Microsoft PowerPoint - 第4章 人的作业能力与疲劳分析.pdf

1 第第4 4章章 作业能力与疲劳分析作业能力与疲劳分析 在人进行体力作业时 人体 将产生种种生理 生化以及心理 效应 本章将讨论人进行作业时 的生理效应 即人体作业对能量 代谢 心血管系统以及呼吸系统 的影响 并对作业疲劳进行系 统的分析 4 1 人体作业时能量交换的特性 按人体科学的基本观点 人体是一个极为 复杂的 物质的巨大系统 而且人体系统 是开放的 并不断与外界有物质和能量的 交换 虽然人体存在各种复杂的生理现 象 但人体与外界产生的物质和能量交换 过程 则是人类能够劳动和生存的最基本 生理特征 研究该生理特征研究该生理特征 有助于合理设计人的有助于合理设计人的 劳动强度劳动强度和和作业制度作业制度 4 1 1 劳动的能源劳动的能源 能量代谢能量代谢 人体把能源物质转化为热或机械人体把能源物质转化为热或机械 功的过程称为能量代谢功的过程称为能量代谢 也可说 在物质代谢过程的同时发生着能量 释放 转移 贮存和利用的过程 称为能量 代谢 能量代谢过程是根据物质不灭和能量守恒法 则进行的 物质代谢产生的能量有各种不同 的形式 它们之间可以互相转移 1 人体活动的能量供应 三个供能系统 英国研究者预测2050年人类将与机器人结婚 2 或 1 劳动时的能量来源 糖是人体的主要能源 人体所需能量约有70 由 糖的分解代谢来提供 脂肪则起着储存和供应能量的作用 而蛋白质作为能源 利用的量很少 它是人体组 织的主要成分 糖和脂肪在体内经生物氧化后生 成二氧化碳和水 同时产生能量 含氮的蛋白质 在体内分解成氨基酸 经脱氨基或转氨基作用生 成非氮物质 它们和糖 脂肪一样氧化 脱下的 氨基成为尿氮 尿素和NH4 排出体外 人体摄入的物质 糖 脂肪 蛋白质 在体内氧化分解 同时释放能量 能量 中约有一半是热能 用以维持体温并不 断地向体外散发 另一部分以化学能的 形式贮存于三磷酸腺苷 ATP 内 ATP 分解时放出能量 供应合成代谢和各种 生理活动所需的能量 机体活动的大部分能量来源于三磷酸腺苷 ATP 例如肌肉收缩 神经肌肉生物电现 象中的离子转运 各种腺体分泌和消化道细胞 各种物质的运动等 这些化学能除肌肉收缩对 外作功以外 其余部分被机体利用后最终仍然 转变为热能而散于体外 对外作功也可折算为 热量 所以 机体每天消耗的能量都可用热量 单位来表示 kJ 千焦 ATP生成后 除直接为各种生理活动提供能量外 还可以把它的高能磷酸键转移给肌酸 生成磷酸肌 酸 CP CP是机体内的贮存库 多含于肌细胞 内 其贮存量是ATP的5倍 每当细胞内ATP消耗 时 即由CP生成新的ATP加以补充 使ATP在细胞 内的量保持恒定 脑力劳动时上述的补充足够了 但体力劳动时单纯靠CP分解用以产生ATP就不够了 3 人的劳动 从生理学角度来说 是体力 劳动和脑力劳动相结合进行的 不过不 同的工作 体脑劳动有所侧重而已 由 于骨骼肌约占体重的40 故体力劳动 的消耗较大 体力劳动时 骨骼肌活动的能量有三个三个 途径途径供给 ATP CP系列系列 肌肉所需的能量是由肌细胞里的三磷酸 腺苷 ATP 迅速分解而直接提供的 但是肌肉中ATP的贮存量很少 由磷酸 肌酸 CP 分解及时补充 故名ATP CP系列 表示如下 2 乳酸能系列 在大强度劳动时 ATP的分解非常迅 速 需氧系列受到供氧供氧能力的限 制 不能满足肌肉活动的需要 这时 要依靠无氧糖酵产生乳酸来提供能量 虽然1摩尔葡萄糖在乳酸系列中只产生3 摩尔分子ATP 但其速度比需氧系列快 32倍 所以可迅速提供较多的ATP 这 个系列活动不能持久 4 乳酸是一种强酸 它在体内积聚过多将 使人体内环境趋向酸性 继而出现中中 毒毒 工作能力下降 最终导致工作无法 开展进行下去 这需要引起安全工作者的注意 3 有 需 氧系列 肌肉中CP甚少 只能供肌肉活动几秒 至1分钟 因此需从糖类和脂肪的氧化分 解来提供ATP 即需要氧的参与才能进 行 所以叫需氧系列 这发生在中等强 度以上的劳动过程 2 能量代谢量 能量代谢分为基础代谢量 安静代谢量 和劳动代谢量 1 基础代谢 维持生命所必须消耗的基础情况下的能量代 谢量叫基础代谢量 所谓基础代谢率 BMR basal metabolic rate 是指人在进餐12h后 在 清晨清醒地静卧于18 25 环境中 并保持 神经松弛 体位安定 各种生理活动维持在较 低水平下的代谢率 这时 能量代谢率不受肌 肉活动 精神紧张 消化及环境温度等的影响 5 基础代谢率是用每平方米体表面积 每 小时的产热量来计算的 单位是kJ m2 h 千焦 平方米 时 我国正常 基础代谢率的水平列于表 3 1 表表3 1 我国基础代谢率的水平 单位 KJ m2 h 138 4142 1146 7146 3153 8181 4172 2女性 148 5153 8158 4157 6165 9193 1195 2男性 5041 5031 4020 30 18 19 16 1711 15年龄 实测数值和表3 1相差在15 以内的 都 认为正常 基础代谢量与体重不直接相 关 而与人体表面积成比例关系 2 安静代谢 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 一般在工作前或 后进行测定 安静代谢率一般取为基础 代谢率的1 2倍 6 3 活动 劳动 代谢 人在工作或运动时的能量代谢量叫劳动劳动 代谢量代谢量 作业时的能量消耗量是全身各 器官系统活动能耗量的总和 最紧张的 脑力劳动的能量代谢量不会超过安静代 谢量的10 而肌肉活动的能耗量却可 高出基础代谢的10 25倍 它和体力劳 动强度直接相关 对研究劳动管理 工 资 定额 制度等 和劳动卫生学都是 极为重要的 3 能量代谢率 由于人的体质 年龄和体力等差别 从事同等 强度的体力劳动所消耗的能量则因人而异 这 样就无法用能量代谢量进行比较 为了消除个 人之间的差别 采用劳动代谢量和基础代谢量 之比来表示某种体力劳动的强度 这一指标称 为能量代谢率 RMR Relative Metabolic Rate P97 RMR 劳动时总能耗量 安静时能耗量 基础 代谢量 在同样条件 同样劳动强度下 不同的 人劳动代谢量虽然不同 但劳动代谢率 是基本相同的 表4 3给出RMR的一般实 测值 有助于建立联系实际的概念 表表4 3实测的RMR表 P97 返 回 顶 部6 5上楼时 46m min 0 5轿车 2 2汽 电车 站着 1 0汽 电车 坐着 2 9自行车 平地 上下班 8 0 8 5跑步 150m min 3 5 4快走 95m min 2 1 2 5一般 71m min 1 5慢走散步 45m min 步行 0 4上厕所 0 4用饭 休息 3 0广播体操的运动量运动 2 5饭后收拾 1 6做饭 0 6准备 做饭 3 5擦地 2 2扫地 2 7扫地 擦地 扫除 0 5洗脸 穿衣 脱衣整装 基础代谢量 90 睡眠 RMR动作内容活动项目 7 4 热价与呼吸熵1 食物的热价 p99 每克营养物质氧化时释放的热量 称为该物质的热价 实验已经证明 糖和脂肪在体内氧化和在体外燃烧所产糖和脂肪在体内氧化和在体外燃烧所产 生的热量是相等的生的热量是相等的 蛋白质在体外燃烧时产生热量为每 克 23 52 kJ 但在体内氧化时只产生 17 22 kJ 这是因 为蛋白质在体内的氧化不完全所致 其中一部分以代谢 终了产物尿素的形式从尿中排出 在体内没能氧化 每 克蛋白质所生成的尿素在体外燃烧 还可以产生6 3kJ的 热量 加上体内氧化产生的热量 其产生的总热量仍然 是23 52 kJ 2 氧的热价 某种营养物质氧化时 每消耗1L氧所 产生的热量叫该物质的氧的热价 表4 4 所列为三种营养物质的数据 表表4 4 营养物质的热价 0 8018 90 750 9417 2223 52蛋白质 0 7119 71 391 9638 938 9 脂肪 1 0021 00 810 8117 2217 22糖 机体内氧 化 试验值 呼吸熵 CO2 O2 消耗 1L 氧的产热 量 kJ CO2产生 量 L g 耗氧量 L g 产热量 kJ g 营养物质 注注 试验条件 p 1 01 10 5Pa t 20oC 试验值是在弹式热量计内燃烧测定的 8 3 呼吸熵 机体内产生的二氧化碳量与同一时间内 氧耗量之比叫呼吸商 例如 葡萄糖在 机体内完全氧化时 其呼吸商 糖和脂肪在体内可完全氧化 蛋白质在体内不 能完全氧化 可通过尿氮含量来估算蛋白质的 代谢量 蛋白质约合氮16 所以1g尿氮相当 于6 25g蛋白质 故测得的尿氮量 6 25 蛋白 质代谢量 一般情况下 人体内蛋白质代谢比 较少 比较恒定 所以可以省略尿氮的测定 计算结果不致于有明显误差 表4 7给出非蛋白 质呼吸商和氧的热价 表表4 7 非蛋白质呼吸商和氧的热价 P100 21 197 5 047 01001 00 20 937 4 985 17 182 90 95 20 681 4 924 34 165 90 90 20 420 4 862 51 248 80 85 20 164 4 801 68 331 70 80 19 904 4 739 85 314 70 75 19 681 4 686 1 10000 71 1L 氧的热价脂肪糖 呼吸熵 1 括号内的数值单位为kcal 如果测出被试者单位时间内的氧耗量和 CO2产生量并计算呼吸商 从上表查出该 呼吸商对应的1L氧的热价 最后乘以单 位时间内的氧耗量 就得出单位时间内 的产热量 9 二二 作业时氧消耗的动态作业时氧消耗的动态 作业时人体所需要的氧量取决于劳动强 度 劳动1min所需要的氧量叫氧需 oxygen demand 满足氧需的限度主 要取决于循环系统的功能限度 其次是 呼吸系统 血液在1min内能供给的最大 氧量叫氧上限 成年人的氧上限一般不 超过3L 有锻炼的人可达4L以上 在作业开始的几分钟内 呼吸和循环系统还不能 满足氧需 肌肉活动所需要的能量是在缺氧条件 下产生的 所以 氧需和实际供氧量就出现了差 额 此差值称为氧债此差值称为氧债 几分钟后 呼吸和循环系统的活动逐渐加强和适 应 氧的供应得到满足 即所谓供氧的稳定状态 这样的作业可维持很长的时间 若劳动强度过 大 氧需超过氧上限 机体继续处于供氧不足状 态下作业 肌肉内的贮能物质 主要为糖原 迅 速消耗 作业就无法持久 作业停止后的一段时间内 机体继续消耗高于安 静代谢的氧以偿还氧债 ATP CP 血红蛋白 肌红蛋白 等非乳酸氧债可在2 3 min内得 到补偿 而乳酸氧债需10余分 钟 甚至1小时以上才能完全补 偿 P95 人的机体里氧债的 产生与偿还如图3 5所示 图图3 5氧债的产生与偿还 10 A BA C B 10min 10L 1 最大耗氧量Vo2max 2 氧债和劳动负荷 劳动负荷分类 常量负荷 高量负荷 超量负荷 非繁重劳动时 需氧量小 于最大摄氧量 此时 只 有作业开始2 3min内 呼 吸 循环系统暂时略欠氧 债 其后转人稳定状态 这是人体可以持久作业的 最理想的状态 稳定状态 结束后 归还所欠氧债 见图 1 最大耗氧量Vo2max 2 氧债和劳动负荷 劳动负荷分类 常量负荷 高量负荷 超量负荷 劳动强度较大 需氧 量已接近或等于最大 摄氧量的负荷 此 时 氧债也是在需氧 量上升期间出现 到 达最大摄氧量后 便 维持稳定状态 见图 1 最大耗氧量Vo2max 2 氧债和劳动负荷 劳动负荷分类 常量负荷 高量负荷 超量负荷 劳动强度过大 需氧 量超过最大摄氧量 人体一直在缺氧状态 下 形成较大氧亏 处于 假稳定状态 下 的负荷 见图 超量负荷时 当心肺功能的惰性逐 渐克服后 每分钟需氧量仍高于最 大摄氧量 运动强度的持续 局限 在氧债能力范围内 活动不能持久 劳动结束后 人体还要继续维持较 高的氧需以补偿欠下的氧债 11 3 肌电图 肌电图 肌纤维细胞收缩时产生生物电位 一一动作电位 肌肉收缩时产生的动作 电位可通过电极引出 再放大 记录得 到曲线叫肌电图 简称EMG 放电频率和振幅 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 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 因 此 通过肌电图可以测定肌肉收缩的强 度 3 肌电图 肌电图在安全人机工程学上的应用主要 是作业设计 作业姿势 机械和工具设 计的人性化 合理化和最优化研究 在 工业座椅 家用沙发和床等尺度的研究 中 肌电图是一个实用的评价指标 一 个具有良好人机工程学设计的工业座椅 能有效地减少人体不必要的能量消耗 提高工作效率 一个舒适的坐姿或者卧 姿可使全身肌肉放松 这种放松程度 可通过肌电图来评价 3组不同坐姿的腰椎背棘直肌肌电图组不同坐姿的腰椎背棘直肌肌电图三三 能量代谢的测定能量代谢的测定 糖 脂肪和蛋白在体内氧化分解 释放能量的 同时 最终都生成CO2 水以及含氮的代谢产 物 能量代谢和气体代谢之间存在特定的量的 联系 测气体代谢量就可算出能量代谢量 测 定方法可分为直接测热法直接测热法和间接测热法间接测热法 人体 内物质代谢过程中释放出的能量除作功外 最 终都以热能的形式散于体外 直接测热法直接测热法就是 把人置于量热器中 直接测定人体放散的热量 但是此法笨重不便 已为间接测热法所代替 12 间接法间接法是通过对氧耗量和 CO2产生量的 测定 计算出产生的热量 间接测定法 又分为开放式测定和闭合式测定两种方 法 这里仅介绍开放式测定法 仪器设备有储气袋 气量计和气体分析器 受 试者通过面罩吸入空气 呼气时将呼出的气体 收集在贮气袋里 并用气体流量计测量呼出的 气量 然后从气袋中采取呼出的气样 测定其 中的氧和二氧化碳的浓度 体积百分比 根 据吸入气体和呼出气中氧和CO2含量之差及呼 气总量 就可以计算出单位时间内的氧耗量和 二氧化碳排出量 此法可测定任何状态下的能 量代谢 但贮气袋 亦称道格拉斯袋 须背在 人的身上 作业时很不方便 我国新开发的肺通气量仪附有新型流量 计 可以累计测定时气量 完全不用道 格拉斯袋采取气样 西德制造的EDS型 心肺能量代谢仪和ER 40型电脑功率车是 实验室测定的最新设备 例题4 1 P101 习题 P117 3 3 5 VCO2 13 3 劳动强度劳动强度 劳动强度可以理解为 作业中人在单位时间内 作功和机体代谢能力之比 我们日常所说的轻 重劳动是另有含义的 如作业密度高 作业虽 少但劳动量较大 或者作业强度虽不大 不费 力气 但是站着作业 如教师 营业员 理发 师 厨师等 或者是作业姿势是强制的 精神非常紧张等 等 都会被评为重劳动或劳累的工作 所以首 先应对作业有所分类 这里将作业分为静力作 业和动力作业两种 1 静力作业 对于脑力劳动 计算机操作人员 仪器监控 者等所从事的作业都可归纳为静力作业 或叫 静态作业 Static work 这种作业主要是依 靠肌肉的等长收缩来维持一定的体位 即身体 和四肢关节保持不动时所进行的作业 体力劳 动中也包含静力作业 如坐位或立位观察仪表 支持重物 把握工具 压紧加工物件等 当肌肉的等张力收缩的肌张力在最大随意收缩的 15 20 以下时 不管此时参与的肌肉有多 少 只要收缩的张力是相对稳定的 这种静力作 业就可以维持较长的时间 坐位的腰部肌肉和立 位的腰 腿部肌肉的收缩 即属于上述作业状态 这时 虽然心血管反应加强 但不能维持收缩肌 肉中被压迫血管的稳定血流 而使局部肌肉缺氧 乳酸堆积并引起疼痛 静力作业的特征是能耗水 平不高 但却容易疲劳 2 动力作业 动力作业是靠肌肉的等张收缩来完成作 业动作的 即经常说的体力劳动 本章 主要是讨论体力劳动及其分级 14 二二 劳动强度的分级劳动强度的分级 劳动强度的大小可以用耗氧量 能消耗 量 能量代谢率及劳动强度指数等加以 衡量 为了区分强度的大小 划分成等 级是必要的 1 国际劳工局分级标准 一种划分劳动强度的方法是基本按氧耗 量划分为3级 中等强度作业 大强度作业 及极大强度作业 中等强度作业 氧需不超过氧上限 中 等强度又分为6级 很轻 轻 中等 重 很重和极重6级 各级指标见表3 6 资 料取自国际劳工局 1983 表表3 6 中等强度作业分级 800 600 800400 600200 400 排汗率 mL h 39 038 5 39 038 38 537 5 38175150 175125 150100 12575 100 75 心率 beats min 52 542 0 52 531 5 42 021 0 31 510 5 21 0 10 5 能耗量 kJ min 2 52 0 2 51 5 2 01 0 1 50 5 1 0 0 5 耗氧量 L min 100 7550 7537 5 5025 37 57 0 7 0 11 E 级 极重劳动 10970 29800 5940 7450女 炼钢 炼铁 土建工人 全身作业 全 身用力 10 20min 需休息 1 次 12770 14650 7300 9090男 4 0 7 0 D 级 重劳动 9300 109704270 5940女 油漆工 邮递员 木工 石工 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 10670 12770 5230 7330男 2 0 4 0 C 级 中等劳动 8040 93003015 4270女 司机 车工 打字员 长时间连续上 肢作业 9290 106703850 5230男 1 0 2 0 B 级 轻劳动 6900 80401925 3015女 电话员 电报员 制图 修理仪表 手指作业 脑 力劳动 坐位 姿势多变 立 位重心不动 7750 92002300 3850男 0 1 0 A 级 极轻劳动 全天8 小时性别 工种作业特点 耗能量 KJ R M R劳动强度分级 3 我国分级标准 我国已经颁布 体力劳动强度分级标准 GB3896 83 中国医学科学研究院 劳动卫生研究所 调查测定了262个工种 的劳动工时 能量代谢和疲劳感等指 标 经过综合分析研究后提出这一标 准 见表3 8 16 4 4 作业疲劳及其测定作业疲劳及其测定 作业疲劳 作业疲劳的调查与测定 作业疲劳与安全生产 人体生物节律 作业疲劳是作业研究的一个重要内容 因而也是人机学及工效学的主要研究内 容 运用劳动生理学和心理学的原理研 究作业疲劳及疲劳的恢复 保障工人健 康和作业安全 从而充分发挥作业人员 的主动性和积极性 提高劳动生产率是 极为重要的 一一 作业疲劳作业疲劳 当作业能力出现明显下降时叫疲劳疲劳 作业疲劳 是劳动生理的一种正常表现 它起着预防机体 过劳的警告作用 从正常作业状态到主观上出 现疲劳感直到完全筋疲力尽有一个时间过程 疲劳程度的轻重决定于劳动强度的大小和持续 劳动时间的长短 心理因素对疲劳感的出现也起作用 对工作 厌倦 缺乏认识和兴趣而不安心工作 极易出 现疲劳感 相反 对工作具有高度兴趣和责任 感或有所追求 则疲劳感常出现在生理疲劳发 生很长时间以后 1 疲劳的类型 对疲劳虽然可以分成几类 但都不完全 正像 不易给疲劳下定义一样 一种划分方法是分为 急性 亚急性和慢性疲劳 慢性疲劳常伴有心 理因素 长期劳累以致心力交瘁 实际上已超 出疲劳的概念范畴 还可以分为局部肌肉疲劳 和全身性 中枢性 疲劳 前者是由于短时间 大强度体力劳动引起的肌肉和血液中乳酸大量 蓄积的结果 这时糖原并未枯竭 是局部的 17 长时间的中等劳动或轻劳动引起的疲劳并不是 乳酸蓄积所致 这时既有局部肌肉疲劳与糖原 贮备耗竭有关 也有全身性疲劳 全身 中枢 性疲劳 西方学者认为是由于劳动引起平衡紊 乱所致 除肌肉疲劳外还有血糖水平下降 肝 糖原枯竭 极度疲劳 体液丧失 脱水 电解质 Na K 丧失 体温升高等 总 而言之 具有周身疲倦感 详细区分可将疲劳分为5种类型 P111 1 个别器官疲劳 如计算机操作人员的肩肘痛 眼疲劳 打字 刻字 刻蜡纸工人的手指和腕疲劳等 2 全身性疲劳 全身动作 进行较繁重的劳动 表现为关 节酸痛 困乏思睡 作业能力下降 错误增多 操作迟钝等 3 智力疲劳 长时间从事紧张脑力劳动引起的头昏脑胀 全身乏力 肌肉松弛 嗜睡或失眠等 常与心理因素相联系 4 技术性疲劳 常见于体力脑力并用的劳动 如驾驶汽车 收发电报 半自动化生产线工作等 表现为头昏脑胀 嗜睡 失眠或腰腿疼痛 5 心理性疲劳 多是由于单调的作业内容引起的 例如 监视仪表的工人 表面上坐在那里悠闲自在 实际上并不轻松 信号率越低越容易疲劳 使警觉性下降 这时的疲劳并不是体 力上的 而是大脑皮层的一个部位经常兴奋引起的抑制 除此以外 还有周期性疲劳 根据疲劳出现的 周期长短 又可分为年周期性疲劳和月 周 日的周期性疲劳 这种疲劳出现的周期越长 越具有社会因素和心理因素的影响 例如 工 人在春节休假后刚上班的头几天 作业能力总 是低水平的 而且主观上有明显的疲劳感 似 乎没有充分恢复体力 体力劳动强度越大 上 述感觉越突出 又如 作业人员在周初感到不 适应紧张的工作 尤其是在流水线上工作的作 业人员 周末则有明显的疲劳感 期末考试 以后 学生既感轻松 又觉疲劳 上述诸例 中 体力疲劳是基础 但明显地具有心理因素 的作用 2 疲劳的某些规律 1 最显而易见的是 青年作业人员作业中产生的疲劳较 老年人小得多 而且易于恢复 这很容易从生理学上得 到解释 因为青年人的心血管和呼吸系统比老年人旺盛 许多 供血 供氧能力强 某些强度大的作业是不适于 老年人的 2 疲劳可以恢复 年轻人比老年人恢复得快 体力上 的疲劳比精神上的疲劳恢复得快 心理上造成的疲劳常 与心理状态同步存在 同步消失 所以对于厌烦工作的 人采取必要的规劝 批评教育和处分的措施是必要的 3 疲劳有一定的积累效应 未完全恢复的疲劳可在一 定程度上继续存在到次日 我们在重度劳累之后 第二 天还感到周身无力 不愿动作 就是积累效应的表现 如果次日又达到六分疲倦程度 就感到疲乏到了十分 18 4 人对疲劳也有一定的适应能力 例如 连续 干几天 反而不觉得累了 这是体力上的适应 性 5 在生理周期中 如生物节律低潮期 月经 期 发生疲劳的自我感受较重 相反在高潮期 较轻 6 环境因素直接影响疲劳的产生 加重和减 轻 例如 噪声可加重甚至引起疲劳 而优美 的音乐可以舒张血管 松弛紧张的情绪而减轻 疲劳 所以某些作业过程中 休息时间和班后 听听抒情音乐是很值得提倡的 7 需要单独提出的一个致疲劳因素就是工作的单工作的单 调调 尤其在现代形形色色的作业线不断开发之后 依附于流水作业的人员 周而复始地做着单一的 毫无创造的 重复的工作 在调查中 他们突出地 反映工作的单调感 这种没有兴趣的 机器人 作 业 使人易于厌烦 疲劳 从生理上分析 公式化 的单调动作 使人容易产生局部疲劳 这一问题的 重要性可用美国心理学家格雷的话说明 工作的 枯燥无味 使美国工业每年损失400万美元 它们 中间许多不是不可避免的 这种厌倦心理可以从下述事实得到明确的证明 有单调感的工人其工作效率往往在接近下班时反而 有所上升 这是由于作业者预感到快要从单调工作 中解放因而兴奋所致 这就是所谓的 最后进发 二二 作业疲劳的调查与测定作业疲劳的调查与测定 对于疲劳的研究虽然有着非常重要的意 义 但目前还研究得十分不够 对于疲 劳缺乏直接客观的测定评价方法 所 以 常以主观的疲劳感判断疲劳的有无 和深浅 测定方法只是间接测定其他生 理或心理反应指标 以推论疲劳的程度 三三 疲劳的测定疲劳的测定 1 疲劳自觉症状调查疲劳自觉症状调查 见表见表 测量疲劳的几种方法测量疲劳的几种方法 测定心率测定心率 呼气分析法呼气分析法 触两点辨别阈法触两点辨别阈法 膝腱反射阈的测定膝腱反射阈的测定 反应时间测定法反应时间测定法 频闪融合阈值测定法频闪融合阈值测定法 色名读唱时间法色名读唱时间法 皮肤电流测定法皮肤电流测定法 19 1 疲劳问卷调查 周身和局部疲劳可由个人自觉症状的主诉得 以确认 日本产业卫生学会疲劳研究会提供了 下列自觉症状调查表 按日本的分类方法 疲 劳是由精神因子 身体因子 和感 觉因子 构成的 在三个因子中 每个列 出 10项调查内容 把症状主诉率按时间 作业 条件等加以分类比较 就可以评价作业内容 作业条件对工人的影响 调查表内容如表 疲劳自觉症状调查表 应当指出 上述多数疲劳自觉症状都是 在较繁重劳动中才会出现 2 疲劳测定方法 研究疲劳属于劳动生理学和心理学的范 畴 所以 测定疲劳的手段也是劳动生 理学和心理学测定手段 但目前还没有 直接测定疲劳的方法 也没有评定疲劳 的明确指标 下面介绍几种常见的测定 方法 20 l 闪光融合值测定 受试者观看一个频率可调的闪烁光源 记录工作前 后受试者可分辨出闪烁的频率数 具体做法是先从低 频闪烁做起 这时视觉可见仪器内光点不断闪光 当 增大频率 视觉刚刚出现闪光消失时的频率值叫闪光 融合阈 光点从融合阈值以上降低闪光频率 当视觉 刚刚开始感到光点闪烁的频率值叫闪光阈 它和融合 阈的平均值叫临界闪光融合值 人体疲劳后闪光融合 值降低 说明视觉神经出现钝化 这一方法对在视觉 显示终端 VDT 前面的工作人员的疲劳测定最为适 用 一般测定日间或周间变化率 也可分时间段测定 表表4 11 闪光融合值降低率 13 3 10 6 脑力劳动 13 3 13 7 中间劳动 13 3 20 10 体力劳动 允许值理想值允许值理想值 作业前值的周间降低率第一工作日间降低率 劳动种类 表表5 12 VDT前作业人员闪光融合值的变化 9 18 28 883 49 30 7131 8绿 7 96 31 663 78 33 1034 3黄 9 11 27 632 27 29 7130 4红 降低率频率降低率频率 作业后 2h作业后 1h 作业前光源颜色 2 能量代谢率测定 这一方法实际上是测定劳动强度 如果有完 善的仪器设备可同时测得心跳次数 肺通气量 等多项指标 对于判定疲劳更为有利 RMR 作业中增加氧气消耗量 基础代谢时氧 气消耗量 采矿和冶炼工人的能量消耗和能量代谢率分 别不超过30kJ min m2 和 RMR值等于 12 在这个限值下只能连续作业 15min左右 超过 这个时间就会出现急性疲劳 21 不同的劳动负荷具有不同的劳动代谢率和心 率 不同的劳动代谢率和心率对应的连续劳动 时间各不相同 某人群对应不同的劳动时间具 有一定的生理负荷极限 鞍钢劳研所张殿业医 生根据对采矿作业人员进行的实验室和现场实 测 提出一个生理负荷极限回归方程式 Y1 42 88 11 39lgX Y2 201 0 32 75lgX 式中 X 负荷时间 min Y1 能量消耗允许值 Y2 心率负荷允许值 利用上述公式可迅速求得所要求的参数 4 8 3 心率 脉博数 测定 心率和劳动强度是密切相关的 在作业开始 前1 min 由于心理作用 心率常稍有增加 作 业开始后 头30 40 S内迅速增加 以适应供 氧的要求 以后缓慢上升 一般经4 5min达 到与劳动强度适应的稳定水平 轻作业 心率 增加不多 重作业能上升到150 200次 min 这时 心脏每搏输出血液量由安静时的40 70mL可增大到 150 mL 每分钟输出血量可达 15 25 L 有锻炼的人可达 35 L min 作业停止后 心率可在几秒至十几秒内 迅速减少 然后缓慢地降到原来水平 但是 心率的恢复要滞后于氧耗的恢 复 疲劳越重 氧债越多 心率恢复得 越慢 其恢复时间的长短可作为疲劳程 度的标志和人体素质 心血管方面 鉴 定的依据 图5 2是一次测定的心率与耗 氧量变化的关系 22 图图3 4 2 不同状态下心率与氧耗之间的关 系4 触觉两点阈值测定 当皮肤表面上的两个点同时受到刺激时 如果两点间 距离在50 mm以上 任何人都能清楚地感受到两点的 刺激 但是 当两点距离缩短到一定值以后 正常情 况下小臂约为20 mm 只感觉是一个刺激点 其值 称为两点阈值 作业疲劳越甚 感觉越迟钝 此值上 升越多 此外 还有反应时间测定和膝盖住反射阈测 定 两者都可作为相对指标 判断作业人员疲劳的程 度 5 判别力测定 可以设计出多种测定方法 这里介绍一种 用纸片或木块做成三角形 圆形 方形和六角 形4种图形各4个 每种图形涂成4种颜色 红 蓝 黄 黑 在这16个图形中 每次取出不 同颜色 不同形状的4个图形排成一列 令受 试者按顺序口述图形形状和颜色 如蓝三角 红方 黄圆 黑六角 下次再做相似的变换 令受试者叙述 重复多次后 疲劳的人将出现 误述 疲劳越甚 误述出现早 越多 此法可 以较好地测定精神上的疲劳 6 脑电图 人无论是处于睡眠还 是觉醒状态 都有来 自大脑皮层的动作电 位 脑电波 在头部表皮上通过电 极和高感度的低频放 大器可测得这种生物 电现象 即得到脑电 图 EEG 23 6 脑电图 25Hz 以上 14 25Hz 8 13Hz 4 7Hz 0 5 3 5H z 频率 阶段 IV 阶段 III 阶段 II 阶段I 阶段 0 失去知觉 睡眠的状态 无意识 无反应能力 主 要脑波是 波 成人如果在觉醒时出现慢波则可诊断为大脑异常 波 慢波 过度疲劳 单调作业 饮酒等状态 知觉能力的下 降 发呆 发愣 不能注意 主要脑波为 波 波 过度紧张和兴奋的状态 这时注意力集中一点 一 旦有紧张情况大脑将马上进人停止状态 脑波状态 是 和更快频率的脑波 事故潜在性最大 波 积极活动状态 这时大脑清醒 注意力集中 富有 主动性 主要脑波为 波 事故潜在性最小 波 休息 习惯上的作业的状态 意识处于正常放松状 态 这时无预测能力和创造力 主要脑波为 波 波 快波 日本桥本把大脑意识状态划分为名称 6 脑电图 利用脑电波的频率和幅值可评价人大脑 的觉醒状态 在人机工程学研究领域 内 常利用脑电波研究环境与人的关 系 如噪声 室温 床类用具尺度及质 地等对睡眠深度的影响 在作业领域 它与事故的发生和防止有密切的关系 四四 疲劳与安全疲劳与安全 作业疲劳可使作业者产生一系列精神症 状 身体症状和意识症状 这样就必然 影响到作业人员的作业行为 1 睡眠休息不足睡眠休息不足 困倦引起的事故困倦引起的事故 这类事故多见于夜班或长时间作业未得休息的 情况 多为技术性作业事故技术性作业事故 例例1 如某矿的 卷扬机司机 白天休息不充分 夜班时打盹 开 动卷扬机后即进人半睡眠状态 以致造成过卷事 故 拉断钢绳 坠人井底 类似事故不胜枚举 又如某个体汽车司机昼夜连续行车 最后困倦不 支 车辆失去控制 坠人公路桥下 车毁人亡 体力为主的劳动 事故危险性小 立位工作比坐 位工作更安全 因为坐位技术性作业者更易因困坐位技术性作业者更易因困 倦而入睡倦而入睡 因为在极度疲劳和困倦时 往往无法 自我控制 24 2 反应和动作迟钝引起的事故反应和动作迟钝引起的事故 疲劳感越强 人的反应速度越慢 手脚动作越迟缓 例例2 某钢厂厂区内铁路纵横交错 道口很多 疲劳 状态下的工人在下班途中或作业中常不能敏锐地觉察 侧面和后面来车 因而引起伤亡事故 如有一次调车 中 将正在操作没有觉察躲避的操作工扎倒致死 又 如某矿井 三名工人因疲劳靠在矿定处休息 突然矿 壁塌落 一名坐着休息的工人被砸死 二名立位工人 受重伤 一方面是因为疲劳 没有正确选择休息地 点 另一方面是因为疲劳后感官敏感度下降 不能及 时觉察塌落预兆 3 疲劳心理作用疲劳心理作用 例3 疲劳常造成心绪不宁 思想不集中 心不在焉 对事物反应淡漠 不热心 视力听 力减退等 如某建筑工地拆除方形脚手架 事 先约定 上部每扔下三根木杆 下部人员进人 脚手架下抽取木杆一次 但是因下部作业的工 人上班前通宵赌博 过度疲劳 精神恍惚 工 作几个周期后下部没有反响 上部作业人员下 来才发现下面的工人已被脚手杆打死 4 环境因素加倍疲劳效应环境因素加倍疲劳效应 例如 各工业部门在高温季节 七八月份 事故 发生率较高 室外作业则在寒冷季节事故率增大 图3 4 3是某大钢铁企业30年来事故率随气温和月 份变化的统计图 5 疲劳与机械化程度疲劳与机械化程度 历史地分析事故发生率 可以发现 手工劳动时期事 故率低 高度机械化 自动化作业事故率也较低 半 机械化作业事故率最高 其中包含许多人机学问题人机学问题 半机械化作业时 人必须围绕机机械进行辅助作业 由于人比机械力气小 动作慢 所以往往用力较大造 成疲劳 再加人机界面上存在问题就会导致事故发生 例如 鞍山市 包括鞍钢 1984 1987年4年间的死亡 事故中 70 属于半机械化作业属于半机械化作业 具体事故多在人机 配合上 作业人员奋力强作 力所不及情况下发生事 故 25 五五 疲劳的改善与消除疲劳的改善与消除 1 提高作业机械化和自动化程度提高作业机械化和自动化程度 2 加强科学管理改进工作制度加强科学管理改进工作制度 3 合理安排工作时间及休息时间合理安排工作时间及休息时间 4 多种休息方式多种休息方式 5 轮班工作制度轮班工作制度 6 业余活动和休息的安排业余活动和休息的安排 在目前国内外的发展水平上 疲劳发生在广泛 的作业岗位上 机械化 自动化的进步可以消 灭许多笨重体力劳动 从而消除了笨重体力劳 动造成的重度疲劳 但是看管监测仪表 计算 机作业等又带来新类型的疲劳 这正是人机工 程学研究的课题 从改善工作条件 保证工人健康 更重要的 是保证安全生产的角度出发 如何减轻疲劳 防止过劳 则是安全人机工程学应研究讨论的 重要内容 1 提高作业机械化和自动化程度提高作业机械化和自动化程度 提高作业的机械化提高作业的机械化 自动化程度是减轻疲劳自动化程度是减轻疲劳 提提 高作业安全可靠性的根本措施高作业安全可靠性的根本措施 大量事故统计资料表明 笨重体力劳动较多的基 础工业部门 如冶金 采矿 建筑 运输等行业 劳动强度大 生产事故较机械 化工 纺织等行业 均高出数倍至数十倍 死亡事故数字统计说明 我 国机械化程度较低的中等煤矿事故死亡人数和美国 50年代机械化程度相当的煤矿的数字是相近的 而 目前美国矿井下 由于机械化水平很高 只有机械 化程度较低的顶板管理中事故居首位 各国发展的 趋势 都倾向于由机器人去完成危险 有毒和有害 的工作 这些都说明 提高作业机械化 自动化水 平 是减少作业人员 提高劳动生产率 减轻人员 疲劳 提高生产安全水平的有力 2 加强科学管理改进工作制度 1 工作日制度工作日制度 工作日的时间长短决定于很多因素 许多发达国家实 行每周工作32 36 h 5个工作日的制度 某些有毒 有害物的加工生产 环境条件恶劣 必须佩戴特殊防护 用品工作的车间 班组 也可以适当缩短工作时间 当然 最为理想的是工人自己在完成任务条件下 掌 握作业时间 例如 云南锡业公司井下工人 作业分 散 又有放射性辐射的危害 在现有生产条件下 保证 完成任务后就可下班 实际生产时间只有3 5h 规定 为6h 国内许多矿山 井下采矿 掘进工人实际下井 时间不过4h 这在当前计件或承包的分配制特定情况 下是可行的 应当指出 过去经常采用的延长工作时间 以提高产量的做法是不足取的 除特定情况外 以此作 为提高产量的手段 往往得到的是废品率增高废品率增高和安全性安全性 下降下降而且增加成本 降低工效 26 图图3 4 4 工厂一天工作曲线 2 劳动强度与作业率 劳动强度越大 劳动时间越长 人的疲劳就 越重 一定的劳动强度 相应地只能坚持一定 的时间 所以 劳动强度越大 工作时间越 短 休息时间越长 一般的经验表明 RMR 2 可保持稳态工作6h RMR 3 6的作 业 可持续80min RMR 7 0的作业 则工作 10 min就需休息 这就有必要对不同劳动强度 的作业时间 给予科学的评价和规定 使疲劳 得到宽裕时间进行消除 以便再次作业 3 工作时间及休息时间 作业人员从生理和心理上是不可能连续工作 的 过一定时间 效率就将下降 差错就会增 多 这时仍不及时休息 还会引起产品质量下 降 甚至出现安全事故 事故是生理 心理和生产条件等不良因素综合 作用的结果 而不是过程 一个事物的发展总 是从量变到质变 在事故发生之前 已经准备 着事故发生的各种条件 疲劳就是重要条件之 一 因此 为安全考虑也应制止疲劳的向前发 展 疲劳表现的形式之一就是工作效率下降 如图 3 5 4所示 工作效率在工作日内的变化曲线说 明 工作开始阶段有个适应过程 人体要逐渐 发挥出最大能力 经过一段稳定的高效率以后 又会下降 午休后又有所上升 但不如上午 因此应给作业人员一定的宽裕时间 工作时 间内的作业率不宜太高 一直不休息 作业人 员也会自动调节 做些次要工作 缓解作业的 紧张 这样做不如有意识地组织休息时间 选 择休息方式更为积极有效 27 每次小休时间不宜过长和过短 一般中 等强度作业 上 下午中间各安排一次 10 20min的休息是适当的 曾做过试 验 令受试者用手臂拉力器试验 拉力 为 134 N 每拉14次休息10min为周期 一直到精疲力尽 另外试验每周期休息 2min 结果效率相悬殊 如图3 4 5所 示 这说明了必要的休息时间的重要性 图图3 4 5 不同休息制度对工效的影响 4 休息方式 工间休息方式可以多种多样 对于连续 紧张 生产的钢铁冶炼工人 工间休息多为自我调节式 的 由于噪音较大 信号频繁不宜播放音乐 体 力劳动强度大的以静止休息为主 但也应做些有 上下肢活动 背部活动的体操 以利于消除疲 劳 即积极休息和消极休息相结合 澳大利亚对 有背部疲劳疼痛的作业人员 专门编选了背部体 操 以提高作业者的适应能力和恢复能力 对注 意力集中和感觉器官紧张的工作 更应采取积极 休息的方式 如工间操 太极拳运动等 计算机 操作人员 仪表监视人员在休息时 播放轻松愉 快的音乐和歌曲更有利于恢复精神疲劳 工间送茶 送水或送其他饮料 也是调节情绪 缓解疲劳的好方法 5 轮班工作制度 1 疲劳与轮班制密切相关 轮班工作制的突出问题是疲劳 改变睡眠时 间本身就足以引起疲劳 原因是白天睡眠极易 受周围环境的干扰 不能熟睡和睡眠时间不 足 醒后仍然感到疲乏无力 另一个原因是 改变睡眠习惯 一时很难适应 再者 与家人 共同生活时间少 容易产生心理上的抑郁感 调查资料证明 大多数人都愿意白班工作大多数人都愿意白班工作 28 夜班作业人员病假缺勤比例高 多数是呼 吸系统和消化系统疾病 因为人的生理机能 具有昼夜的节律性 长期生活习惯已养成人 们 日出而做 日落而息 的习惯 安静的黑 夜正适于人们休息 消除疲劳 消化系统在 早 午 晚饭时间 分泌较多的消化液 这 时进食既容易消化又有食欲 夜里消化系统 进人抑制状态 这时吃饭往往食不甘味 矿井中工作的工人由于轮班工作 又加白班也 在缺少日光照射的井下工作 患消化道疾病的 人比例较大 某些疾病常在夜间转重 而夜间 又是服