疲劳问卷调查作业疲劳的客观测量法

测定闪光融合临界值皮肤电流反应测定法测定心率（脉博数）测定反应时间测定触觉两点阈值膝腱反射机能检查法色名读唱时间法5.4.4疲劳的测定方法1.疲劳问卷调查各项目症状的轻重程度分为“无”、“轻”、“中”、“重”、“极重”5个等级，分别计为1、2、3、4、5分。各项目群别得分是其所含症状项目计分之和，总分为5个项目群别得分之和，总分越高表示疲劳程度越大。2.作业疲劳的客观测量法（1）测定闪光融合临界值闪光融合临界频率（CFF）：感到光的融合时闪光的最低频率和感到光闪烁时闪光的最高频率的平均数；具体做法是：不断增大亮点闪烁仪的光点闪烁频率，记录视觉刚刚出现闪光消失时的频率值，即融合阈值；光点闪烁频率从融合阈值以上降低，记录视觉刚刚开始感到光点闪烁的频率值，即闪光阈值。（1）测定闪光融合临界值一般地，CFF值越高，大脑意识水平也越高；相反，当人体在疲劳状态下，视觉神经出现反应钝化，大脑的意识和知觉水平下降，CFF值变低，因此，CFF值也作为视觉疲劳及精神疲劳的一种指标。判断2.作业疲劳的客观测量法（2）测定心率(脉博数)轻度作业，心率增加不多；重度作业能上升到150～200次/min。2.作业疲劳的客观测量法（3）皮肤电流反应测定法人体疲劳时，皮肤的电传导性提高，通过人体电流增大。测定时人体皮肤通以微电流，测定作业前后皮肤电流变化情况，从而判断人体疲劳程度。2.作业疲劳的客观测量法（4）测定反应时间人体疲劳的时候，感觉器官对光、声、电等的反应都会变慢，两种反应时间都会相应变长。通过测定作业前后反应时间的长短可作为疲劳判定的依据。2.作业疲劳的客观测量法（5）测定触觉两点辨别阈值在作业前、后用两个针状物同时刺激邻近的皮肤两点，能辨别皮肤上两点刺激的最短距离称触两点辨别阈。随疲劳程度增大，触两点辨别阈增大。2.作业疲劳的客观测量法（5）测定触觉两点辨别阈值2.作业疲劳的客观测量法（6）膝腱反射阈的测定疲劳造成的反射机能钝化程度来判断，适用于体力疲劳和精神疲劳判定。根据小腿弹起角度大小评价疲劳5-10度：轻度疲劳；10-15度：中度疲劳；15-30度：重度疲劳。（7）色名读唱时间法通过检查作业者识别各种颜色的准确性和速度来判断其疲劳程度。当作业者疲劳时，读的速度减慢或读错机会加大。劳动速度、强度和时间作业环境条件劳动制度和生产组织方式作业的单调性作业人员自身的因素123455.4.5影响作业疲劳的因素5.4.6作业疲劳的预防和改善5.4.6.1改善工作条件5.4.6.2加强科学管理改进工作制度5.4.6.3合理确定休息时间和休息方式5.4.6.4业余休息和活动的安排5.4.6.1改善工作条件

改进设备和工具改进工作环境条件改进工作方法123改善工作条件采用合适的工作姿势克服单调感，合理调节作业速率选择最佳的作业方法1.工作日制度：每周工作5天(40h/周），休息2天的制度。某些有毒、有害物的加工生产，环境条件恶劣，必须佩戴特殊