安全人机工程作业.docx

基于安全人机工程学的生物力学研究与应用（中南大学资源与安全工程学院，长沙 410083）【摘要】工厂职工作业时常常因为对生物力学知识的匮乏或忽视，采用了不安全、不合理的作业姿势，或者承受了过大的劳动负荷或强度，造成了职业病损或者由于疲劳发生误操作造成事故。笔者基于生物力学的知识结合安全人机工程学相关内容，通过查找相关资料，在交叉学科和交叉创新的基础上，介绍了几种中常见的生物力学问题，并提出了解决方法。【关键字】生物力学；安全人机工程；作业姿势；作业负荷；职业病损Biomechanics research and application based on Safety Ergonomics（Central South University & College of resources and safety engineering , Changsha 410000 China）Abstract: Because factory workers often lack or neglect the knowledge of Biomechanics, they adopted unsafe and unreasonable operation posture or endured exaggerated labor load and labor intensity, which caused professional lesion ore accidents because of misoperation whose reason is fatigue. Based on the knowledge of Biomechanics., author associated it with relative content of Satety Ergonomics, through investigating relevant literature,. On the basis of cross discipline and cross innovation, author introduced several common questions of Biomechanics ,and proposed solutions.Keywords：Biomechanics； Safety Ergonomics； operation posture； labor load； professional lesion0引言随着现代化工业的发展以及新技术新工艺的应用，工人的工作性质发生了很大变化，伴随而来的与安全相关的问题也日益显现。工人在完成各种操作的同时，还要承受长时间注意力集中，手持重物，保持很长时间的固定姿势以及承受机器的振动、噪声等的影响，并且虽然现在机器设备的设计已经注重对操作者生物力学的研究，但是操作者个人专业知识匮乏或者职业培训缺失，这些不仅会造成工作舒适性和工作效率的下降，还有可能造成职业性的疾病或损伤1。工人被迫离开工作岗位，给企业造成了经济损失和劳动力的严重丧失，并使企业承担高额的赔偿费用和保险费用。安全人机工程学是从安全的角度出发，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科，其目的在保证一定生产效率同时，最大限度地保证人的安全健康与舒适愉快2。基于此，笔者提出了将生物力学的知识应用在安全人机工程领域来解决上述问题。文中介绍了生物力学的基本理论以及将生物力学与安全人机工程相结合研究负重行走，搬运作业和生物节律带来的损伤或疾病以及消除的方法。以此来减少职业病损和降低由于疲劳发生误操作而造成事故的可能性。1生物力学的基本原理1.1生物力学的概念生物力学是研究生物体运动与变形的学科，通过生物学与力学的有机结合，认识生命活动的规律3。生物力学的研究范围包括整个人体。1.2协调肢体动作的产生机理4 人体运动不仅受到主动的肌肉力矩的影响，也受到重力矩、接触力矩和由运动引起的惯性力矩的影响。肌肉收缩直接作用，产生肢体运动，肢体运动随之引起反作用力矩，该力矩会反过来影响原肢体的运动。在运动控制与发展的过程中，神经肌肉系统会对肌肉收缩力矩进行调节与控制，从而实现了对外力矩和由运动引起的惯性力矩的平衡与适应，进而完成了一个有效且协调的肢体动作。1.3不良的力学行为疾病或损伤通常由作业人员的不良力学行为造成，包括不规范的作业姿势、长时间超负荷的工作、超出疲劳极限的力学行为。例如，在进行同一项操作时，采用不同的作业姿势对身体产生的负荷差别很大。当采用不合理不规范的作业姿势时，将会使人体的上肢、下肢、背部、腰部等部位承受过高的负荷，若过高的负荷超出了人体各部分骨骼肌肉的承受的生理负荷极限，将会使肌肉疲劳过早的出现，或者引起如建筑工的肌肉骨骼疾病的骨骼，关节方面的疾病。2作业常见问题及解决在日常的作业若注意生物力学方面的相关内容，将会对提高作业质量，减少误操作，降低事故率起到显著作用，本节讨论了行走、生物节律、重物搬运方面在生物力学方面出现的相关问题及应用安全人机工程的方式进行解决。2.1步行与负重行走2.1.1步行步行是全身肌肉参与使人体位移的一种复杂在随意行为。正常步态具有周期性、稳定性、方向性、协调性、以及个体差异5。人体由于疾病、意外伤害等诸多因素，都有可能造成步行障碍，使步行中某一环节发生改变，导致步态变化，出现错误步态，在危险因素较多的作业场所，很容易造成意外事故，所以要对工人定期进行体检，严禁病人带病工作和更不允许进行精密作业。2.1.2负重行走在劳动搬运和学生背包等方面常常发生人体背部负重行走的情况，在这种行走情况下，会有额外负荷作用于人体，使人体的重心发生偏移。为了对抗这种外加阻力作用，保持身体的平衡与稳定，就必须对步态和身体的姿势做出相应的调整6。人体如果负重过重，或者长时间承担重物，则会很容易引起一系列负重损伤问题。因此要不断地改进行进姿势，提高人的作业能力，减少疲劳，降低事故风险，并且设计和开发相关的防护装备。应当注意的是：提高鞋子的缓冲能力是途径之一，但是研究发现鞋中垫的变化并不能起到很好的缓冲作用7鞋中垫的变化会影响外力对足部内部结构的作用，柔软的中垫会减少韧带力而增加关节力，坚硬的中垫则相反。2.2重物搬运不正确的搬运姿势会导致脊柱的受伤。人的脊柱为“S”曲线形，每两块脊椎骨之间有一块椎间盘。由于脊柱的曲线形和椎间盘的作用，使得脊柱具有一定的弹性，能够吸收人体跑跳产生的冲击能量。弯腰直膝提起重物会导致椎间盘内的压力突然增大，这是因为弯腰会改变脊柱原有的自然曲线状态，不仅增加椎间盘的负荷，而且造成压力的重新分布，使椎间盘受压不均，前缘压力大，后缘压力减小。这是损失椎间盘的主要原因。解决的方式就是采用正确的搬运姿势，即直腰弯膝提起重物，这样会使椎间盘受压较小。图1弯腰与直腰时的压力分布8 图2 正确的提重方式9除了不正确的搬运姿势外，长时间、高强度、大负荷的搬运作业，不时受到压、弯、扭等复合力都会引起工人的腰柱疲劳和损伤。所以企业、车间等必须制定详实、科学、合理的作息时间表，合理的规定劳动量的大小，防止腰椎疾病的产生。2.3生物节律生物活动现象明显的节律性活动，称为生物节律10。研究证实：人体有23天的体力盛衰周期、28天的情绪波动周期和33天的智力强弱周期。每个周期分为高潮期和低潮期，从高潮期向低潮期过渡，或者从低潮期向高潮期过渡的日期称为临界日。临界日时，人体处于不稳定状体，易出错，易患病，称为危象日。人体处于低潮期其机能下降，或处于二重、三重低潮期时，更易发生损伤。为了有效控制各类事故的发生，在所采取的预防 措施上，需要对每个员工进行工每月生物节律曲线图的 绘制，从节律曲线上来查看每一个人员的节律变化规律，并对其危险期阶段进行有效的标注，用表格的形式 进行制作打印，发布到安全活动栏上，使每位员工、每 位领导对其节律曲线都进行了解，尤其是在任务分配 上，可更好的根据此曲线进行分配，从而降低了事故发 生的概率。3结论通过对上述生物力学相关知识的介绍和对生产生活中遇到的各种问题的讨论。可以得到如下几点结论：1）作业姿势和作业负荷量是职业安全中需要考虑的两个重要问题。从事重体力劳动，若没有科学的工作方法，很容易遭到突发性伤害或器官受到持续性损伤。2）生物力学在安全人机工程领域的应用涉及各个方面，在安全和生物力学的基础上，今后将针对具体行业进行更深入的分析研究。3）必须进一步加强安全与生物力学的交叉融合与交叉创新，以解决关键科学和实际问题，致力于发展新技术新方法。在安全与生物力学相结合的新思路上有所作为，为人类的健康安全事业做出应有的贡献。参考文献1 鲍春雨. 基于人机工程学油锯作业人体脊柱生物力学特性研究D. 黑龙江哈尔滨：东北林业大学2009. 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